Конвекция физика определение: Конвекция – таблица, формула с примерами в природе и технике, особенности переноса энергии кратко

Содержание

Конвекция. Центральное отопление. Фен :: Класс!ная физика

КОНВЕКЦИЯ

— это перенос энергии струями жидкости или газа.
При конвекции происходит перенос вещества в пространстве.
Объяснить явление конвекции можно тепловым расширением тел и законом Архимеда .
Конвекция невозможна в твёрдых телах.
Интенсивность конвекции зависит от разности температур слоев жидкости или газа и агрегатного состояния вещества.

Конвекция может быть двух видов:

так, например, в лампе для ее возникновения требуется подогрев жидкости снизу
(или в другом устройстве — охлаждение сверху).


когда под действием вентиляторов, насосов, движения ложки и т.п. переносятся потоки газа или жидкости.

Красивый опыт с конвекцией жидкости.

Возьмите большую стеклянную банку с широким горлышком и заполните ее чистой холодной водой.

В другой небольшой (чтобы проходил через горло большой банки) керамический сосуд налейте очень горячей подкрашенной обычными красками или марганцовкой (зеленкой) воды. Закрыв пальцем горлышко маленького сосуда, опустите его на дно большой банки с водой.
Струйки горячей подкрашенной жидкости, извиваясь, начнут подниматься к поверхности. Вы будете наблюдать явление конвекции в жидкости, когда более легкая горячая жидкости, перемешиваясь с холодной водой, устремится вверх.

Интересно, что в сильные морозы глубокие водоемы не промерзают до дна, и вода внизу имеет температуру +4 градуса Цельсия. Оказывается, что вода при такой температуре имеет наибольшую плотность и опускается на дно. Поэтому дальнейшая конвекция теплой воды наверх становится невозможной и вода более не остывает.

Керосиновая лампа, масляная…
Каково назначение лампового стекла?

Тысячелетия люди обходились без стекла, используя открытый огонь. И только Леонардо да Винчи придумал окружить огонь цилиндрическим экраном, но сначала не стеклянным, а металлическим. Только спустя 300 лет появилась стеклянная колба для лампы. Главная роль стекла усилить яркость пламени, т.е. ускорить процесс горения ( стекло усиливает приток воздуха к пламени и увеличивает тягу). Второстепенная роль — защита пламени от ветра.

Устали? — Отдыхаем!

конвекция

Материально-техническое оснащение урока:

1.     Комплект приборов для демонстрации конвекции в жидкостях и газах: штатив, колба с водой, экран, перманганат калия, настольная лампа, бумажная спираль.

2.     Дидактический материал для контроля знаний учащихся: лото  по теме «Тепловые явления», карточки — задания для проверки навыков работы с величинами, заданными в стандартном виде.

3.     Дополнительная литература по теме «Проявления конвекции в природе и технике».

4.     Наглядные пособия.

План урока:

1.     Оргмомент

2.     Проверка домашнего задания.

3.     Изучение нового материала.

4.     Физическая минутка.

5.     Закрепление.

6.     Подведение итогов. Домашнее задание.

Ход урока:

1.     Оргмомент.

Объявляются цель и план  урока .

2.     Проверка домашнего задания:

Проверка ОУН 1-го ряда:

— учащиеся 1-го варианта заполняют физическое лото по теме « Тепловые явления»,

-учащиеся 2-го варианта выполняют задания по записи значений физических  величин в стандартном виде.

Монологический ответ по теме « Теплопроводность».

— учащиеся 2 и 3го ряда заслушивают ответ и проводят анализ по плану: положительные и неудачные моменты ответа, дополнения , оценка.

 Подведение итогов проверки домашнего задания.

3.     Изучение нового материала:

Учитель: Цель этого этапа урока: узнать новый вид теплопередачи, его механизм  и отличие от теплопроводности, познакомиться с видами конвекции и проявлениями ее в природе и технике.

 

Демонстрация опыта по конвекции в жидкостях. Наблюдение циркуляции воды.

 

Учитель: Что мы наблюдаем?

Ученик: Мы видим, как струи подкрашенной жидкости поднимаются вверх.

Учитель: Попробуем объяснить данное явление.

