Конвекция в природе и в технике

Само слово на латыни означает «перенос». А процесс конвекции характеризуется переносом тепла в газообразных, жидких и даже твердых сыпучих средах веществами. В природе законы конвекции мы наблюдаем вокруг себя ежедневно. Именно природное явление называют естественной конвекцией, при которой нижние уровни вещества при нагревании самопроизвольно начинают движение вверх, а более холодные уровни опускаются на их место.

Увидеть это можно, если повесить над пламенем листик из бумаги, который станет двигаться от поднимающегося вверх теплого воздуха. В жидкости этот процесс происходит благодаря нагреванию нижних слоев, которые постепенно передают тепло к верхним. Так, к примеру, закипает вода. Интересно, что если пытаться нагреть воду сверху, то конвекции не произойдет, потому что физическое движение теплого вещества вниз, а холодного вверх просто невозможно. Вынужденной конвекцией называется усиленное перемешивание газа или жидкости с помощью мешалок или вентиляторов.

Обогреватели с разной конвекцией

Любой из обогревателей прогревает помещение по законам конвекции. Но одни из них создают вынужденное перемещение нагретых слоев воздуха, а другие работают на основе естественных движений тепла. К примеру, тепловентиляторы, нагревая воздух, еще и раздувают его по всему помещению. А вот масляные радиаторы или отопительные конвекторы действуют по естественным законам природы. Если говорить о масляных устройствах, то перемешивание теплого воздуха с холодным при их работе происходит быстрее, благодаря высокой температуре нагрева, но при этом воздух сильно сушится. А вот конвекторы электрические отзывы получают всегда самые положительные, ведь принцип естественного передвижения теплых масс позволил создать батарею, которая не вредит здоровью и безопасна в эксплуатации бесконечно долго. Воздух в комнате при этом не пересушивается, температура поддерживается все время, опасности ожогов нет совершенно.

Конвекционные печи

Применение конвекционного принципа в микроволновках, духовках и печах позволило ускорить и улучшить выпечку и приготовление разных блюд. Суть работы конвекционных печей состоит в том, что благодаря вмонтированному в заднюю стенку нагревательному элементу и вентилятору, при включении происходит принудительная циркуляция горячего воздуха. Под воздействием этой циркуляции внутреннее пространство разогревается намного быстрее и равномернее, а, значит, и воздействие на продукты будет одновременным со всех сторон. Выпечка в таких печах всегда будет идеальной. Именно поэтому конвекционные печи относят к профессиональной технике и используют их в хлебопекарнях, фаст-фудах, ресторанах и кафе и т.п. В современных кухонных духовках для домашнего быта тоже начали уже встраивать конвекционную систему, и это очень понравилось всем хозяйкам и любителям вкусно покушать.

Циркуляция воздуха в холодильниках

В холодильных устройствах также работает принцип конвекции, только в этом случае требуется заполнение внутренних отделений не теплым воздухом, а холодным. К примеру, наш холодильник Snaige без устали вырабатывает холод с помощью циркулирующего по трубам фреона, который охлаждает верхние слои в холодильной камере. Охлажденный воздух опускается вниз и вытесняет теплый вверх, где тот также охлаждается. Так вся камера заполняется холодом, что и нужно в холодильных устройствах. Чтобы циркуляция холодных потоков была эффективней, не нужно загружать внутреннее пространство холодильника до отказа, оставьте проемы для свободного движения.

Реферат на тему «Конвекция дома»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 13 ИМЕНИ А.Л.ШИРОКИХ»

Реферат

на тему: «Конвекция в доме и излучение в природе»

г. Сарапул 2016 г.

Конвекция в доме и излучение в природе.

Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем.

Оба эффекта объясняются конвекцией.

Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.

Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях. Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году. В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля». Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда.

В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды. Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако, касаются прежде всего передачи тепловой энергии в твердых телах.

Яркие примеры конвекции – перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения.

Чтобы понять, что представляет собой естественная конвекция, достаточно рассмотреть процесс на примере действия закона Архимеда и явления расширения тел под воздействием теплового излучения. Так, согласно закону, повышение температуры обязательно приводит к увеличению объемов жидкости. Нагреваемая снизу жидкость в емкостях поднимается выше, а влага большей плотности, соответственно, перемещается ниже. В случае нагрева сверху более и менее плотные жидкости останутся на своих местах, в таком случае явления не произойдет.

Существует несколько видов описываемого нами явления – естественная и вынужденная конвекция. Пример перемещения потоков горячего и холодного воздуха в середине помещения как нельзя лучше характеризует процесс естественной конвекции. Что касается вынужденной, то ее можно наблюдать при перемешивании жидкости ложкой, насосом или мешалкой. Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии.

Естественная конвекция

Вынужденная конвекция

Отдельным видом выступает так называемая капиллярная конвекция. Происходит процесс при перепадах температуры во время движения жидкости по трубам. В естественных условиях значение такой конвекции наряду с естественной и вынужденной крайне несущественно. Однако в космической технике капиллярная конвекция, излучение и теплопроводность материалов становятся весьма значимыми факторами. Даже самые слабые конвективные движения в условиях невесомости приводят к затруднению реализации некоторых технических задач.

Процессы конвекции неразрывно связаны с естественным образованием газообразных веществ в толще земной коры. Рассматривать земной шар можно как сферу, состоящую из нескольких концентрических слоев. В самом центре располагается массивное горячее ядро, которое представляет собой жидкую массу высокой плотности с содержанием железа, никеля, а также прочих металлов.

Окружающими слоями для земного ядра выступают литосфера и полужидкая мантия. Верхний слой земного шара представляет собой непосредственно земную кору. Литосфера сформирована из отдельных плит, которые находятся в свободном движении, перемещаясь по поверхности жидкой мантии. В ходе неравномерного нагревания различных участков мантии и горных пород, которые отличаются разным составом и плотностью, происходит образование конвективных потоков. Именно под воздействием таких потоков возникает естественное преобразование ложа океанов и перемещение несущих континентов.

Как происходит конвекция? Физика процесса основывается на переносе тепла за счет свободного движения массы молекул веществ. В свою очередь, теплопроводность заключается исключительно в передаче энергии между составляющими частицами физического тела. Однако и тот, и другой процесс невозможен без наличия частиц вещества.

Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха. Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты. Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа. Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника.

Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений.

Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии.

На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые воздушные массы при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки. Хорошие примеры конвекции – образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой. При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы.

Именно по этой причине промышленные трубы, посредством которых происходит выброс вредных веществ в атмосферу, делают максимально высокими.

Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить: движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления; образование и движение облаков; процесс движения ветра, муссонов и бризов; смещение тектонических земных плит; процессы, которые приводят к свободному газообразованию.

Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов. Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи.

Примеры теплопередачи в природе, в быту

Тепловая энергия является термином, который мы используем для описания уровня активности молекул в объекте. Повышенная возбужденность, так или иначе, связана с увеличением температуры, в то время как в холодных объектах атомы перемещаются намного медленней.

Примеры теплопередачи можно встретить повсюду — в природе, технике и повседневной жизни.

Примеры передачи тепловой энергии

Самым большим примером передачи тепла является солнце, которое согревает планету Земля и все, что на ней находится. В повседневной жизни можно встретить массу подобных вариантов, только в гораздо менее глобальном смысле. Итак, какие же примеры теплопередачи можно наблюдать в быту?

Вот некоторые из них:

• Газовая или электрическая плита и, например, сковорода для жарки яиц.
• Автомобильные виды топлива, такие как бензин, являются источниками тепловой энергии для двигателя.
• Включенный тостер превращает кусок хлеба в тост. Это связано с лучистой тепловой энергией тоста, который вытягивает влагу из хлеба и делает его хрустящим.
• Горячая чашка дымящегося какао согревает руки.
• Любое пламя, начиная от спичечного пламени и заканчивая массивными лесными пожарами.
• Когда лед помещают в стакан с водой, тепловая энергия из воды его плавит, то есть сама вода является источником энергии.
• Система радиатора или отопления в доме обеспечивает тепло в течение долгих и холодных зимних месяцев.
• Обычные печи являются источниками конвекции, в результате чего помещенный в них пищевой продукт нагревается, и запускается процесс приготовления.
• Примеры теплопередачи можно наблюдать и в своем собственном теле, взяв в руку кусочек льда.
• Тепловая энергия есть даже внутри у кошки, которая может согреть колени хозяина.

Тепло — это движение

Тепловые потоки находятся в постоянном движении. Основными способами их передачи можно назвать конвенцию, излучение и проводимость. Давайте рассмотрим эти понятия более подробно.

Что такое проводимость?

Возможно, многие не раз замечали, что в одном и том же помещении ощущения от прикосновения с полом могут быть совершенно разные. Приятно и тепло ходить по ковру, но если зайти в ванную комнату босыми ногами, ощутимая прохлада сразу дает чувство бодрости. Только не в том случае, где есть подогрев полов.

Так почему же плиточная поверхность мерзнет? Это все из-за теплопроводности. Это один из трех типов передачи тепла. Всякий раз, когда два объекта различных температур находятся в контакте друг с другом, тепловая энергия будет проходить между ними. Примеры теплопередачи в этом случае можно привести следующие: держась за металлическую пластину, другой конец которой будет помещен над пламенем свечи, со временем можно почувствовать жжение и боль, а в момент прикосновения к железной ручке кастрюли с кипящей водой можно получить ожог.

Факторы проводимости

Хорошая или плохая проводимость зависит от нескольких факторов:

• Вид и качество материала, из которого сделаны предметы.
• Площадь поверхности двух объектов, находящихся в контакте.
• Разница температур между двумя объектами.
• Толщина и размер предметов.

В форме уравнения это выглядит следующим образом: скорость передачи тепла к объекту равна теплопроводности материала, из которого изготовлен объект, умноженной на площадь поверхности в контакте, умноженной на разность температур между двумя объектами и деленной на толщину материала. Все просто.

Примеры проводимости

Прямая передача тепла от одного объекта к другому называются проводимостью, а вещества, которые хорошо проводят тепло, называются проводниками. Некоторые материалы и вещества плохо справляются с этой задачей, их называют изоляторами. К ним относят древесину, пластмассу, стекловолокно и даже воздух. Как известно, изоляторы фактически не останавливают поток тепла, а просто его замедляют в той или иной степени.

Конвекция

Такой вид теплопередачи, как конвекция, происходит во всех жидкостях и газах. Можно встретить такие примеры теплопередачи в природе и в быту. Когда жидкость нагревается, молекулы в нижней части набирают энергию и начинают двигаться быстрее, что приводит к уменьшению плотности. Теплые молекулы текучей среды начинают двигаться вверх, в то время как охладитель (более плотная жидкость) начинает тонуть. После того как прохладные молекулы достигают дна, они опять получают свою долю энергии и снова стремятся к вершине. Цикл продолжается до тех пор, пока существует источник тепла в нижней части.

Примеры теплопередачи в природе можно привести следующие: при помощи специального оборудованной горелки теплый воздух, наполняя пространство воздушного шара, может поднять всю конструкцию на достаточно большую высоту, все дело в том, что теплый воздух легче холодного.

Излучение

Когда вы сидите перед костром, вас согревает исходящее от него тепло. То же самое происходит, если поднести ладонь к горящей лампочке, не дотрагиваясь до нее. Вы тоже почувствуете тепло. Самые крупные примеры теплопередачи в быту и природе возглавляет солнечная энергия. Каждый день тепло солнца проходит через 146 млн. км пустого пространства вплоть до самой Земли. Это движущая сила для всех форм и систем жизни, которые существуют на нашей планете сегодня. Без этого способа передачи мы были бы в большой беде, и мир был бы совсем не тот, каким мы его знаем.

