1.3.1.Хороша ли шуба из вакуума?

Пусть две плоские поверхности (1, 2), имеющие каждая площадь S, расположены параллельно друг другу на расстоянии l одна от другой (рис. 1). Температура одной поверхности Т₁, а другой — Т₂> Т_1. Какое количество тепло­ты передается от одной поверхно­сти к другой? Поскольку Т₂ > Т₁ то поверхность 2 будет охлаждать­ся, а поверхность 1 нагреваться. Существуют три механизма тепло­передачи — излучение, теплопро­водность, конвекция.

При теплопередаче излучением каждая поверхность излучает кван­ты и поглощает кванты, излучен­ные другой. Та поверхность, кото­рая горячее, излучает больше квантов с большей энергией и, следо­вательно, охлаждается. Если пространство между плоскостями заполнено средой, молекулы которой совершают тепловые колебания, в среднем оставаясь на месте, происходит теплопередача посредством теплопроводности. Молекула сталкивается с окружающими ее молекулами, получает энергию от тех, у которых ее больше и отдает тем молекулам, у которых ее меньше. В результате энергия передается сначала от горячей поверхности в среду, потом по среде, потом из среды — на холодную поверх­ность. Для этого механизма теплопередачи справедлив закон Фурье:

где N — количество теплоты, передаваемое за единицу времени (тепловой поток), X — коэффициент теплопроводности. Из фор­мулы видно, что коэффициент теплопроводности, который характеризует тепловые свойства среды, показывает, какое ко­личество теплоты переносится через единицу площади за единицу времени при изменении температуры на один градус на единичной длине. А знак «минус» показывает, что энергия переносится в сторону убывания температуры. Поскольку в системе СИ единицей количества теплоты является 1 Дж, то единицей теплового потока будет 1 Дж/с = 1 Вт, а коэффициент теплопроводности имеет размерность [А,] = 1 ДжДм - с - К).

Если среда между пластинами способна перемещаться и нагретая часть среды перемещается от горячей пластины к хо­лодной, перенося тепло, говорят о конвекции.