               Что происходит  с энергией и скоростью частиц  у дна сосуда?

Ученик: Так как сосуд у дна подогревают, то энергия  частиц у дна сосуда увеличивается.

Учитель: Как это отражается на плотности жидкости? И к чему это приводит?

Ученик: При увеличении скорости частиц плотность жидкости уменьшается и на менее плотные слои жидкости начинает действовать сила Архимеда, поэтому менее плотная жидкость всплывает.

Учитель: Менее плотные слои жидкости всплывают и переносят с собой энергию по всему объему жидкости.

Учитель: Мы с вами на опыте пронаблюдали проявление конвекции в жидкостях. Сделайте полный вывод по увиденному опыту и предложите возможные определения конвекции.

Учащиеся делают вывод

Учитель: Запишем определение конвекции в тетрадь:

 

Конвекция – вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкости или газа.

 

Механизм конвекции:

 

Отличие от теплопроводности:

 

Виды конвекции:

 

Учитель: Пронаблюдаем опыт, демонстрирующий конвекцию в газах.

 Демонстрация опыта по конвекции в газах.

 

 

4. Физическая минутка:

Разминка для глаз:

Посмотрели в окно, на верхушки деревьев.

Прочитали в тетради определение конвекции.

Посмотрели в окно, на последние этажи домов.

Прочитали в тетради механизм конвекции.

Встали, потянулись.

 

5.     Закрепление.

Класс делится на 5 групп ( далее работа продолжается стоя).

Учащиеся работают в группах, рассматривая вопросы проявления конвекции в природе и использование ее в технике.

Задания группам:

1 группе — Объяснить физику ночного и дневного бризов.

2 группе – Объяснить принцип действия водяного отопления.

3 группе – Объяснить механизм обогрева воздуха  в комнате от батареи центрального отопления. 

4 группе – объяснить принцип действия охлаждения автомобильного двигателя.

5 группе – объяснить на основе конвекционных потоков в мантии Земли движение литосферных плит.

 

На подготовку ответа группе дается 5 минут.

После подготовки ребята рассаживаются по местам.

Заслушивается ответ каждой группы.

 

6.     Подводится итого урока, объявляются оценки.

Домашнее задание: Учебник ПинскогоА.А.  п. 4.9, стр. 100, упр. 1,2,3

Урок 02. теплопроводность. конвекция. излучение — Физика — 8 класс

Конспект объясняющего модуля

Цели урока:

– познакомить с тремя способами теплопередачи, сформировать представление о механизмах и особенностях передачи энергии путём теплопроводности, конвекции и излучения;

– научить наблюдать, описывать и объяснять физические явления на основе представлений об изменении внутренней энергии при теплопередаче.

Планируемые результаты обучения учащегося:

– даёт определения теплопроводности, конвекции и излучения, приводит примеры передачи энергии перечисленными способами;

– демонстрирует знание механизмов и особенностей передачи энергии путём теплопроводности, конвекции и излучения;

– сравнивает значения теплопроводности различных веществ;

– приводит примеры и объясняет физические явления на основе полученных знаний о различных способах теплопередачи.

В окружающем нас мире происходят различные физические явления, некоторые из них связаны с изменением внутренней энергии тел.

Внутреннюю энергию можно изменить за счет совершения механической работы и теплопередачи.

Рассмотрим способ изменения внутренней энергии тела путем теплопередачи. Введем определение. Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

У теплопередачи есть три разновидности: теплопроводность, конвекция, излучение. Каждый вид теплопередачи имеет свои особенности, присущие только ему. Рассмотрим первый вид- теплопроводность.

Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Разные тела обладают разной теплопроводностью, так как молекулярное строение и скорость движения молекул в разных веществах разная.

У металлов самая высокая (хорошая) теплопроводность, у жидкостей меньше, а у газов самая маленькая ( плохая) теплопроводность.

Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества и если нет частиц, то нет теплопроводности. Следующий вид теплопередачи- конвекция.

Конвекция – это явление переноса энергии слоями жидкостей или газов.

Конвекция , что следует из определения, может быть только при наличии вещества, а конкретно — жидкости или газа, если же вещества нет, то и не имеет смысла говорить о явлении конвекции. Конвекцией, например, объясняются бризы — ночные и дневные ветры, возникающие на берегах морей и больших озер.