Излучение — это передача тепла с помощью электромагнитных волн, будь то радиоволны, инфракрасные, рентгеновские лучи или даже видимый свет. Все объекты излучают и поглощают лучистую энергию, включая самого человека, однако не все предметы и вещества справляются с этой задачей одинаково хорошо. Примеры теплопередачи в быту можно рассмотреть при помощи обычной антенны. Как правило, то, что хорошо излучает, также хорошо и поглощает. Что касается Земли, то она принимает энергию от солнца, а затем отдает ее обратно в космос. Эта энергия излучения называется земной радиацией, и это то, что делает возможной саму жизнь на планете.

Примеры теплопередачи в природе, быту, технике

Передача энергии, в частности тепловой, является фундаментальной областью исследования для всех инженеров. Излучение делает Землю пригодной для обитания и дает возобновляемую солнечную энергию. Конвекция является основой механики, отвечает за потоки воздуха в зданиях и воздухообмен в домах. Проводимость позволяет нагревать кастрюлю, всего лишь поставив ее на огонь.

Многочисленные примеры теплопередачи в технике и природе очевидны и встречаются повсюду в нашем мире. Практически все из них играют большую роль, особенно в области машиностроения. Например, при проектировании системы вентиляции здания инженеры высчитывают теплоотдачу здания в его окрестностях, а также внутреннюю передачу тепла. Кроме того, они выбирают материалы, которые сводят к минимуму или максимизируют передачу тепла через отдельные компоненты для оптимизации эффективности.

Испарение

Когда атомы или молекулы жидкости (например, воды) подвергаются воздействию значительного объема газа, они имеют тенденцию самопроизвольно войти в газообразное состояние или испариться. Это происходит потому, что молекулы постоянно движутся в разных направлениях при случайных скоростях и сталкиваются друг с другом. В ходе этих процессов некоторые из них получают кинетическую энергию, достаточную для того, чтобы отталкиваться от источника нагревания.

Однако не все молекулы успевают испариться и стать водяным паром. Все зависит от температуры. Так, вода в стакане будет испаряться медленнее, чем в нагреваемой на плите кастрюле. Кипение воды значительно увеличивает энергию молекул, что, в свою очередь, ускоряет процесс испарения.

Основные понятия

• Проводимость — это передача тепла через вещество при непосредственном контакте атомов или молекул.
• Конвекция — это передача тепла за счет циркуляции газа (например, воздуха) или жидкости (например, воды).
• Излучение — это разница между поглощенным и отраженным количеством тепла. Эта способность сильно зависит от цвета, черные объекты поглощают больше тепла, чем светлые.
• Испарение — это процесс, при котором атомы или молекулы в жидком состоянии получают достаточно энергии, чтобы стать газом или паром.
• Парниковые газы — это газы, которые задерживают тепло солнца в атмосфере Земли, производя парниковый эффект. Выделяют две основные категории — это водяной пар и углекислый газ.
• Возобновляемые источники энергии — это безграничные ресурсы, которые быстро и естественно пополняются. Сюда можно отнести следующие примеры теплопередачи в природе и технике: ветры и энергию солнца.
• Теплопроводность — это скорость, с которой материал передает тепловую энергию через себя.
• Тепловое равновесие — это состояние, в котором все части системы находятся в одинаковом температурном режиме.

Применение на практике

Многочисленные примеры теплопередачи в природе и технике (картинки выше) указывают на то, что эти процессы должны быть хорошо изучены и служили во благо. Инженеры применяют свои знания о принципах передачи тепла, исследуют новые технологии, которые связаны с использованием возобновляемых ресурсов и являются менее разрушительными для окружающей среды. Ключевым моментом является понимание того, что перенос энергии открывает бесконечные возможности для инженерных решений и не только.

Виды теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике

Тема: Виды теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Цели урока: Познакомить учащихся с видами теплопередачи. Научить их объяснять тепловые явления на основании молекулярно–кинетической теории. Углубить знания учащихся о видах теплопередачи и их роли в природе и технике. Рассмотреть примеры использования видов теплопередачи в различных областях человеческой деятельности.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по спицам из различных металлов;

2. вращение вертушки над горящей лампой;

3. термоскоп;

4. слайд–шоу.

Ход урока:

I. Проверка усвоения изученного материала (фронтальный опрос).

Вопросы для проверки:

1)  Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

О т в е т: Совершая механическую работу или теплопередачей.

2)  Расскажите о процессе нагревания металлической ложки, погруженной в горячую воду.

О т в е т: Кинетическая энергия молекул горячей воды больше кинетической энергии частиц ложки. Молекулы воды будут передавать часть своей кинетической энергии частицам ложки.

В результате этого энергия молекул воды в среднем будет уменьшаться, а энергия частиц ложки будет увеличиваться. Температура воды уменьшиться, а температура ложки – увеличится. Через определенное время их температуры сравняются.

3)  Какой процесс называют теплопередачей?

О т в е т: Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

4)  Приведите примеры увеличения (уменьшения) внутренней энергии тела при совершении над ним (или этим телом над другими телами) механической работы.

О т в е т: При деформации тел (ударах, сгибании, разгибании, сжатии и т. д.) их внутренняя энергия увеличивается. Сжатый газ совершает работу, выталкивая пробку из сосуда, при этом внутренняя энергия газа уменьшается.

5)  В теплую комнату внесли с улицы бутыль, закрытую пробкой. Через некоторое время пробка выскочила из бутыли. Почему?

О т в е т: В теплой комнате температура воздуха, находящегося под пробкой, со временем увеличивается, при этом давление воздуха повышается и это приводит к выталкиванию пробки.

6)  Почему при обработке детали напильником деталь и напильник нагреваются?

О т в е т: Над телами совершается работа силы трения, при этом их внутренняя энергия увеличивается, а значит и температура тел повышается.

II. Изучение нового материала.

План изложения нового материала:

1.  Теплопроводность. Примеры в природе и технике.

2.  Явление конвекции в жидкостях и газах. Примеры в природе и технике.

3.  Излучение. Примеры в природе и технике.

4.  Примеры теплообмена в быту.

Начало слайд-шоу по новой теме.

Формулировка темы урока (слайд 1).

Мы уже знаем, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплопередачи (теплообмена). Изменение внутренней энергии посредством теплопередачи может производиться по-разному.

Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение или лучистый теплообмен. (Показ слайда 2).

Демонстрация опыта (опытная установка изображена на слайде 3 и рис. 6, стр. 11 учебника).

Определение теплопроводности (слайд 4):

1. Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой. В этом случае тела и все части, участвующие в процессе, находятся в непосредственном контакте.

Само вещество не перемещается вдоль тела – переносится лишь энергия

Объяснение механизма теплопроводности (слайд 5).

Показ сравнительных рисунков по теплопроводностям различных веществ (слайд 6) и теплоизоляционных материалов (слайд 7).

Примеры теплопроводности в природе (слайды 8,9) и технике (слайд 10).

Демонстрация опыта (опытная установка изображена на слайде 11 и рис. 10, 11, стр. 14 учебника).

Определение конвекции (слайд 12):

2. Конвекция (от лат. конвекцио – перенесение) – перенос энергии самими струями газа или жидкости.

Этот вид теплопередачи не является чисто тепловым процессом, так как перемешивание слоев газа или жидкости всегда связано с какими-то внешними, нетепловыми причинами.

Конвекция в твердых телах и вакууме происходить не может.

Объяснение механизма конвекции в газах (слайд 13).

Объяснение понятия тяги и природы её возникновения (слайд 14).

Объяснение механизма конвекции в жидкостях (слайд 15).

Примеры конвекции в природе (слайды 16-18) и технике (слайд 19).

Демонстрация опыта, установка которого изображена на рис. 13, стр. 17 учебника.

Определение излучения (лучистого теплообмена) (слайд 21).

3. Излучение – это теплопередача, при которой энергия переносится различными лучами.

Объяснения механизма излучения (слайды 22, 23).

В этом случае перенос энергии осуществляется посредством электромагнитных волн, с физической природой которых мы ознакомимся позднее. Излучение не нуждается в каких-либо иных посредниках.

Излучение может распространяться и в вакууме (например, Солнечное излучение).

Темные тела лучше поглощают излучение и быстрее нагреваются, чем светлые. Темные тела быстрее охлаждаются.

Примеры излучения в природе (слайд 24) и технике (слайд 25).

4. Примеры теплообмена в быту. Показ слайдов 27-33.

III. Закрепление изученного материала.

Вопросы и задания по изученному сегодня материалу:

Заполните схему (слайд 35).

О т в е т:

Ответьте на следующие вопросы: (Слайды 37-46).

1. Почему вы обжигаете губы, когда пьёте чай одинаковой температуры из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьёте чай из фарфоровой кружки?

О т в е т. Металлическая кружка по сравнению с фарфоровой нагревается сильнее, вследствие высокой теплопроводности металла по сравнению с фарфором.

2. Почему ручки чайников, кастрюль делают из пластмассы или дерева?

О т в е т. Пластмасса и дерево имеют низкую теплопроводность. Такие ручки предохраняют руки человека от ожога.

3. Почему нагретая сковорода охлаждается в воде быстрее, чем на воздухе?

О т в е т. Вода обладает большей теплопроводностью, чем воздух.

4. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?

О т в е т. Металлы обладают большей теплопроводностью. Горячие газы, двигаясь вверх по металлической трубе, охлаждаются быстрее, нежели при движении по кирпичной трубе. Плотность газов увеличивается, разность давлений в трубе и вне ее уменьшается, уменьшается и тяга.

5. Где и почему именно там размещают батареи в помещениях?

О т в е т. Батареи находятся ниже окон, для того, чтобы согревать холодный воздух, выходящий из окна. Благодаря конвекции теплый слой воздуха поднимается вверх и обогревается всё помещение.

6. Зачем самолёты красят «серебряной» краской?

О т в е т. Для меньшего нагревания или охлаждения корпуса самолёта.

7. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?

О т в е т. Темные тела лучше поглощают излучение Солнца и потому быстрее нагреваются.

8. Какой из изображенных чайников быстрее остынет?

О т в е т. Быстрее остынет черный чайник, так как темные тела быстрее охлаждаются.

9. Посмотрите на рисунок. Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

О т в е т. Один из мальчиков одет в темную футболку, хорошо поглощающую солнечной энергии, и ему жарко. А другой одет в светлую футболку, которая плохо поглощает энергию Солнца.

10. Почему зимой тяга в печных трубах больше, чем летом?

О т в е т. При условии неизменности высоты трубы тяга в ней тем сильнее, чем больше различаются давления на уровне основания трубы горячего воздуха в трубе и более холодного наружного воздуха. С понижением температуры наружного воздуха (зимой) его плотность возрастает, возрастает и его давление. Таким образом, тяга в печных трубах зимой больше, чем летом.

Придумайте опыт по рисунку и объясните наблюдаемое явление. (Слайд 47).

О т в е т. Берем два стержня, имеющих различные теплопроводности материалов из которых они изготовлены, например, деревянный стержень и медный. Ближе к одному из концов стержней крепим на стержни (через небольшие промежутки) с помощью воска несколько гвоздей. Стержни с закрепленными гвоздями помещаем свободными концами в стакан с горячей водой. Через определенное время гвозди, закрепленные на медном стержне, начнут падать, начиная снизу. Медный стержень имеет очень хорошую теплопроводность. Гвозди, закрепленные на деревянном стержне, не будут падать, так как дерево плохо проводит тепло.

Показ слайда 49 на закрепление изученных видов теплопередачи.

