Ce este conducta?

Conducția se referă la transferul de energie prin mișcarea particulelor care sunt în contact între ele. În fizică, cuvântul "conducere" este folosit pentru a descrie trei tipuri diferite de comportament, care sunt definite de tipul de energie transferată:

• Conducerea căldurii (sau conducta termică) este transferul de energie dintr-o substanță mai caldă într-una mai rece, prin contact direct, cum ar fi cineva care atinge mânerul unei tachete de metal fierbinte.
• Conducere electrică este transferul particulelor încărcate electric printr-un mediu, cum ar fi electricitatea care circulă prin liniile electrice din casa ta.
• Conducerea sunetului (sau conducție acustică) este transferul undelor sonore printr-un mediu, cum ar fi vibrațiile din muzica tare care trece printr-un perete.

Un material care asigură o conducere bună se numește a conductor, în timp ce un material care asigură o conducere slabă se numește an izolator.

Conducerea căldurii

Conducerea căldurii poate fi înțeleasă, la nivel atomic, ca particule care transferă fizic energia căldurii pe măsură ce intră în contact fizic cu particulele vecine. Aceasta este similară cu explicația căldurii prin teoria cinetică a gazelor, deși transferul de căldură într-un gaz sau lichid este de obicei denumit convecție. Rata transferului de căldură în timp se numește curent de căldură și este determinată de conductivitatea termică a materialului, o cantitate care indică ușurința cu care se realizează căldura în material.

De exemplu, dacă o bară de fier este încălzită la un capăt, așa cum se arată în imaginea de mai sus, căldura este înțeleasă fizic ca vibrația atomilor individuali de fier din interiorul barelor. Atomii de pe partea mai răcită a barei vibrează cu mai puțină energie. Pe măsură ce particulele energetice vibrează, acestea vin în contact cu atomii de fier adiacenți și transmit o parte din energia lor celorlalți atomi de fier. În timp, capătul fierbinte al barei pierde energie și capătul rece al barei câștigă energie, până când întreaga bară este aceeași temperatură. Aceasta este o stare cunoscută sub numele de echilibru termic.

Cu toate acestea, în considerarea transferului de căldură, exemplul de mai sus lipsește un punct important: bara de fier nu este un sistem izolat. Cu alte cuvinte, nu toată energia provenită din atomul de fier încălzit este transferată prin conducere în atomii de fier adiacenți. Cu excepția cazului în care este suspendat de un izolator într-o cameră de vid, bara de fier este, de asemenea, în contact fizic cu o masă sau cu nicovală sau cu un alt obiect și este, de asemenea, în contact cu aerul din jurul său. Pe măsură ce particulele de aer intră în contact cu bara, ele vor câștiga energie și o vor îndepărta de bara (deși încet, deoarece conductivitatea termică a aerului care se mișcă este foarte mică). De asemenea, bara este atât de fierbinte încât strălucește, ceea ce înseamnă că își radiază o parte din energia sa de căldură sub formă de lumină. Acesta este un alt mod în care atomii care vibrează pierd energie. Dacă este lăsat singur, bara se va răci în cele din urmă și va atinge echilibrul termic cu aerul din jur.

Conducere electrică

Conducția electrică se întâmplă atunci când un material permite unui curent electric să treacă prin el. Dacă acest lucru este posibil depinde de structura fizică a modului în care electronii sunt legați în interiorul materialului și de cât de ușor de atomi pot elibera unul sau mai mulți dintre electronii lor externi de atomii vecini. Gradul în care un material inhibă conducerea unui curent electric se numește rezistența electrică a materialului.

Anumite materiale, atunci când sunt răcite la zero aproape absolute, pierd toată rezistența electrică și permit curgerea curentului electric prin ele fără pierderi de energie. Aceste materiale se numesc superconductori.

Conducerea sunetului

Sunetul este creat fizic de vibrații, deci este poate cel mai evident exemplu de conducere. Un sunet face ca atomii dintr-un material, lichid sau gaz să vibreze și să transmită sau să conducă sunetul prin material. Un izolator sonic este un material ai cărui atomi individuali nu vibrează cu ușurință, ceea ce îl face ideal pentru utilizarea izolării fonice.