В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой. При этом воздух над сушей расширяется, после чего его давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате холодный воздух понизу с моря (где давление больше) перемещается к берегу (где давление меньше) -дует ветер. Это и есть дневной (или морской) бриз.

Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Теперь более высокое давление оказывается над сушей, и потому воздух начинает перемещаться от берега к морю. Это ночной (или береговой) бриз.

Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

Естественная конвекция происходит сама по себе без внешнего воздействия.

В вынужденной перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Рассмотрим еще один вид теплопередачи- излучение, который может осуществляться в вакууме.

Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн.

У излучения есть свои особенности- темные тела быстрее поглощают и излучают энергию, у светлых поглощение и испускание энергии происходит гораздо медленнее.

Кроме того, все нагретые тела, по сравнению с температурой окружающего пространства, испускают энергию. Чем сильнее нагрето тело, тем больше энергии оно испускает.

Это можно увидеть с помощью термоскопа.

задания к урокам физики для 8 класса.

Задание: выяснить, от каких величин зависит количество теплоты, переданное телу?

Используя свой жизненный опыт, ответьте на предложенные вопросы.

1.Два чайника с водой разной массы находятся в одной комнате. Воду необходимо  нагреть  до  кипения. Вода, в каком чайнике закипит быстрее и почему?

2.Два чайника с водой имеют  одинаковые объёмы и находятся в одной комнате. Воду в одном чайнике нужно довести до кипения, а в другом немного нагреть Вода, в каком чайнике нагреется быстрее и почему?

3. В одной кастрюле вода, в другой подсолнечное масло. Начальные температуры воды и масла одинаковые. Одинаковое ли количество теплоты нужно передать обеим кастрюлям, чтобы жидкости довести до кипения?

Критерии оценивания

— правильно указана проблема

— четко сформулированы факты

— кратко сформулированы причины

— вывод имеет верное суждение

 

Задание: выяснить, от каких величин зависит количество теплоты, переданное телу?

Используя свой жизненный опыт, ответьте на предложенные вопросы.

1.Два чайника с водой разной массы находятся в одной комнате. Воду необходимо  нагреть  до  кипения. Вода, в каком чайнике закипит быстрее и почему?

2.Два чайника с водой имеют  одинаковые объёмы и находятся в одной комнате. Воду в одном чайнике нужно довести до кипения, а в другом немного нагреть Вода, в каком чайнике нагреется быстрее и почему?

3.В одной кастрюле вода, в другой подсолнечное масло. Начальные температуры воды и масла одинаковые. Одинаковое ли количество теплоты нужно передать обеим кастрюлям, чтобы жидкости довести до кипения?

Критерии оценивания

— правильно указана проблема

— четко сформулированы факты

— кратко сформулированы причины

— вывод имеет верное суждение

 

Задание: выяснить, от каких величин зависит количество теплоты, переданное телу?

Используя свой жизненный опыт, ответьте на предложенные вопросы.

1.Два чайника с водой разной массы находятся в одной комнате. Воду необходимо  нагреть  до  кипения. Вода, в каком чайнике закипит быстрее и почему?

2.Два чайника с водой имеют  одинаковые объёмы и находятся в одной комнате. Воду в одном чайнике нужно довести до кипения, а в другом немного нагреть Вода, в каком чайнике нагреется быстрее и почему?

3.В одной кастрюле вода, в другой подсолнечное масло. Начальные температуры воды и масла одинаковые. Одинаковое ли количество теплоты нужно передать обеим кастрюлям, чтобы жидкости довести до кипения?

Критерии оценивания

— правильно указана проблема

— четко сформулированы факты

— кратко сформулированы причины

— вывод имеет верное суждение

 

Задание: выяснить, от каких величин зависит количество теплоты, переданное телу?

Используя свой жизненный опыт, ответьте на предложенные вопросы.

1.Два чайника с водой разной массы находятся в одной комнате. Воду необходимо  нагреть  до  кипения. Вода, в каком чайнике закипит быстрее и почему?

2.Два чайника с водой имеют  одинаковые объёмы и находятся в одной комнате. Воду в одном чайнике нужно довести до кипения, а в другом немного нагреть Вода, в каком чайнике нагреется быстрее и почему?