Домашнее задание: (Слайд 50) §§ 4-6. Упр. 2, 3. Кроссворд. (Слайд 51)

Проект » Виды теплопередачи в быту и технике» физика 8 класс | Проект по физике (8 класс):

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ВЕЧЕРНЯЯ (СМЕННАЯ) ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1»

ПРОЕКТ

ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ

                                                                     

                                                                      Авторы проекта:

                                                                       учащиеся 8 класса               

                                                        Голейников Иван

                                           Егоров Ян

                                                           Кондратьев Степан

                                                          Марчченко Сергей

                                                                    Колединцев Константин

                                                          Мельников Роман

                                                              Решетников Рустам                

                                                          Суховской Рустам

                                                           Теленчинов Юрий

 

                                                                            Руководитель проекта:      

                                                          учитель физики

                                                                                            Добровольский Анатолий Андреевич

Рубцовск

2019

СОДЕРЖАНИЕ

Введение …. ………………………………………………………………………………………………………. . 3

1. Теплопередача и ее виды

     1.1 Что такое теплопередача ……………………………………………………………………….. … 4

     1.2  Виды теплопередачи ………………………………………………………………………………..  4

     1.3  Теплопроводность ………………………………………………………………………………….. . 4

     1.4  Излучение ………………………………………………………………………………………………..  5

     1.5  Конвекция ………… …………………………………………………………………………………….  8

     1.6  Все виды теплопередачи одновременно …………………………………………………….  9

 2. Заключение ……………………………………….. …………………………………………………………… 11

 3. Информационные ресурсы ………………………………………………………………………………. 13

2

ВВЕДЕНИЕ.

   

   В нашей повседневной жизни мы привыкли пользоваться бытовой техникой, различной аппаратурой и гаджетами, жить в комфортных условиях. Однако, мы практически не задумываемся над тем благодаря каким закона физики работают наши  «помощники» и самое главное не представляют ли они опасность для человека и окружающей среды. Поэтому изучение данной темы актуально.

  Проблема — изучить насколько воздействие бытовых приборов, аппаратуры и гаджетов опасно для человека и способах снижения вреда от этого воздействия. 

   Объект исследования — теплопередача.

   Предмет исследования — причины возникновения  и последствия воздействия теплопередачи на организм человека.  

 Цель — всесторонне изучить информацию по видам теплопередачи, использованию излучения, теплопроводности и конвекции в быту и технике, выявить влияние теплопередачи на организм человека.  

   Задачи:

      1.   Изучить явление теплопередачи.

2. Рассмотреть виды теплопередачи и их применение в быту и технике.
3. Проанализировать насколько воздействие теплопередачи опасно для человека.
4. Определить способы снижения вреда от этого воздействия.

   Гипотезы:

1. явление теплопередачи не имеет применения в быту и технике;

2. возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.
3. оно влияет на организм человека и может быть смертельно опасно.

   Методы исследования – поиск, изучение источников информации (книги, статьи, сайты), наблюдение, анализ.

 Теоретическая значимость нашей исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы  для снижения влияния явления теплопередачи на организм человека.

  Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем биологии и физики для объяснения тем и проведения занимательного урока охраны здоровья.

   Этапы работы:

подготовительный (сентябрь 2019 г.) – сбор информации по теме исследования из различных источников, планирование работы;

проведение наблюдений (сентябрь-октябрь 2019 г.) – проведение наблюдений за применением данного явления в быту и технике;

подведение итогов эксперимента (октябрь 2019 г.) – анализ собранных данных, выводы.

   Тип проекта — информационный.

3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ЕЕ ВИДЫ

1.1 Что такое теплопередача

   Процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому  называется теплопередачей.

       Каждый предмет может служить «мостиком», по которому перейдет тепло от тела более нагретого к телу менее нагретому. Таким «мостиком» может быть ложка, опущенная в стакан с горячим чаем. Металлические предметы очень хорошо проводят тепло. Конец ложки в стакане становится теплым уже через секунду. Если нужно перемешать какую-либо горячую смесь, то ручку у мешалки делают из дерева или пластмассы. Эти тела проводят тепло во много раз хуже, чем металлы. «Мостиком» для перехода тепла могут быть и жидкости. Но они проводят тепло хуже твердых тел.

1.2 Виды теплопередачи

    Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. (Слайд 2). Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однако передача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении: от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного — увеличивается.. Внутренняя энергия может передаваться не только непосредственно от одного тела к другому, как, например, от горячей воды к опущенной в нее холодной ложке, но и через промежуточные тела. Так, через стенку чайника часть внутренней энергии от горячей электроплиты передается воде; через металлические трубы отопительной системы тепло передается воздуху, находящемуся в помещении и т.д. Внутренняя энергия может передаваться и от более нагретой части одного и того же тела к другой его части, менее нагретой.

1.3 Теплопроводность

   Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретого тела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью. (Слайд 3).  

  Металлы имеют большую теплопроводность, особенно медь, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла. Это происходит из-за того, что молекулы, обладающие большей энергией, передают часть своей энергии соседним молекулам. В результате все тело постепенно нагревается. Само вещество при этом не перемещается [1].

  Нагревание металлического стержня, к которому с помощью пластилина прикреплены гвоздики. (Слайд 4). При нагревании конца стержня пламенем свечи гвоздики начинают последовательно отпадать. Это происходит потому, что молекулы, находящиеся у конца стержня приобретают при нагревании большую энергию и передают ее соседним молекулам. Постепенно эта энергия передается следующим молекулам и стержень нагревается.

  В жидкостях внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: более быстрые молекулы проникают в менее нагретую область. У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. (Слайд 5). 

     В газах, особенно разреженных, молекулы находятся на достаточно больших

расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

4

Явление диффузии при теплопередаче в газах проявляется больше, чем в жидкостях. Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.  (Слайд 6).

    В зависимости от внутреннего строения теплопроводность разных веществ (твердых, жидких, газообразных) различна.  (Слайд 7).

Примеры:

1. Птицы зимой сидят нахохлившись. Перья задерживают воздух, а он обладает плохой теплопроводностью. Снег, особенно рыхлый, обладает очень плохой теплопроводностью. Этим объясняется то, что сравнительно тонкий слой снега предохраняет озимые посевы от вымерзания.  Погреба утепляют соломой. Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом. Люди зимой носят шубы. 

2. Ручки чайников, сковородок и т.д. из пластмассы, т.к. она плохо нагревается; корпус посуда из металла – он лучше проводит тепло и еда быстрее нагревается. в момент прикосновения к железной ручке кастрюли с кипящей водой можно получить ожог.

3. Пористые вещества (пенопласт, минеральная вата, паралон и т.д.) – хорошая теплоизоляция, т.к. воздух обладает плохой теплопроводностью. Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена. У термоса внутренняя поверхность зеркальная, а между внутренним и внешним сосудами пустота. (слайд 8)

1.4  Излучение

 

   Когда вы сидите перед костром, вас согревает исходящее от него тепло. То же самое происходит, если поднести ладонь к горящей лампочке, не дотрагиваясь до нее. Вы тоже почувствуете тепло. Самые крупные примеры теплопередачи в быту и природе возглавляет солнечная энергия. Каждый день тепло солнца проходит через 146 млн. км пустого пространства вплоть до самой Земли. Это движущая сила для всех форм и систем жизни, которые существуют на нашей планете сегодня. Без этого способа передачи мы были бы в большой беде, и мир был бы совсем не тот, каким мы его знаем. Излучение — это передача тепла с помощью электромагнитных волн, будь то радиоволны, инфракрасные, рентгеновские лучи или даже видимый свет. Все объекты излучают и поглощают лучистую энергию, включая самого человека, однако не все предметы и вещества справляются с этой задачей одинаково хорошо. (Слайд 9).

   Излучение — это разница между поглощенным и отраженным количеством тепла. Эта способность сильно зависит от цвета, черные объекты поглощают больше тепла, чем светлые.

   

     Виды излучения. (Слайд 10).

1.Тепловое. При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет (Солнце, лампа накаливания, пламя и др.) (Слайд 11).

2.Электролюминесценция. При разряде в газе электрическое поле увеличивает кинетическую энергию электронов. Быстрые электроны возбуждают атомы в результате неупругого ударения с ними. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. (трубки для рекламных надписей, северное сияние и др.) (Слайд 12).

 Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком.

5

Например: — воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. — если же нужно использовать солнечную энергию для нагревания некоторых приборов на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный

цвет. Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются. Созданы материалы, с помощью которых можно превращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения — тепловизорах. (Слайд 13) 

    Электромагнитное поле всегда возникает при движении свободных электронов в проводнике, поэтому передача электрической энергии сопровождается интенсивным электромагнитным излучением (ЭМИ).

    К настоящему времени, по данным экологов и врачей-гигиенистов известно, что все диапазоны электромагнитного излучения оказывают влияние на здоровье и работоспособность людей и имеют определенные последствия [8]. Воздействие электромагнитных полей на человека в силу их большой распространенности более опасна, чем радиация. Особенно опасно действие электромагнитных излучений на детей, подростков, беременных женщин и лиц с ослабленным здоровьем [9].

  Наиболее быстро реагирующими на излучение являются ткани организма, которые подвержены интенсивному клеточному делению. Вследствие облучения такие ткани, как правило, либо мутируют, либо подвергаются интенсивному разрушению. В организме человека такие ткани — это, прежде всего гонады (половые железы), красный костный мозг, щитовидная железа, слизистые оболочки. А также такие клетки (ткани) имеются в мышцах, хрусталиках глаз и так далее [8,10].

2.  Результаты измерений ЭМИ от бытовых приборов

            Название электроприбора                                    Уровень излучения

Расстояние от электроприбора, при котором ЭМИ в норме (м)

Электрическое          (норма 25В/м)

      Магнитное                 (норма 250 нТл)

Микроволновая печь               2992

                                                   13240                         2,5 м

Кухонная плита                        1540

(индукционная)                         10955                         1 м

Компьютер                                196

                                                    790                            0,7 м

Чайник                                       218

                                                    3643                          0,5м

6

Стиральная машина                 210

                                                    420                            1 м

Телевизор                                  37

                                                    967                            1,5 м

3. Утюг                                           656
4.                                                     2359                          0,5 м
5. Вывод: на основании проделанных измерений видно, что у всех бытовых электроприборов при работе превышается норма ЭМИ, причем в рейтинге самых опасных является микроволновая печь, при этом безопасное расстояние от нее является целых 2,5 метра.

Меры предосторожности

• включать электроприборы по очереди, а не все разом: мобильный телефон, компьютер, СВЧ-печь, телевизор должны работать в разное время,
• не группировать электроприборы в одном месте, распределить их так, чтобы они не усиливали ЭМП друг друга,
• не располагать эти приборы рядом с обеденным, рабочим столом, местами отдыха, сна

      Пожалуй, одним из самых распространенных электроприборов в повседневности является сотовый телефон. При работе сотовой связи ее основные компоненты – сотовый телефон и базовая станция – создают электромагнитное поле. И владелец сотового телефона, и человек, не имеющий его, но живущий вблизи объектов сотовой связи, находятся в этом электромагнитном поле. Во время работы, когда связь с абонентом установлена, мобильный телефон окружен довольно мощным электромагнитным полем. Оно проникает в тело человека и поглощается, прежде всего, тканями головы – кожным покровом, ухом, частью головного мозга, включая зрительный анализатор.

Сотовый телефон марки Soni

6. Уровень излучения
7. Расстояние от электроприбора, при котором ЭМИ в норме (м)
8. Электрическое      (норма 25В/м)
9.   Магнитное           (норма 250 нТл)
10. Входящий вызов                                          1857
11.                       7600                    0,7 м
12. Исходящий вызов                                        2756
13.                       9360                    0,8 м
14. Телефонный разговор                                 1750
15.                        6430                    0,7 м
16. СМС сообщение                                           326
17.                        877                      0,5 м

7

Вывод: Проанализировав результаты таблицы видно, что ЭМИ от сотового телефона превышает норму, причем значение исходящего вызова больше, чем входящего.  это связанно с поиском базовой станции во время исходящего вызова. Наименее опасным является СМС связь. ( Слайд 14,15).

