Номер 60, страница 10 - гдз по физике 8 класс сборник задач Исаченкова, Слесарь

Да, размеры пор в материале существенно влияют на его теплопроводность. Общая теплопроводность пористого материала является сложной функцией, включающей несколько механизмов переноса тепла: теплопроводность твердого каркаса материала, а также теплопроводность, конвекцию и излучение в газе (обычно воздухе), который заполняет поры. Размер пор напрямую воздействует на три последних механизма.

1. Конвекция. Конвекция — это перенос тепла за счет движения вещества. В крупных порах (размером в несколько миллиметров и более) воздух может свободно циркулировать, образуя конвективные потоки. Нагретый у одной стенки поры воздух становится менее плотным и поднимается, а остывший у другой стенки — опускается. Этот процесс эффективно переносит теплоту и значительно увеличивает общую теплопроводность материала. В мелких порах движение воздуха сильно ограничено вязкостью, и конвективный перенос тепла практически полностью подавляется. Поэтому при одинаковой пористости (общем объеме пор) материал с мелкими порами является лучшим теплоизолятором.

2. Излучение. Тепло также передается через поры путем теплового излучения от одной стенки к другой. В материале с большим количеством мелких пор на пути лучистого потока встречается множество поверхностей (стенок пор), которые поглощают и переизлучают энергию. Это создает эффект многократного экранирования, который значительно снижает итоговый лучистый теплообмен по сравнению с материалом, где есть крупные поры, через которые излучение может проходить на большие расстояния без препятствий.

3. Теплопроводность газа (эффект Кнудсена). Этот эффект проявляется, когда размер пор становится сопоставимым со средней длиной свободного пробега молекул газа (для воздуха при нормальных условиях это около 70 нм). В таких сверхмалых, или нанопорах, молекулы газа чаще сталкиваются со стенками пор, чем друг с другом. Это сильно ограничивает их подвижность и способность переносить энергию, в результате чего эффективная теплопроводность газа внутри пор резко снижается. Благодаря этому эффекту, современные теплоизоляционные материалы с нанопористой структурой (например, аэрогели) могут иметь теплопроводность даже ниже, чем у неподвижного воздуха.

Таким образом, для получения материала с наилучшими теплоизоляционными свойствами (т.е. с наименьшей теплопроводностью) при заданной пористости необходимо стремиться к созданию структуры с как можно меньшим размером пор.

Ответ: Да, размеры пор оказывают прямое и существенное влияние на теплопроводность материала. В общем случае, чем меньше размер пор при одинаковой общей пористости, тем ниже теплопроводность материала. Это связано с тем, что в мелких порах подавляются конвективный и лучистый механизмы переноса тепла, а в очень мелких (наноразмерных) порах снижается даже собственная теплопроводность находящегося в них газа.