3.В одной кастрюле вода, в другой подсолнечное масло. Начальные температуры воды и масла одинаковые. Одинаковое ли количество теплоты нужно передать обеим кастрюлям, чтобы жидкости довести до кипения?

Критерии оценивания

— правильно указана проблема

— четко сформулированы факты

— кратко сформулированы причины

— вывод имеет верное суждение

 

 

1. Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

 

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

 

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4. Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

 

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

 

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6. Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

23Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

 

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

 

1.Название

2.Обозначение

3.Единица измерения

4.Физический смысл

5.Формула для расчета

6.Раздел физики

КОНВЕКТОРЫ Определение Конвекция физическое явление

КОНВЕКТОРЫ

Определение Конвекция ( физическое явление ) — (от лат. convectiō — «перенесение» ) — вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует т. н. естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. При некоторых условиях процесс перемешивания самоорганизуется в структуру отдельных вихрей и получается более или менее правильная решётка из конвекционных ячеек. Конвектор (прибор) — отопительный прибор, в котором тепло от теплоносителя или нагревательного элемента передаётся в отапливаемое помещение конвекцией. Естественная конвекция, усиливается конструкцией конвектора.

Виды конверторных приборов • по способу установки — настенные — напольные — встраиваемые • по способу нагрева — электрические — водяные — газовые • по типу конвекции — с вентилятором — без него.

Установка • Настенный конвектор – наиболее распространенный прибор для отопления помещений. Он не занимает места, не требует подводки провода через всю комнату и надежно фиксируется на поверхности стены. Устанавливать его лучше под окном – здесь такой агрегат будет отлично создавать тепловую завесу холодному воздуху. • Напольный вариант обычно применяется в случае, когда конвектор необходимо переносить с места на место. Чаще всего они применяются для местного обогрева. Напольные конвекторы , как правило, снабжаются колесами, поэтому перемещение такого прибора не составит больших сложностей. • Встраиваемые конвекторы предназначены для отопления больших площадей, особенно в зданиях с увеличенной площадью остекления. В помещениях торговых центров, выставочных залах и офисных центрах. На самом деле, такой конвектор устанавливают в специальную нишу, которую организуют еще на стадии устройства полов. В нее закладывают электрический или водяной нагревательный элемент, закрытый защитным коробом, и подключают его к источнику отопления.

Источник питания • Электрические конвекторы наиболее просты и популярны. Они не требуют сложной разводки труб, как в случае использования водяной системы отопления дома, или подвода газа со всеми вытекающими сложностями проектирования и сдачи надзорным службам. Зато они зависимы от наличия стационарной сети электропитания, поэтому могут применяться не везде. • Водяные обогреватели отлично работают в составе автономной системы отопления загородного дома или квартиры. Настенный конвектор с циркулирующим теплоносителем является прекрасной заменой отслужившим свой срок чугунным радиаторам, до сих пор присутствующим во многих старых домах. • Газовые конвекторы наиболее экономичны, но используют взрывоопасный газ и поэтому требуют особой аккуратности при установке и эксплуатации , вопреки распространенному мнению, газовый конвектор можно подключать не только к магистрали с природным топливом, но и к обычному газовому баллону.

Наличие вентилятора в комплектации конвекционной системы • Вентилятор существенно увеличивает теплоотдачу за счет более интенсивной подачи воздуха к теплообменнику и от него. Расчеты показывают, что конвектор с вентилятором может нагреть помещение в несколько раз быстрее, чем обычный. • Охлаждение теплообменника. Эта функция очень важна для увеличения срока службы всего прибора. Водяные, а особенно мощные газовые конвекторы, могут нагревать кожух теплообменника до очень высокой температуры, которая способна быстро разрушить материал, несмотря на все его защитные покрытия. Обдув вентилятором снижает термическую нагрузку на теплообменник и способствует его лучшей сохранности.