1. Применение рентгеновских лучей  (слайд 16)

Медицинская диагностика.
Досмотр багажа и грузов.
Дефектоскопия изделий и материалов.
Рентгеноспектральный анализ.
Рентгеноструктурный анализ.

Рентгеновская микроскопия.
Рентгеновская астрономия.
Рентгеновские лазеры.

5.  Конвекция

   Конвекция (от лат. Convectiō — «перенесение») — вид теплообмена (теплопередачи), при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, молекулы в нижней части набирают энергию и начинают двигаться быстрее, что приводит к уменьшению плотности, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз,(более плотная жидкость) начинает тонуть, после чего процесс повторяется снова и снова.   Цикл продолжается до тех пор, пока существует источник тепла в нижней части.

    Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на  Солнце. 

  При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

    Конвекцией также называют перенос теплоты, массы или электрических зарядов движущейся средой.     (Слайд 17).

    Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии.  Яркие примеры конвекции – перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения. (слайд 18).

   Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха.

8

Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты. Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа.

  Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника. Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений. (Слайд 19).

   Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии. На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые воздушные массы при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих

 потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки. Хорошие примеры конвекции – образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой. При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы. Именно по этой причине промышленные трубы, посредством которых происходит выброс вредных веществ в атмосферу, делают максимально высокими.

   Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить:

1. движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления;
2.  образование и движение облаков;
3. процесс движения ветра, муссонов и бризов;
4. смещение тектонических земных плит;
5. процессы, которые приводят к свободному газообразованию. (Сдайд 20)

  Приготовление пищи. Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов. Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи. Естественно, для хозяек, которые готовят в духовом шкафу всего лишь несколько раз в год, бытовой прибор с функцией конвекции нельзя назвать техникой первой необходимости. Однако для тех, кто не может жить без кулинарных экспериментов, такое устройство станет просто незаменимым на кухне. (Слайд 21).

  1.6  Все виды теплопередачи одновременно

  

   В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Типичный пример — термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому, например, горячий чайник, снятый с плиты, при соприкосновении с окружающим

9

воздухом через некоторое время остывает. Чтобы помешать телу остывать (или нагреваться), нужно предотвратить возможный теплообмен, причем во всех его трех проявлениях (при конвекции, теплопроводности и излучении). Это достигается путем помещения тела в специальный сосуд — сосуд Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром. Сосуды Дьюара вначале применялись лишь для хранения легкоиспаряющихся сжиженных газов (например, жидкого гелия). Впоследствии их стали применять и в бытовых целях — для сохранения при неизменной температуре помещаемых в них пищевых продуктов. Такие сосуды Дьюара стали называть термосами. Термоса, предназначенный для хранения жидкостей, состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок. Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением. 

(Слайд 22)

   Это можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение). (Слайд 23).

10

2.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  2.1 В самом начале нашего проекта мы поставили перед собой цель — всесторонне изучить информацию по видам теплопередачи, использованию излучения, теплопроводности и конвекции в быту и технике, выявить влияние теплопередачи на организм человека. В связи с этим было выдвинуто три гипотезы:

1.  явление теплопередачи не имеет применения в быту и технике;

2. возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.
3. теплопередача влияет на организм человека и может быть смертельно опасна.

  2.2 Наша работа в рамках проекта позволяет сделать вывод о том что  явление теплопередачи имеет широкое применения в быту и технике.

    Так явления теплопроводности широко используется в строительстве. Пористые вещества (пенопласт, минеральная вата, паралон и т.д.) – хорошая теплоизоляция, т.к. воздух обладает плохой теплопроводностью. Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена.  Ручки чайников, сковородок и т.д. из пластмассы, т.к. она плохо нагревается; корпус посуды из металла – он лучше проводит тепло и еда наоборот быстрее нагревается. Люди зимой носят шубы.

   Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком. Например: — воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. — если же нужно использовать солнечную энергию для нагревания некоторых приборов на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный цвет. Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета).  Созданы материалы, с помощью которых можно превращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения — тепловизорах.  

    Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах.

       В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Типичный пример — термос. Это, так-же, можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение).

     2.3 В процессе нашего исследования мы выяснили что излучение является самым опасным видом теплопередачи для организма человека. Все диапазоны электромагнитного излучения оказывают влияние на здоровье и работоспособность людей и имеют определенные последствия. Воздействие электромагнитных полей на человека в силу их большой распространенности более опасна, чем радиация. Особенно опасно действие электромагнитных излучений на детей, подростков, беременных женщин и лиц с ослабленным здоровьем. У всех бытовых электроприборов при работе превышается норма ЭМИ, причем в рейтинге самых опасных является микроволновая печь, при этом безопасное расстояние от нее является целых 2,5 метра. ЭМИ от сотового телефона превышает норму, причем значение исходящего вызова больше, чем входящего.  это связанно с поиском базовой станции во время исходящего вызова. Наименее опасным является СМС связь.

11

Меры предосторожности

 1) включать электроприборы по очереди, а не все разом: мобильный телефон, компьютер, СВЧ-печь, телевизор должны работать в разное время.

 2) не группировать электроприборы в одном месте, распределить их так, чтобы они не усиливали ЭМП друг друга.

 3) не располагать эти приборы рядом с обеденным, рабочим столом, местами отдыха, сна. (Слайд 24)

  2.4 Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем физики для объяснения тем «Виды теплопередачи. Теплопроводность. Конвекция. Излучение» и проведения занимательного урока охраны здоровья.

    Таким образом, мы считаем, что поставленная нами цель достигнута, задачи решены.

  2.5 За время работы над проектом, нами была изучена лишь небольшая часть практического применения теплопередачи в быту и технике. В дальнейшем, мы продолжим наши исследования в этом направлении при более детальном изучении в старших классах электромагнитных волн.

12

3.  ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ

 

1. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1977.

2. http://уроки.мирфизики.рф

3. https://infourok.ru/

4. https://fb.ru/

5. https://fb.ru/article/303040/primeryi-teploperedachi-v-prirode-v-byitu

6. http://class-fizika.ru/u8-5.html

7. http://900igr.net/prezentacija/fizika/shkala-elektromagnitnykh-voln-196339/vidy-izluchenija-2.html

8. Влияние электромагнитного излучения на живые организмы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://doza.net.ua/pages/ru_ref_emf.htm.

9. Воздействие электромагнитного излучения электроприборов на человека [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://malahit-irk.ru/index.php/2011-01-13-09-04-43/119-2011-05-06-12-21-20.html.

10. Общие показатели самочувствия и возникающие симптомы при воздействии ЭМП [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.libma.ru/zdorove/mobilnik_ubiica/p3.php#metkadoc12.

11. http://yandex.ru/clck/jsredir?from=yandex.ru

12. https://ru.wikipedia.org/wiki

13.https://fb.ru/article/177287/yavlenie-konvektsii-i-primeryi-konvektsii 

14.http://obuchonok.ru/znachimost» target=»_blank»>Практическая значимость работы 

13

Виды теплопередачи.

Примеры теплопередачи в природе и технике.

Слайд 1

В и д ы т е п л о п е р е д а ч и. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Слайд 2

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОНВЕКЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЕ, или ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН

Слайд 3

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ Проведем опыт

Слайд 4

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой. В этом случае тела и все части, участвующие в процессе, находятся в непосредственном контакте. Само вещество не перемещается вдоль тела- переносится лишь энергия.

Слайд 5

Механизм теплопроводности Амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки в точке А меньше, чем в точке В. Вследствие взаимодействия атомов друг с другом амплитуда колебаний атомов, находящихся рядом с точкой В, возрастает.

Слайд 6

Теплопроводность различных веществ Металлы обладают хорошей теплопроводностью Меньшей — обладают жидкости Газы плохо проводят тепло

Слайд 8

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ В ПРИРОДЕ Снег предохраняет озимые посевы от вымерзания.

Слайд 9

Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от переохлаждения зимой и перегрева летом.

Слайд 10

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ТЕХНИКЕ Для того, чтобы предотвратить ожоги тела от прикосновения к нагревающимся до высокой температуры приборам – защищают последние оболочкой из материалов с низкой теплопроводностью . Для ускорения процесса нагрева или охлаждения соответствующие детали устройств делают из материалов с высокой теплопроводностью .

Слайд 11

КОНВЕКЦИЯ Проведем опыт

Слайд 12

КОНВЕКЦИЯ Конвекция (от лат. конвекцио – перенесение) – перенос энергии самими струями газа или жидкости. Этот вид теплопередачи не является чисто тепловым процессом, так как перемешивание слоев газа или жидкости всегда связано с какими-то внешними, нетепловыми причинами. Конвекция в твердых телах и вакууме происходить не может

Слайд 13

Механизм конвекции в газах Теплый воздух имеет меньшую плотность и со стороны холодного воздуха на него действует сила Архимеда, направленная вертикально вверх.

Слайд 14

Тяга Давление в печи меньше давления наружного воздуха Холодный воздух устремляется в топку, тёплый поднимается вверх по трубе Чем выше труба, тем больше тяга

Слайд 15

Механизм конвекции в жидкостях А – жидкость нагревается и вследствие уменьшения ее плотности, движется вверх. В – нагретая жидкость поднимается вверх. С – на место поднявшейся жидкости приходит холодная, процесс повторяется.

Слайд 16

В результате конвекции в атмосфере образуются ветры у моря — это дневные и ночные бризы. КОНВЕКЦИЯ В ПРИРОДЕ

Слайд 17

Дневной бриз Дневной бриз Холодный воздух по низу с моря перемещается к берегу

Слайд 18

Ночной бриз Ночной бриз Холодный воздух по низу с берега перемещается к морю

Слайд 19

обеспечивается водяное охлаждение двигателей внутреннего сгорания. охлаждаются корпуса космических кораблей КОНВЕКЦИЯ В ТЕХНИКЕ

Слайд 20

ПРОВЕДЕМ ОПЫТ ИЗЛУЧЕНИЕ или ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН

Слайд 21

ИЗЛУЧЕНИЕ или ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН Это теплопередача, при которой энергия переносится различными лучами.

Слайд 22

Механизм излучения Нагретые тела излучают электромагнитные волны, с физической природой которых мы познакомимся позднее. Излучение может распространяться и в вакууме

Слайд 23

Темные тела лучше поглощают излучение и быстрее нагреваются, чем светлые. Темные тела быстрее охлаждаются ИЗЛУЧЕНИЕ или ЛУЧИСТЫЙ ТЕПЛООБМЕН

Слайд 24

Около 50% энергии излучаемой Солнцем является лучистой энергией, эта энергия — источник жизни на Земле. ИЗЛУЧЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Слайд 25

сушка и нагрев материалов приборы ночного видения (бинокли, оптические прицелы) создание систем самонаведения на цель бомб, снарядов и ракет ИЗЛУЧЕНИЕ В ТЕХНИКЕ

Слайд 26

Примеры теплообмена в быту

Слайд 27

ХОЛОДИЛЬНИК имеет герметичный корпус с хорошей теплоизоляцией, которая обеспечивается плохой теплопроводностью материалов прослойки стенок и их внутренней пластмассовой поверхности.

Слайд 28

ТЕРМОС За счет плохой теплопроводности прослойки стенок и отражающей тепловое излучение внутренней поверхности материала он может сохранять как низкую, так и высокую температуру жидкости в течение длительного времени.

Слайд 29

УТЮГ Его подошва быстро прогревается, потому что обладает высокой теплопроводностью .

Слайд 30

КУХОННЫЕ ПРИХВАТКИ Шерстяные прихватки надёжнее тканевых так как они толще. Их теплопроводность – высокая. В них можно брать более горячие предметы. В тканевых прихватках можно брать менее горячие предметы, Так как они имеют меньшую теплопроводность .

Слайд 31

ЧАЙНИК Благодаря хорошей теплопроводности дна и благодаря конвекции вода в нём быстро прогревается.

Слайд 32

МИКРОВОЛНОВАЯ ПЕЧЬ Используется излучение электромагнитных волн сверх высокой частоты (СВЧ), нагревающих еду. Функция гриль использует нагрев еды посредством конвекции .

Слайд 33

Тепло от камина или костра передается находящемуся рядом с ним человеку в основном путём излучения , так как теплопроводность воздуха мала, а конвекционные потоки направлены вверх.

Слайд 34

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ ПО ИЗУЧЕННОМУ СЕГОДНЯ МАТЕРИАЛУ

Слайд 35

Заполните схему Способы изменения внутренней энергии тела

Слайд 36

ОТВЕТЬТЕ НА СЛЕДУЮЩИЕ ВОПРОСЫ:

Слайд 37

Почему вы обжигаете губы, когда пьёте чай одинаковой температуры из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьёте чай из фарфоровой кружки?

Слайд 38

Почему ручки чайников, кастрюль делают из пластмассы или дерева?

Слайд 39

Почему нагретая сковорода охлаждается в воде быстрее, чем на воздухе?

Слайд 40

Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?

Слайд 41

Где и почему именно там размещают батареи в помещениях?

Слайд 42

Зачем самолёты красят «серебряной» краской?

Слайд 43

Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?

Слайд 44

Какой из изображенных чайников быстрее остынет?

Слайд 45

Посмотрите на рисунок. Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

Слайд 46

Почему зимой тяга в печных трубах больше, чем летом?

Слайд 47

Придумайте опыт по рисунку и объясните наблюдаемое явление

Слайд 48

Повторим ещё раз !!!

Слайд 50

§§ 4-6. Упр. 2, 3. ЗАПИШИТЕ В ДНЕВНИК ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ Кроссворд

Слайд 51

Кроссворд По горизонтали: 3. Естественный приток воздуха в трубе 7. Процесс изменения внутренней энергии тела 9. Характеризует тепловое состояние тел 11. Вид теплообмена 12. Единица измерения энергии 13. Бытовой прибор с низкой теплопередачей По вертикали: 1. Материал с высокой теплопроводностью 2. Естественный источник излучения 4. Она бывает механической и внутренней 5. Вид теплопередачи 6. Способ изменения внутренней энергии тела 8. Материал с низкой теплопроводностью 10. Шкала измерения температуры

Теплопередача в природе и технике (Реферат)

Содержание:

1. Теплопередача
2. Три основных типа теплопередачи
3. Роль тепла и его использование
4. Заключение

Предмет:	Физика
Тип работы:	Реферат
Язык:	Русский
Дата добавления:	28. 08.2019

 

 

 

 

 

• Данный тип работы не является научным трудом, не является готовой выпускной квалификационной работой!
• Данный тип работы представляет собой готовый результат обработки, структурирования и форматирования собранной информации, предназначенной для использования в качестве источника материала для самостоятельной подготовки учебной работы.

Если вам тяжело разобраться в данной теме напишите мне в whatsapp разберём вашу тему, согласуем сроки и я вам помогу!

 

По этой ссылке вы сможете найти много готовых рефератов по физике:

 

 

Посмотрите похожие темы возможно они вам могут быть полезны:

 

Введение:

Тепло, кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяется интенсивное хаотическое движение молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Температура является мерой интенсивности движения молекул количество  тепло, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы;например, при той же температуре, в большой чашке воды, больше тепла, чем маленький, и в ведре с холодной водой это может быть больше, чем чашка горячей воды (хотя температура воды в ведре ниже).

Тепло играет важную роль в жизни человека, в том числе в функционировании его тело. Часть химической энергии, содержащейся в пище, преобразуется в тепло, благодаря которому температура тела поддерживается около 37 градусов Цельсия. Тепловой баланс организма человека также зависит от температуры окружающей среды, и люди вынуждены тратить много энергии на отопление жилых помещений и производственные помещения зимой и для их охлаждения летом. Наиболее эта энергия поставляется тепловыми двигателями, например, котельными и паровые турбины электростанций, работающих на ископаемом топливе (уголь, нефть) и производство электроэнергии.

До конца 18 века. тепло считалось материальным веществом, полагая, что Температура тела определяется количеством «калорийности» жидкость или калорийность. Позже Б. Румфорд, Дж. Джоуль и другие физики время остроумных экспериментов и рассуждений опровергло «калорийность» теория, доказывающая, что тепло невесомо и может быть получено в любом количестве просто механическим движением. Тепла в себе нет материя это просто энергия движения своих атомов или молекул. Именно современная физика придерживается этого понимания тепла.

Теплопередача

Теплопередача это процесс передачи тепла внутри тела или от одного кузов к другому, из-за разницы температур. Интенсивность передачи тепло зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется Экспериментально установленные законы природы. Эффективно создавать работающие системы отопления или охлаждения, различные двигатели, Электростанции, системы теплоизоляции, необходимо знать принципы теплообмена. В В некоторых случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей, космические корабли и т. д.), а в других должно быть столько же (паровые котлы, теплообменники, кухонная утварь).

Три основных типа теплопередачи

Существует три основных типа теплопередачи: проводимость, конвекция и лучистый теплообмен. Теплопроводность. Если внутри тела есть разница температур, то тепловая энергия передается от горячей части к более холодной такие тип теплопередачи из-за тепловых движений и столкновений молекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах в твердом теле органов это можно наблюдать визуально. Таким образом, при нагревании стального прута с на одном конце в пламени газовой горелки тепловая энергия передается вдоль стержня, и свечение распространяется на некотором расстоянии от нагреваемого конца (с расстояние от места нагрева все меньше и меньше).

Скорость теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температура, т. е. отношение DТ / Dx разности температур на концах прут на расстояние между ними. Это также зависит от площади поперечного сечение стержня (в м²) и коэффициент теплопроводности материала.

Из закона Фурье следует, что тепловой поток можно уменьшить, уменьшив одно из величины коэффициент теплопроводности, площадь или градиент температуры. Для здания в зимних условиях, последние значения практически постоянны, и, следовательно, чтобы поддерживать желаемую температуру в комнате, осталось уменьшить Теплопроводность стен, т.е. улучшается их теплоизоляция. 

Теплопроводность металлов обусловлена ​​колебаниями кристаллической решетки и движение большого количества свободных электронов (иногда называемых электронными газ). Движение электронов также отвечает за электропроводность металлов, и поэтому неудивительно, что хорошие проводники тепла (например, серебро или медь) также являются хорошими проводниками электричества.

Тепловое и электрическое сопротивление многих веществ резко снижается при понижение температуры ниже температуры жидкого гелия (1,8 К). Это феномен называется сверхпроводимость, используется для повышения эффективности работа многих устройств от микроэлектронных устройств до линий передача электроэнергии и большие электромагниты.

Конвекция. Как мы уже говорили, при подаче тепла на жидкость или газ интенсивность движения молекул увеличивается, и, как следствие, давление. Если объем жидкости или газа не ограничен, то они расширяются; локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и из-за выталкивающих (архимедовых) сил, нагретая часть среды движется вверх (а именно следовательно, теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку). Это это явление называется конвекцией. Чтобы не тратить тепло от системы отопления впустую, вам нужно использовать современные обогреватели, которые обеспечивают принудительная циркуляция воздуха.

Конвективный тепловой поток от нагревателя к нагретой среде зависит от начальная скорость движения молекул, плотность, вязкость, теплопроводность и теплоемкость и окружающая среда; Размер и форма нагревателя также очень важны. 

Коэффициент конвективного теплообмена h зависит от свойств среды, начальная скорость его молекул, а также от формы источника тепла, и измеряется в ед. Вт / (м2хК). Значение h не одинаково для случаев, когда воздух вокруг нагревателя стационарный (свободная конвекция) и когда тот же нагреватель находится в воздушный поток (принудительная конвекция). В простых случаях поток жидкости вдоль трубы или обтекания плоской поверхности, коэффициент h можно рассчитать теоретически. Тем не менее, найти аналитическое решение проблемы конвекции для Турбулентное течение среды еще не было успешным. Турбулентность это сложно хаотическое на весах движение жидкости (газа), значительно превышающее молекулярное.

Если нагретое (или, наоборот, холодное) тело помещают в стационарную среду или в поток, то вокруг него образуются конвективные потоки и пограничный слой. Температура, давление и скорость движения молекул в этом слое играют важную роль в определении коэффициента конвективного теплообмена. При проектировании теплообменников, систем необходимо учитывать конвекцию кондиционер, высокоскоростной самолет и многое другое другие устройства. Во всех таких системах одновременно с конвекцией она имеет место теплопроводности, как между твердыми телами, так и в окружающей среде их окружение. При повышенных температурах важную роль могут сыграть лучистый теплообмен.

Лучистый теплообмен. Третий тип теплообмена лучистый теплообмен отличается от теплопроводности и конвекции тем, что тепло в этом случае может передается через вакуум. Его сходство с другими методами теплообмена в Дело в том, что это также связано с перепадом температур. Тепловое излучение одно от видов электромагнитного излучения. Другие его типы радиоволны, ультрафиолетовое и гамма-излучение возникают при отсутствии разницы температуры.

Тепловое излучение может сопровождаться излучением видимый свет, но его энергия мала по сравнению с энергией излучения невидимая часть спектра.

Представленный закон теплового излучения справедлив только для идеального излучатель так называемое черное тело. Нет реального тела это не так, хотя плоская черная поверхность по своим свойствам приближается к абсолютно черному телу. Светлые поверхности излучают относительно слабый Чтобы учесть отклонение от идеала многочисленных «Серые» тела, справа от выражения, описывающего закон Стефана Больцман, ввести коэффициент меньше единицы, называется радиационной способность. Для плоской черной поверхности этот коэффициент может достигать 0,98, а для полированного металла зеркало не превышает 0,05.

Соответственно, абсорбция высока для черного тела и низкая для зеркала. Жилые и офисные помещения часто отапливаются небольшими электрическими излучатели тепла; красноватое свечение их спиралей является видимым тепловым Излучение близко к краю инфракрасной части спектра. Помещения нагревается от тепла, которое переносится в основном невидимой инфракрасной частью излучение. Тепловой источник используется в приборах ночного видения радиационный и ИК-чувствительный приемник, позволяющий видеть в темнота.

Солнце является мощным излучателем тепловой энергии; это нагревает Землю даже расстояние 150 млн. км. Зарегистрированные года в год на станциях, расположенных во многих частях мира приблизительно 1,37 Вт / м². Солнечная энергия является источником жизни на Земле. Мы ищем способы использовать его наиболее эффективно созданный солнечные панели, которые позволяют обогревать ваш дом и получать электричество для бытовые нужды.

Роль тепла и его использование

Глобальные процессы теплопередачи не ограничиваются нагревом Земли солнечным излучение. Массивные конвекционные потоки в атмосфере определяются ежедневные изменения погодных условий по всему миру. Изменения температуры в атмосфере между экваториальной и полярной областями вместе силы Кориолиса из-за вращения Земли приводят к появлению постоянно изменяющиеся конвекционные потоки, такие как пассаты, струи течения, а также теплые и холодные фронты.

Теплопередача (из-за теплопроводности) от расплавленного ядра Земли к его поверхность приводит к вулканическим извержениям и появлению гейзеров. В некоторых В регионах геотермальная энергия используется для отопления помещений и выработка энергии. Тепло является незаменимым участником практически всех производственных процессов.