Некоторые общие свойства конвекторов • Терморегулятор. Все современные конвекторы позволяют устанавливать нужную температуру в помещении. Терморегуляторы бывают механическими, электронными и программируемыми. • Электронные датчики. Настенный конвектор обычно имеет датчик перегрева, который прекращает подачу энергии , при превышении допустимой рабочей температуры. Напольные устройства обязательно снабжаются еще и датчиком опрокидывания, чтобы предотвратить неприятные последствия при неаккуратном обращении. • Воздушная заслонка. Она позволяет производить регулировку интенсивности теплого воздушного потока в зависимости от ситуации в помещении.

терморегулятор

Внутрипольный встраиваеный конвектор

Настенный конвектор

Конвекция — Справочник химика 21


    Численные значения коэффициента теплоотдачи конвекцией колеблются от 12 до 30 вт м °С или от 10 [c.128]

    Коэффициент теплоотдачи свободной конвекцией мо>кно вычислить по уравнению [c.127]

    ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ КАМЕРЫ КОНВЕКЦИИ [c.127]

    Процесс теплопередачи в камере конвекции складывается из передачи тепла от газового потока к конвекционным трубам конвекцией и радиацией. Основное значение в конвекционной камере имеет конвекционный теплообмен. Однако излучение газов и кладки также заметно влияет на процесс теплоотдачи. [c.127]

    В современных трубчатых печах основную роль играет передача тепла излучением или радиацией. Поэтому важнейшей частью печи является камера радиации, одновременно выполняющая роль топочной камеры. Процесс теплоотдачи в радиантной камере трубчатой печи складывается пз теплоотдачи радиацией и свободной конвекцией, Однако основную роль играет теплоотдача радиацией, а удельный вес теплоотдачи конвекцией сравнительно невелик. [c.116]

    При прохождении камеры конвекции и борова происходит подсос воздуха, вследствие чего коэффициент избытка воздуха несколько возрастает. В современных печах подсос воздуха в камере конвекции не превышает 5—10% от теоретического расхода воздуха. В печах более старой конструкции он может достигать 20%. [c.109]

    В современных печах потери тепла излучением составляют 2—5%, в печах старого типа они достигали 7—12%. Около 75% и более от общей величины потерь тепла излучением теряется в камере радиации и до 25% в камере конвекции. [c.115]

    В камере конвекции могут размещаться пароперегреватели. При достаточно высоких температурах отходящих дымовых газов после камеры конвекции для увеличения к. п. д. печи могут также устанавливаться воздухоподогреватели. [c.130]

    Полученное значение коэффициента теплоотдачи радиацией не учитывает радиации кладки. За счет излучения радиацией кладки коэффициент теплоотдачи в камере конвекции увеличивается примерно на 10%. Тогда суммарпттй коэффициент теплоотдачи в камере конвекции составит [c.129]

    Средняя температура газов в камере конвекции [c.140]

    Трубы в коивекциоиной камере могут располагаться в коридорном либо в шахматном порядке. Обычно принято располагать их в шахматном порядке, так как коэффициент теплоотдачи в этом случае при прочих равных условиях всегда выше. Коэффициент теплоотдачи кониекцпе также возрастает с уменьшением числа труб п ряду и с сокран епием расстояния между осями труб, так как это способствует увеличению скорости движения газов в камере конвекции. [c.128]


    По таблицам энтальпии находим температуру сырья на выходе из камеры конвекции t, = 230° С. [c.140]

    Ширина камеры конвекции , [c.140]

    Современная трубчатая ночь, как нраиило, состоит из двух камер каморы сгорания нли радиации, в которой ся мгается топливо и размещаются радиантные трубы, и камеры конвекции, в которую поступают дымовые газы ии камеры сгорания н и которой размещаются конвекционные трубы. [c.88]

    Расчет суммарной теплоотдачи в топочной камере сводится к определению коэффициента прямой отдачи р., представляющего собой, как отмечалось ранее, отношение общего количества тепла, переданного радиантным трубам (слагающегося из теплоотдачи радиацией и свободной конвекцией), к об1цему полезному тенлу, внесенному топливом  [c. 117]

    Живое сечение камеры конвекции [c.141]

    Для ускорения электролиза слабо (до 50—70°С) нагревают анализируемый раствор на маленьком пламени специальной газовой микрогорелки или спиртовки. Пламя выгодно располагать не в середине, а ближе к одной стенке стакана, так как это способствует лучшему перемешиванию жидкости вследствие конвекции. [c.442]