Заключение

Мы упомянем наиболее важные из них, такие как выплавка и обработка металлов, работа двигателя, пищевая промышленность, химический синтез, переработка нефти, изготовление самых разнообразных изделий из кирпича и посуды к автомобилям и электронным устройствам.

Многие промышленные производства и транспорта, а также тепловые электростанции не являются может работать без тепловых двигателей устройств, которые преобразуют тепло в полезная работа. Примерами таких машин являются компрессоры, турбины, паровые, бензиновые и реактивные двигатели. Важный источник тепла для таких целей, как производство электроэнергии и транспортировать, обслуживать ядерные реакции. В 1905 году А. Эйнштейн показал, что масса и энергия связаны соотношением E = mc2, т.е. может переходить друг в друга. Скорость света c очень высокая: 300 тыс. км/с. 

Это означает, что даже небольшое количество вещества может дать огромное количество энергия. Так, из 1 кг делящегося вещества (например, урана) теоретически возможно получить энергию, которую электростанция дает за 1000 дней непрерывной работы мощностью 1 МВт.

Примеры конвекции

Конвекция возникает, когда тепло передается через газ или жидкость более горячим материалом, движущимся в более прохладную зону. Узнайте, что такое конвекция на самом деле, и рассмотрите несколько примеров этого явления.

Что такое конвекция?

Прежде чем рассматривать примеры, важно понять определение конвекции, чтобы вам было ясно, что такое конвекция на самом деле. Конвекция — это передача тепла, связанная с движением жидкости из-за подъема более горячих материалов и опускания более холодных материалов. Это происходит потому, что более горячие материалы имеют меньшую плотность, чем более холодные.

В метеорологии конвекция — это передача тепла и других атмосферных свойств за счет движения масс воздуха, особенно в направлении вверх. В геологии это медленное движение материала под земной корой. Некоторая конвекция является искусственной.

Повседневные примеры конвекции

В повседневной жизни существует множество примеров конвекции, в том числе несколько обычных бытовых явлений.

• кипяток — Когда вода закипает, тепло переходит от горелки в кастрюлю, нагревая воду внизу. Эта горячая вода поднимается вверх, а более холодная вода движется вниз, чтобы заменить ее, вызывая круговое движение.
• радиатор — Радиатор выпускает теплый воздух вверху и втягивает более холодный воздух внизу.
• Дымящаяся чашка горячего чая — Пар, который вы видите, когда пьете чашку горячего чая, указывает на то, что тепло передается в воздух.
• таяние льда — Лед тает, потому что тепло перемещается ко льду из воздуха. В результате лед тает из твердого состояния в жидкое.
• Размораживание замороженных продуктов — Замороженные продукты оттаивают быстрее под холодной проточной водой, чем если их поместить в воду. Это связано с тем, что проточная вода передает тепло продуктам быстрее, чем если бы замороженный продукт был помещен в неподвижную воду.
• принудительная конвекция — Когда вентилятор, насос или всасывающее устройство используются для облегчения конвекции, результатом является принудительная конвекция.Повседневные примеры этого можно увидеть с кондиционером, центральным отоплением, автомобильным радиатором, использующим жидкость, или конвекционной печью.

Примеры конвекции в метеорологии

Многие погодные условия являются результатом конвекции. С точки зрения метеорологии конвекция — это просто восходящее движение воздуха в атмосфере. Звучит достаточно просто, но в определенных условиях это может привести к суровой погоде.

• конвективные облака — Когда в воздухе много влаги, конвекционные потоки уносят эту влагу в небо, образуя конвективные облака.Когда в облаках накапливается достаточное количество капель, результатом будут осадки в виде конвективной грозы.
• линии шквала — линия шквала — это тип конвективной грозы. Этот тип конвективного явления вызывает ряд гроз, сопровождаемых сильным ветром и проливным дождем.
• supercell — Суперячейка — это более серьезная форма конвективной грозы. Этот тип шторма обычно длится в течение длительного периода времени (час или дольше) и имеет высокую вероятность образования опасных торнадо.

Примеры конвекции, связанной с движением воздуха

Хотя конвекция, происходящая дома, и погодные явления наблюдаются реже, чем повседневные примеры, существует ряд других примеров конвекции, связанной с движением воздуха.

• воздушный шар — Нагреватель внутри воздушного шара нагревает воздух, заставляя воздух двигаться вверх. Это заставляет воздушный шар подниматься, потому что горячий воздух остается внутри. Когда пилот хочет спуститься, человек выпускает немного горячего воздуха.Его место занимает прохладный воздух, заставляя шар опускаться.
• эффект стека — Эффект стека, также называемый эффектом дымохода, представляет собой движение воздуха внутрь и наружу из зданий, дымоходов или других объектов из-за плавучести. В этом случае плавучесть относится к разной плотности воздуха между воздухом внутри и воздухом снаружи. Сила плавучести увеличивается из-за большей высоты конструкции и большей разницы между уровнем тепла внутреннего и внешнего воздуха.

Примеры конвекции, связанные с геологией

Хотя влияние геологической конвекции не является чем-то, что люди могут наблюдать в режиме реального времени, она сильно влияет на мир природы. С конвекцией связан ряд природных явлений, связанных с геологией.

• конвекция мантии — Каменная мантия Земли движется медленно из-за конвекционных потоков, которые переносят тепло из недр Земли на поверхность. Это причина того, что тектонические плиты постепенно перемещаются вокруг Земли.Горячий материал добавляется к растущим краям тарелки, а затем охлаждается. На краях потребления материал становится плотным из-за сжатия от тепла и опускается в Землю в океанической впадине. Это вызывает образование вулканов.
• гравитационная конвекция — Поскольку пресная вода обладает плавучестью в соленой воде, сухая соль диффундирует вниз во влажную почву. Это пример гравитационной конвекции.

• океаническая циркуляция — Конвекция вызывает постоянную глобальную циркуляцию океанов.Теплая вода вокруг экватора циркулирует к полюсам, а более холодная вода на полюсах движется к экватору.

Конвекция, связанная со звездами

Хотя звезды не находятся ниже поверхности земли, вы также можете увидеть принципы конвекции в действии, рассматривая конвекцию, связанную со звездами, которую также можно назвать звездной конвекцией. У звезды есть зона конвекции, в которой энергия перемещается за счет конвекции. За пределами активной зоны находится зона излучения, в которой движется плазма.Конвекционный ток образуется, когда плазма поднимается, а остывшая плазма опускается.

Осмысление конвекции

Эти различные примеры конвекции показывают, как конвекция возникает во многих антропогенных и природных явлениях. Теперь, когда вы знакомы с примерами конвекции, подумайте о том, чтобы расширить свои знания о связанных научных явлениях. Начните с изучения десяти распространенных в реальной жизни примеров конденсации.

Конвекционные токи и как они работают

Конвекционные токи — это текущая жидкость, которая движется из-за разницы температур или плотности внутри материала.

Поскольку частицы в твердом теле фиксируются на месте, конвекционные токи наблюдаются только в газах и жидкостях. Разница температур приводит к передаче энергии из области с более высокой энергией в область с более низкой энергией.

Конвекция — это процесс теплопередачи. Когда возникают токи, материя перемещается из одного места в другое. Так что это тоже процесс массообмена.

Естественная конвекция называется естественной конвекцией или свободной конвекцией .Если жидкость циркулирует с помощью вентилятора или насоса, это называется принудительной конвекцией . Ячейка, образованная конвекционными потоками, называется конвекционной ячейкой или ячейкой Бенара .

Почему они формируют

Разница температур заставляет частицы двигаться, создавая ток. В газах и плазме разница температур также приводит к участкам с более высокой и низкой плотностью, где атомы и молекулы движутся, заполняя области с низким давлением.

Короче говоря, горячие жидкости поднимаются, а холодные — опускаются.Если не присутствует источник энергии (например, солнечный свет, тепло), конвекционные токи продолжаются только до тех пор, пока не будет достигнута однородная температура.

Ученые анализируют силы, действующие на жидкость, чтобы классифицировать и понять конвекцию. Эти силы могут включать:

• Гравитация
• Поверхностное натяжение
• Разница концентраций
• Электромагнитные поля
• Вибрация
• Образование связи между молекулами

Конвективные токи можно моделировать и описывать с помощью уравнений конвекции-диффузии, которые представляют собой скалярные уравнения переноса.

Примеры конвективных токов и шкалы энергии

• Вы можете наблюдать конвекционные токи в кипящей воде в кастрюле. Просто добавьте несколько горошин или кусочков бумаги, чтобы отследить текущий поток. Источник тепла на дне кастрюли нагревает воду, давая ей больше энергии и заставляя молекулы двигаться быстрее. Изменение температуры также влияет на плотность воды. Когда вода поднимается к поверхности, часть ее имеет достаточно энергии, чтобы уйти в виде пара. Испарение охлаждает поверхность настолько, что некоторые молекулы снова опускаются на дно сковороды.
• Простой пример конвекционных потоков — теплый воздух, поднимающийся к потолку или чердаку дома. Теплый воздух менее плотный, чем холодный, поэтому он поднимается вверх.
• Ветер — это пример конвекционного течения. Солнечный свет или отраженный свет излучает тепло, создавая разницу температур, которая заставляет воздух двигаться. Тенистые или влажные участки более прохладны или способны поглощать тепло, усиливая эффект. Конвекционные токи являются частью того, что движет глобальной циркуляцией атмосферы Земли.
• При сгорании возникают конвекционные токи.Исключением является то, что горению в условиях невесомости не хватает плавучести, поэтому горячие газы не поднимаются естественным образом, позволяя свежему кислороду подпитывать пламя. Минимальная конвекция в невесомости приводит к тому, что многие языки пламени заглушаются собственными продуктами сгорания.
• Атмосферная и океаническая циркуляция — это крупномасштабные движения воздуха и воды (гидросфера) соответственно. Эти два процесса работают вместе друг с другом. Конвекционные потоки в воздухе и на море приводят к погоде.
• Магма в мантии Земли движется конвекционными токами. Горячее ядро ​​нагревает материал над ним, заставляя его подниматься к корке, где он охлаждается. Тепло исходит от сильного давления на скалу в сочетании с энергией, выделяющейся при естественном радиоактивном распаде элементов. Магма не может продолжать подниматься, поэтому она движется горизонтально и снова опускается вниз.
• Эффект дымовой трубы или дымохода описывает конвекционные потоки, перемещающие газы через дымоходы или дымоходы. Плавучесть воздуха внутри и снаружи здания всегда разная из-за разницы температуры и влажности.Увеличение высоты здания или стека увеличивает силу эффекта. Это принцип, на котором основаны градирни.
• На солнце видны конвекционные токи. Гранулы, видимые в фотосфере солнца, являются вершинами конвективных ячеек. В случае Солнца и других звезд жидкость — это плазма, а не жидкость или газ.

Конвекция в науке: определение, уравнения и примеры — видео и стенограмма урока

Что такое конвекционные токи?

Вы когда-нибудь держали руку над кастрюлей с кипящей водой? Вы, наверное, не смогли бы удерживать его там долго.Но когда вы кладете руку рядом с того же банка, вы чувствуете себя прекрасно. Почему так случилось? Из-за конвекции!

Существует три типа теплопередачи: кондуктивная, конвекционная и радиационная. Конвекция — это тип теплообмена, который может происходить только в жидкостях и газах, потому что он включает эти жидкости или газы, физически движущиеся.

Конвекция возникает, когда существует разница температур между двумя частями жидкости или газа. Горячая часть жидкости поднимается, а более холодная опускается.Но давайте возьмем пример, чтобы подумать о , почему это происходит , иначе мы предположим, что у жидкости есть собственный разум.

После дня хорошего, основательного обучения пора сделать перерыв. Вы ставите чайник, чтобы заварить чашку чая. Чайник нагревает воду снизу, давая молекулам у дна больше кинетической энергии (энергии движения). Это дополнительное движение позволяет молекулам немного разойтись. Если они больше разнесены, значит, вода менее плотная. Холодная вода обычно плотнее горячей.

Конвекционные токи в кипящей воде — кастрюле или чайнике

Если вы поместите что-то менее плотное внутрь более плотного, что произойдет? Что ж, попробуйте положить пробку под воду. Вы не удивитесь, увидев, как он прыгнет прямо на поверхность. Таким же образом горячая вода на дне чайника менее плотная, чем холодная вода над ним, поэтому она будет подниматься на поверхность. Попав туда, он снова остывает, потому что находится дальше от нагревательного элемента.Это заставляет его становиться более плотным и тонуть.

Эти движения воды являются конвекционными потоками, поэтому кипящая вода так сильно перемещается. Вода нагревается и становится менее плотной, затем поднимается и охлаждается, снова становясь более плотной, пока не тонет. Этот процесс повторяется снова и снова. И все это из-за простой разницы температур между верхом и низом чайника.

Итак, буквально минуту назад я спросил вас, почему так жарко над кипящей водой, когда совершенно удобно положить руку рядом с ним.Причина этого — конвекционные токи. Это потому, что нарастает жара. Когда вы кладете руку рядом с горшком, вы получаете энергию через другие типы теплопередачи, такие как теплопроводность и излучение. Но не очень. Однако над ним вы добавляете в смесь конвекцию. Нагретый воздух буквально поднимается к вам к руке.

13 примеров конвекции в повседневной жизни — StudiousGuy

Конвекция относится к процессу передачи тепла или энергии через текучую среду (газ или жидкость) от высокой температуры к низкой.Конвекция — это один из трех типов теплопередачи; два других — излучение и проводимость. Под проводимостью понимается передача тепла между телами, находящимися в физическом контакте; тогда как при излучении энергия излучается в форме электромагнитных волн.

Молекулярное движение в жидкостях является причиной конвективной теплопередачи. Движение молекул увеличивается, когда температура молекул увеличивается; в результате молекулы стремятся удаляться друг от друга.Движение молекул отвечает за передачу тепла.

Если вы посмотрите вокруг, вы можете заметить, что конвекция играет важную роль в повседневной жизни. В этой статье мы собираемся обсудить реальные примеры конвекции, которые весьма интересны.

1. Бриз

Морской и наземный бриз являются классическими примерами конвекции. Согласно определению конвекции, молекулы с более высокой температурой вытесняют молекулы с более низкой температурой.Точно так же днем ​​поверхность суши у моря теплее, чем вечером. Конвекция заставляет воздух, который находится ближе к поверхности земли, нагреваться и, следовательно, подниматься. Этот теплый воздух у суши легко заменяется холодным, что приводит к «Морскому бризу». Ночью земля остывает сильнее. Однако воздух над морской водой теплый и поэтому поднимается вверх. Как только этот воздух поднимается, он заменяется холодным воздухом с суши, который обычно называют «сухопутным бризом».”

2. Кипяток

Конвекция проявляется при кипячении воды. Происходит то, что холодная вода внизу нагревается от энергии горелки и поднимается вверх. Когда горячая вода поднимается, холодная вода устремляется, чтобы заменить ее, что приводит к круговому движению.

3. Кровообращение у теплокровных млекопитающих

Вы можете быть удивлены, узнав, что теплокровные животные используют конвекцию для регулирования температуры тела.Человеческое сердце — это насос, а кровообращение в человеческом теле — пример принудительной конвекции. Тепло, выделяемое клетками тела, передается воздуху или воде, протекающей по коже.

4. Кондиционер

В жаркий летний день кондиционеры работают постоянно. Процесс охлаждения воздуха в кондиционерах основан на принципе конвекции. Холодный воздух выпускается кондиционерами.Теперь этот холодный воздух плотнее теплого и, следовательно, тонет. Теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается вверх и втягивается кондиционером. В результате создается конвекционный ток, и комната охлаждается.

5. Радиатор

Даже радиаторы работают по принципу конвекции. Как и в приведенном выше примере с кондиционерами, радиаторы работают аналогичным образом. В радиаторах нагревательный элемент размещается внизу. Холодный воздух, будучи плотным, опускается и забирается в радиатор; его нагревают и отпускают.Горячий воздух заменяет промежуток, оставленный холодным воздухом. Следовательно, создается конвекционный ток.

6. Холодильник

Принцип работы холодильников очень похож на принцип работы кондиционеров. Морозильная камера, в случае холодильников, размещается вверху. Как упоминалось выше, теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается вверх и, следовательно, охлаждается морозильной камерой. Теперь этот прохладный воздух, будучи более плотным, опускается вниз и, следовательно, сохраняет нижнюю часть холодильника прохладной.

7. Поппер горячего воздуха

Поппер с горячим воздухом, который используется для приготовления попкорна, также использует принцип конвекции. Поппер горячего воздуха имеет вентилятор, вентиляционное отверстие и нагревательный элемент. Когда поппер включен, вентилятор нагнетает воздух на нагревательный элемент через вентиляционное отверстие. Нагревательный элемент, в свою очередь, нагревает воздух; который затем поднимается. Над нагревательным элементом размещены ядра попкорна. Ядра нагреваются, когда поднимается горячий воздух; поэтому ядра лопаются.

8. Воздушный шар

Воздушные шары могут подниматься по принципу конвекции. Вы могли видеть обогреватель в основании воздушного шара. Этот обогреватель нагревает воздух, который движется вверх. Поднимающийся горячий воздух попадает в воздушный шар и, следовательно, заставляет его подниматься вверх. Когда должна произойти посадка воздушного шара, пилот выпускает часть горячего воздуха. Холодный воздух заменяет выпущенный горячий воздух; следовательно, воздушный шар опускается.

9. Горячий напиток

Кто не любит чашку горячего кофе в зимний день? Вы знаете, что выделение тепла из дымящейся чашки горячего кофе также работает по принципу конвекции? Возможно, вы часто наблюдали пар, выходящий из чашки с горячим кофе. Пар в виде теплого воздуха поднимается вверх из-за высокой температуры жидкости. Этот пар передается в воздух.

10. Осадки и грозы

Можно даже наблюдать роль конвекции в осадках и грозах.Посмотрим как? Облака образуются, когда вода в океане нагревается и поднимается вверх. Эти теплые капли воды, в свою очередь, насыщаются, что приводит к образованию облаков. Маленькие облака, которые образуются в результате этого процесса, сталкиваются друг с другом, образуя большие облака. Эти большие облака, которые обычно называют кучево-дождевыми, приводят к дождям и грозам.

11. Двигатели с воздушным охлаждением

Двигатели в транспортных средствах, например в легковых автомобилях, охлаждаются водяными рубашками.Продолжительная работа двигателей приводит к нагреванию воды в водяной рубашке / водяных трубах, окружающих двигатель. Чтобы двигатель продолжал работать, воду необходимо охладить. Когда вода нагревается, она начинает течь по трубам, окружающим двигатель. Когда теплая вода течет по этим трубам, она охлаждается вентиляторами. Эти вентиляторы тоже присутствуют в трубах. Как только вода остывает, она возвращается в двигатель; следовательно, соблюдая сам принцип конвекции и охлаждения двигателя.

12. Таяние льда

Таяние льда — еще один пример конвекции. Температура поверхности или границы льда увеличивается по мере того, как теплый воздух дует над поверхностью; или под ним течет вода, температура которой выше, чем у льда. Когда температура поверхности или границы льда изменяется, лед тает. Подобным образом замороженный материал тает в воде.

13. Конвекционная печь

Кто не любит торты и печенье? Но знаете ли вы, что в большинстве духовок используется принцип конвекции? В конвекционных печах используется принудительная конвекция.При нагревании молекулы, присутствующие в воздухе, также нагреваются и начинают двигаться. Благодаря этому теплому воздуху пища в духовке готовится.

Источники изображений

• free-online-private-pilot-ground-school.com
• subrogationrecoverylawblog.com
• flowvella.com
• bestheating.com
• 3.bp.blogspot.com
• i5.walmartimages.ca
• cradle-cfd.com
• slideplayer. com
• изображений-на.ssl-images-amazon.com
• inabottle.it
• icestories.exploratorium.edu
• ffden-2.phys.uaf.edu

Примеры конвекции в повседневной жизни

Из этого поста вы познакомитесь с конвекцией тепла и примерами конвекции.
Если вы хотите получить пользу от этого сообщения, вам понравится этот пост.
Состав:

• Определение конвекции
• Примеры
• Приложения
• Подробнее…

Продолжайте читать…
W
Передача тепла путем фактического движения молекул из горячего места в холодное называется конвекцией.Морской бриз, наземный бриз и конвекционное течение — вот несколько примеров конвекции. Конвекция возникает только в жидкостях и газах.
Жидкости и газы плохо проводят тепла. Однако тепло передается через жидкости (жидкости или газы) с помощью другого метода, называемого конвекцией.
Почему надутый воздушный шар, показанный на рисунке. , Поднимается вверх? жидкость или газ становятся легче (менее плотными), поскольку они расширяются при нагревании. Горячая жидкость или газ поднимается над нагретой зоной. Более холодная жидкость или газ из окружающей среды заполняют места, которые, в свою очередь, нагреваются.таким образом вся жидкость нагревается. Следовательно, передача тепла через жидкости происходит за счет фактического движения нагретых молекул от горячих частей жидкости к холодным.

Конвекция тепла в жидкостях

В отличие от частиц твердых тел, частицы в жидкостях и газах перемещаются из одного места в другое. Возьмите стакан и положите в него небольшие кусочки бумаги.
Заполните стакан водой наполовину. Нагрейте стакан спиртовкой. Мы увидим, что кусочки бумаги поднимаются на поверхность воды, перемещаются в сторону и опускаются на дно.Вода в стакане тоже нагревается. Молекулы воды поглощают тепловую энергию со дна стакана и поднимаются вверх. Остальные молекулы воды из окружения опускаются на дно, чтобы поглотить тепловую энергию. Из вышеупомянутого эксперимента мы также можем определить конвекцию как: «Передача тепла, при которой молекулы среды фактически движутся к источнику тепловой энергии, чтобы поглотить тепло, а затем удаляются от него, называется конвекцией».

Есть ли конвекция в твердых телах?

Конвекция возникает в жидкостях и газах только потому, что их молекулы могут свободно перемещаться.Молекулы твердого тела тесно связаны. Они не могут свободно передвигаться. Молекулы твердого тела тесно связаны. Они не могут свободно перемещаться, поэтому в твердых телах конвекция невозможна.

В чем разница между сухим и морским бризом?

Land Breeze:
Сухой и морской бриз являются результатом конвекции. В жаркий день температура на суше ° C повышается быстрее, чем на море. Это потому, что удельная теплоемкость земли намного меньше, чем у воды.Воздух над землей нагревается и поднимается вверх. холодный воздух с моря начинает двигаться к суше. Это называется морской бриз.
Sea Breeze:
Ночью земля остывает быстрее, чем море. Поэтому воздух над морем теплее, поднимается вверх, а холодный воздух с суши начинает двигаться в сторону моря, как показано на рисунке. Это называется морским бризом.