    Установки являются развитием перегонных аппаратов, толька подвод тепла осуществляется таким образом, чтобы исходный продукт быстро нагревался и необходимое время оставался при высокой температуре. Исходный продукт предварительно нагревается в теплообменнике вне печи до — 300—350 °С и вводится в зону конвекции печи, где подогревается горячими отработанными газами до —400— 500 °С. Затем он попадает в зону излучения и достигает окончательной температуры пиролиза благодаря непосредственному обогреву труб от сжигания газового или котельного топлива. При пиролизе пропана температура достигает 780—800 °С, для легкого бензина достаточно 720—750 С. Трубы изготовляют из высоколегированных хромоннкелевых сталей, в наиболее теплонапряженных местах применяют сплавы меди илн хрома. [c.23]

    Коэффициент теплопередачи зависит главным образом от скорости движения дымовых газов в камере конвекции чем выше эта скорость, тем больше коэффициент теплопередачи. При естественной тяге с увеличением скорости нозрастает необходимая высота дымовой трубы и в этом случае не рекомендуется иметь эту скорост). выше 6 м сек. В случае создания принудительной тяги эта скорость может быть увеличена. Однако практически ввиду конструктивных трудностей компактного расположения конвекционных труб скорость дымовых газов в камере конвекции ниже указанной цифры. [c.105]

    К радиантным печам относятся такие ночи, в которых ос.новное значение имеет передача тепла радиациеГ , а камера конвекции играет вспомогательную роль либо мож ет вообще отсутствовать. Этот тип печей наиболее распространо1г л пастоянц е время. [c. 89]

    Цилиндрическая печь (рис. 57) отличается вертикальным расположением труб по периферии. В этой печи тепловая нагрузка экрана распределена равномерно в радиальном направлении, но по длине труб она меняется, уменьшаясь снизу вверх при нижнем расположении форсунок. Для усиления теплоотдачи к верхней части труб на выходе из камеры радиации расположен радиирующий конус. Камера конвекции в этих печах обычно отсутствует и заменяется воздухоподогревателем, так как температура газов, покидающих камеру радиации, в этих печах обычно низкая. [c.94]

    В вертикальной иечи, изображенной на рис. 61, а, применение экрана двустороннего облучения сочетается с использованием принципа настильного пламени. Печи этого типа могут быть однокамерными либо многокамерными. Форсунки обычно располагаются под сводом печи, а камера конвекции вынесена вниз. [c.95]

    Составим уравнение теплового баланса топки. Часть тепла, внесенного в топку топливом (считая от температуры исходной системы), передается радиантным трубам радиацией и свободной конвекцией ( p), а остальная часть уносится продуктами горения за пределы топочной камеры [5G p (Гр — Го) 1  [c. 118]

    Уравнение теплопередачи должно учитывать теплоотдачу экрану радиацией и конвекцией. Передача тепла радиацией определяется уравнением Стефана-Больцмана, для решения которого необходимо знать температуры излучающего и поглощающего источников. Температура последнего, т. е. радиантных труб, обычно известна, но неизвестна средняя эффективная температура продуктов горения (но1 ло1цающен среды). Выше было отмечено, что изменение температур в TOHi e подчиняется сложному закону. Предполагается, что в больших топочных нространстпах процесс теплоотдачи определяется периферийными температурами, в данном случае температурой газов 1Ш перевале. Ото не означает, одпако, что температура ) газов на перевале раина средней эффективной температуре поглощающей среды последняя всегда вьппе. В связи с этим Н. И. Белоконь вводит понятие эквивалентной абсолютно черной поверхности, излучение которой при температуре газов на выходе из топки (на перевале) равно всему прямому и отраженному излучению. Другими словами, общее количество тепла, передаваемого эквивалентной [c.118]

    Здесь p.ji — тепло, переданное экрану радиацией, в ккал/ч p, к —тепло, переданное экрану свободной конвекцией, в ккал1ч  [c.119]

    Яр. к — поверхность теплопередачи конвекцией (поверхность радиаптн 1Х труб) в м  [c.119]

    Коэффициент теплоотдачи в камере конвекции можно рассматривать как сумму двух коэффициеягов а — коэффициента тепло- [c.127]