ПЛАНИРОВАНИЕ:

Что заставляет планер оставаться в воздухе?
Планер, похожий на небольшой самолет без двигателя.Пилоты-планеры используют восходящее движение потоков горячего воздуха за счет конвекции тепла. Эти восходящие потоки горячего воздуха называются термиками. Планер пролетает над этим термиком. Движение воздушных потоков вверх в термике помогает им оставаться в воздухе в течение длительного периода.
Как термики помогают птицам часами летать, не взмахивая крыльями?
Птицы расправляют крылья и кружатся в этих потоках. Движение воздуха вверх помогает птицам взбираться вместе с ним. Орлы, ястребы и стервятники — опытные альпинисты в термальных водах. Поднявшись на свободный подъем, птицы могут часами летать, не взмахивая крыльями. Они скользят от одного теплового потока к другому и, таким образом, преодолевают большие расстояния и им не нужно махать крыльями.

Примеры конвекции

• Водяной насос в доме, где горячая вода разделяется для эффективного распределения, проходит через средство (насос), чтобы она выходила в душ, и человек мог купаться в необходимом количестве.
В домашних духовках
• используется конвекционная технология, чтобы человек мог регулировать желаемый уровень температуры при приготовлении холодных блюд.Внутри будет циркулировать поток горячего воздуха.
• Конвекция возникает на дне океанов, где энергия воды встречается с холодной поверхностью, что приводит к океанским течениям.
• Когда вулкан извергается, это происходит потому, что сила тяжести притягивает его горячие жидкости к поверхности, остальные жидкости спускаются вниз.
• Конвекционные печи передают тепло, вызывая полностью естественную циркуляцию воздуха, что приводит к равномерному распределению тепла по всему помещению.
• Воздушные шары удерживаются в воздухе благодаря горячему воздуху, исходящему от двигателя, но если они остывают, шары начинают разрушаться.
• Когда человек купается в очень горячей воде, стекло в душе запотевает.
• Фен оснащен двигателем, который служит вентилятором для нагнетания воздуха через терморезистор. Следовательно, он передает тепло за счет принудительной конвекции.

Области применения конвекции

• Бытовая система водоснабжения основана на конвекции.Работает как:

Вода в котле нагревается газовыми горелками. Горячая вода расширяется и становится менее плотной. Отсюда он поднимается и течет в верхнюю половину цилиндра.
Для замены горячей воды холодная вода из бачка попадает в нижнюю половину цилиндра, а затем в бойлер из-за разницы давлений.
Переливная труба прикрепляется к баллону на тот случай, если температура воды станет слишком высокой и вызовет большое расширение горячей воды.
Кран горячей воды, идущий от переливной трубы, должен быть ниже бачка, чтобы разница давлений между бачком и краном заставляла воду вытекать из крана.

Нагревательный змеевик электрического чайника всегда размещается внизу чайника.
При включении питания вода возле нагревательного змеевика нагревается, расширяется и становится менее плотной. Таким образом, нагретая вода поднимается вверх, в то время как более холодные области в верхней части водоема опускаются, чтобы заменить нагретую воду.

Роторный вентилятор внутри кондиционера принудительно охлаждает сухой воздух в помещении. Холодный воздух, будучи плотным, опускается вниз, а теплый воздух внизу, будучи менее плотным, поднимается вверх и втягивается в кондиционер, где охлаждается. Таким образом происходит рециркуляция воздуха, и температура воздуха падает до значения, заданного на термостате.

Холодильник работает так же, как кондиционер. Морозильный агрегат размещается вверху для охлаждения воздуха, так как он плотный. Тонет, а теплый воздух внизу поднимается.Это создает конвекционные токи внутри шкафа, которые помогают охладить содержимое внутри.

Подробнее о конвекции смотрите видео:

Просмотр:

Естественная конвекция — обзор

6.1 Введение

Естественная конвекция — это форма конвекционной теплопередачи, в которой движущей силой объемного движения или адвекции являются силы самоиндуцированной энергии. Эти силы могут быть вызваны градиентами температуры или концентрации.В этой книге мы фокусируем наше внимание на естественном конвекционном потоке и теплопередаче за счет температурных градиентов. В свете вышеприведенного утверждения интуитивно очевидно, что поток и теплопередача будут тесно связаны в естественной конвекции. Из-за объемного движения передача тепла естественной конвекцией будет в несколько раз больше, чем при молекулярной проводимости. Даже в этом случае, поскольку в естественной конвекции не участвуют никакие внешние факторы, такие как насос или воздуходувка, скорости будут небольшими, обычно порядка см / с или десятков см / с, в отличие от нескольких м / с, которые обычно наблюдается при принудительной конвекции.Как следствие этого, скорость теплопередачи естественной конвекции будет ниже, чем принудительная конвекция в конкретной ситуации, если все другие управляющие переменные, такие как разность температур, геометрия и среда, одинаковы. Напомним, что традиционно конвекция, вызванная внешним воздействием, таким как насос, вентилятор или воздуходувка, получила название «принудительной» конвекции. Ввиду этого естественная конвекция, если так сказать «не принуждение» извне, также известна как свободная конвекция.

Рассмотрим две бесконечно широкие горизонтальные параллельные пластины при температурах T ₁ и T ₂ соответственно. Пусть пространство между двумя пластинами занято такой средой, как воздух. Существуют две возможности, как показано на рис. 6.1.

Рисунок 6.1. Среда заключена между двумя параллельными пластинами с температурами T ₁ и T ₂ . (A) T ₁ & gt; T ₂ (B) T ₁ & lt; Т ₂ .

В ситуации (A) верхняя пластина горячее, чем нижняя пластина.Ввиду этого, поскольку воздух (или любая другая среда в этом отношении) нагревается от верхней пластины, он остается наверху, поскольку нагретый воздух менее плотный. Таким образом, это представляет собой устойчивую конструкцию в том, что касается конвекции, а это означает, что в этом случае естественной конвекции не будет. Даже в этом случае теплопередача будет происходить между T ₁ и T ₂ через воздух через путь теплопроводности или молекулярной диффузии. Также может происходить излучение, но это зависит от разницы между T ₁ и T ₂ , радиационных свойств поверхностей и так далее.Радиационная теплопередача является предметом главы 8 этой книги.

Пока достаточно сказать, что на рис. 6.1A представлена ​​ситуация «нет потока», «нет естественной конвекции». Однако ситуация на рис. 6.1Б интересна. Нагреваемая пластина находится внизу, поэтому воздух, контактирующий с ней, нагревается и поднимается вверх. Как только воздух попадает на верхнюю пластину, он охлаждается, становится более плотным и возвращается к нижней пластине, чтобы снова нагреться и продолжить цикл. Это типичная естественная конвекция.

Применения этого легиона, например, для охлаждения электронного оборудования, такого как трансформаторы, теплопередачи в окнах с двойным стеклопакетом, солнечных коллекторов, теплогидравлики в ядерных реакторах и так далее. Список бесконечен. Просто чтобы подчеркнуть, что приведенный выше не является банальным и забитым списком применений естественной конвекции, мы хотели бы обратить ваше внимание на ядерную катастрофу на Фукусима-дайити, которая произошла 11 марта 2011 года. Катастрофа впервые началась с землетрясениями и, как только землетрясение было обнаружено, ядерные реакторы закрыли.Однако из-за проблем с сетью электроснабжение прекратилось, и аварийные дизель-генераторные установки начали обеспечивать циркуляцию теплоносителя через активные зоны ядерного реактора для удаления остаточного тепла (которое не прекращается немедленно и соответствует типичному q = ae-bt вид распределения, где a и b — известные константы, t — время, а q — тепловыделение). Однако землетрясение вызвало цунами высотой почти 50 футов, затопившее подвал завода, парализовав аварийный генератор.Это привело к так называемой аварии с потерей теплоносителя (LOCA), расплавлению реактора и выбросу радиации в атмосферу. Основная проблема заключалась в том, что система отвода остаточного тепла была разработана только для случая принудительной конвекции, и система не могла предотвратить LOCA, если аварийные генераторы вышли из строя. Система отвода остаточного тепла, которая работала бы даже при естественной конвекции, потребовала бы значительных инженерных усилий, включения дымоходов и т. Д., Но спасла бы положение.Даже в обычном ноутбуке тепловая трубка отводит тепло, выделяемое процессором, но конденсация пара на самой тепловой трубке должна происходить за счет естественной конвекции и излучения со всех поверхностей ноутбука. Стоит помнить, что в конечном итоге любое выделяемое тепло должно выделяться в окружающий воздух или в близлежащее озеро, пруд, море или космическое пространство. Задача специалиста по теплопередаче состоит в том, чтобы обеспечить и спроектировать этот путь, который был бы надежным, безопасным, экономичным, экологически безвредным и соответствовал всем директивам и законам.

5.6 Методы теплопередачи — теплопроводность, конвекция и излучение Введение — Физика Дугласского колледжа 1207 Зима 2020

Глава 5 Температура, кинетическая теория и законы газа

Сводка

• Обсудите различные методы передачи тепла.

Не менее интересны, чем эффекты теплопередачи в системе, методы, с помощью которых это происходит. Всякий раз, когда есть разница температур, происходит передача тепла.Теплоотдача может происходить быстро, например, через кастрюлю, или медленно, например, через стенки ящика для льда для пикника. Мы можем контролировать скорость теплопередачи, выбирая материалы (например, толстую шерстяную одежду на зиму), контролируя движение воздуха (например, используя уплотнители вокруг дверей) или выбирая цвет (например, белая крыша для отражения лета). Солнечный свет). Так много процессов связано с теплопередачей, поэтому трудно представить себе ситуацию, когда теплопередача не происходит. Однако каждый процесс, связанный с передачей тепла, осуществляется всего тремя способами:

1. Проводимость — это передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте.(Вещество неподвижно в макроскопическом масштабе — мы знаем, что существует тепловое движение атомов и молекул при любой температуре выше абсолютного нуля.) Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности.
2. Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения жидкости. Этот тип переноса имеет место, например, в топке с принудительной подачей воздуха и в погодных системах.
3. Передача тепла посредством излучения происходит, когда излучаются или поглощаются микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет или другая форма электромагнитного излучения.Яркий пример — потепление Земли Солнцем. Менее очевидный пример — тепловое излучение человеческого тела.

Рис. 1. В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Мы рассмотрим эти методы более подробно в трех следующих модулях. Каждый метод имеет уникальные и интересные характеристики, но все три имеют одну общую черту: они передают тепло исключительно из-за разницы температур. Рис. 1.

Проверьте свое понимание

1: Назовите пример из повседневной жизни (отличный от текста) для каждого механизма теплопередачи.

• Тепло передается тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Концептуальные вопросы

1: Каковы основные способы передачи тепла от горячего ядра Земли к ее поверхности? С поверхности Земли в космос?

2: Когда наши тела становятся слишком теплыми, они реагируют потоотделением и усилением кровообращения к поверхности, чтобы отводить тепловую энергию от ядра. Как это повлияет на человека в гидромассажной ванне с температурой 40,0 ^o ° C?

3: На рис. 2 показан в разрезе термос (также известный как сосуд Дьюара), который представляет собой устройство, специально разработанное для замедления всех форм теплопередачи.Объясните функции различных частей, таких как вакуум, серебрение стен, тонкостенная длинная стеклянная горловина, резиновая опора, воздушный слой и стопор.

Рис. 2. Конструкция термоса разработана таким образом, чтобы препятствовать передаче тепла всеми способами.

Глоссарий

проводимость

Передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте

конвекция

Передача тепла за счет макроскопического движения жидкости

излучение

Передача тепла, возникающая при испускании или поглощении микроволн, инфракрасного излучения, видимого света или другого электромагнитного излучения

Решения

Проверьте свое понимание

1: Электропроводность: тепло передается вашим рукам, когда вы держите чашку горячего кофе.

Конвекция: теплопередача, когда бариста «парит» холодное молоко, чтобы сделать горячее какао .