    Суммарный коэффициент теплоотдачи от газов ] стейке в камере конвекции С1 обычно колеблется в пределах от 20 до 45 ккал1м -ч °С (23-52 вгп/лг- С). [c.129]


    Сопротивление иа пути движения газов в нечи складывается из следующих величин 1) разрежения в камере радиации 2) сопроти-влоние камеры конвекции 3) сопротивления газоходов 4) сопротивления воздухоподогревателя 5) сопротивления дымовой трубы.[c.133]

    Потеря напора в камере конвекции с учетом статического напора обычно составляет от 40 до 80 н/м (4—8 мм вод. ст.), а при верхнем расположении камерьс конвекции всего 20—40 н м (2— А мм вод. ст.). Потеря нанора па прямолинейном участке борова обычно не превышает 5 —10 Омм вод. ст.). Один шибер [c.133]

    Номогра1Л1мы для подробного расчета потери напора в камере конвекции и данные для расчета потерь папора в дымоходах приведены п книге автора [1]. [c.134]

    Расчет камеры конвекции Тепловая пагрузка камс ры конвекции [c.140]

    Транспорт гюнов в растворах в отсутствие конвекции определяется, согласно (4.1), их концентрацией и градиентом электрохимического потенциала [c.139]


Введение в электрохимическую кинетику 1983 (1983) — [ c.148 , c.151 , c.167 ]

Лабораторный практикум по теоретической электрохимии (1979) — [ c. 0 ]

Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки (1979) — [ c.403 ]

Основные процессы и аппараты химической технологии Изд.7 (1961) — [ c.280 , c.299 , c.322 ]

Тепло- и массообмен Теплотехнический эксперимент (1982) — [ c.115 , c.287 ]

Основы современного электрохимического анализа (2003) — [ c.146 ]

Массообменные процессы химической технологии (1975) — [ c.21 , c.35 , c.65 ]

Перемешивание и аппараты с мешалками (1975) — [ c.297 ]

Основные процессы и аппараты химической технологии Кн. 1 (1981) — [ c.265 , c.266 , c.300 ]

Методы и средства неразрушающего контроля качества (1988) — [ c.162 ]

Химия Краткий словарь (2002) — [ c.157 ]

Основы полярографии (1965) — [ c.69 , c.71 ]

Горение (1979) — [ c.0 ]

Коррозия и защита от коррозии (2002) — [ c.79 ]

Диффузия и теплопередача в химической кинетике (1987) — [ c.23 , c.187 ]

Физика и химия в переработке нефти (1955) — [ c.117 ]

Теоретические основы типовых процессов химической технологии (1977) — [ c. 23 ]

Основы процессов химической технологии (1967) — [ c.277 , c.314 ]

Химия справочное руководство (1975) — [ c.542 ]

Справочник инженера — химика том первый (1969) — [ c.191 , c.196 ]

Электрохимические системы (1977) — [ c.245 , c.254 , c.255 ]

Основные процессы и аппараты Изд10 (2004) — [ c.275 ]

Явления переноса в водных растворах (1976) — [ c.177 ]

Теоретическая электрохимия Издание 3 (1975) — [ c.321 , c. 330 , c.332 ]

Основные процессы и аппараты химической технологии Издание 4 (низкое качество) (1948) — [ c.184 , c.202 ]

Основные процессы и аппараты химической технологии Издание 5 (1950) — [ c.239 , c.259 ]

Основные процессы и аппараты химической технологии Издание 6 (1955) — [ c.0 , c.273 ]

Основы технологии органических веществ (1959) — [ c.35 , c.364 ]

Ректификация в органической химической промышленности (1938) — [ c.59 ]

Методы аналитической химии Часть 2 (0) — [ c. 194 ]

Основные процессы и аппараты химической технологии Часть 2 Издание 2 (1938) — [ c.11 ]

Устройство, монтаж и ремонт холодильных установок Издание 4 (1985) — [ c.13 ]

Устройство, монтаж и ремонт холодильных установок Издание 4 (1986) — [ c.13 ]

Введение в моделирование химико технологических процессов (1973) — [ c.94 ]

Основы технологии органических веществ (1959) — [ c.35 , c.364 ]

Переработка термопластичных материалов (1962) — [ c.101 , c.109 ]

Процессы и аппараты химической технологии (1955) — [ c.269 , c. 274 , c.275 , c.286 , c.297 , c.301 , c.303 ]

Теоретическая электрохимия (1981) — [ c.88 , c.286 , c.319 ]

Явления переноса (1974) — [ c.283 ]

Введение в ультрацентрифугирование (1973) — [ c.60 , c.67 ]

Вспомогательные процессы и аппаратура анилинокрасочной промышленности (1949) — [ c.109 ]

Вентиляция и кондиционирование воздуха на заводах химических волокон (1971) — [ c.13 ]

Тепловые основы вулканизации резиновых изделий (1972) — [ c. 9 , c.124 , c.146 ]

Процессы и аппараты химической технологии Издание 3 (1966) — [ c.363 , c.364 , c.395 , c.407 ]

Процессы и аппараты нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности Издание 2 (1982) — [ c.0 ]

Основы химической технологии (1986) — [ c.74 ]

Диффузия и теплопередача в химической кинетике Издание 2 (1967) — [ c.23 , c.187 ]

Теплопередача и теплообменники (1961) — [ c.15 , c.16 , c. 130 , c.141 ]

Горение Физические и химические аспекты моделирование эксперименты образование загрязняющих веществ (2006) — [ c.42 , c.72 , c.153 ]

Коррозия и защита от коррозии Изд2 (2006) — [ c.79 ]

Холодильная техника Кн. 1 (1960) — [ c.112 ]

Основные процессы и аппараты химической технологии Издание 8 (1971) — [ c.290 ]

Руководство по аналитической химии (1975) — [ c.99 ]

Процессы химической технологии (1958) — [ c.0 ]

Методы аналитической химии — количественный анализ неорганических соединений (1965) — [ c. 164 ]

Биология Том3 Изд3 (2004) — [ c.396 , c.414 ]

Процессы и аппараты нефтегазопереработки Изд2 (1987) — [ c.117 , c.130 , c.138 ]

Качественные методы в физической кинетике и гидрогазодинамике (1989) — [ c.161 , c.164 ]

Физическая химия Издание 2 1967 (1967) — [ c.0 ]

Процессы и аппараты химической технологии Издание 5 (0) — [ c.363 , c.364 , c.395 , c.407 ]

Перемешивание и аппараты с мешалками (1975) — [ c. 297 ]

Введение в мембранную технологию (1999) — [ c.307 , c.360 , c.419 , c.441 ]

Теория управления и биосистемы Анализ сохранительных свойств (1978) — [ c.168 ]

Физика моря Изд.4 (1968) — [ c.2 , c.3 , c.5 , c.9 , c.17 , c.20 ]

Пайка, ее физико-химические особенности, технология и технологический процесс (1988) — [ c.197 ]

Теплопередача Издание 3 (1975) — [ c.5 , c. 125 ]

Инженерная лимнология (1987) — [ c.35 , c.243 , c.244 ]

Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки Изд.3 (1979) — [ c.403 ]

Теплопередача и теплообменники (1961) — [ c.15 , c.16 , c.130 , c.141 ]

Техника низких температур (1962) — [ c.167 ]


ГДЗ Физика 8 класс. Виды теплопередачи

ГДЗ Физика 8 класс. Виды теплопередачи

Подробности
Просмотров: 283

Назад в «Оглавление»

О чем умолчал Перышкин?
О том, как сделать домашнее задание, ответить на вопросы и решить задачи в упражнениях!
Уверена, что думающие ученики сначала всё сделают сами, а эти сведения будут помощью «застрявшим в пути».
Ответы на ДЗ по физике помогут вам проверить себя и найти ошибки.

Ответы на ДЗ из упражнений соответствуют всем выпускам учебников этого автора, начиная с 1989 г.
Так как номера упражнений с одинаковыми вопросами в разных выпусках различаются, ответы на вопросы к упражнениям скомпонованы по темам параграфов.
На этой странице ГДЗ по темам: «Теплопроводность, конвекция, излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике»

Дерзайте!


Теплопроводность

1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет  хлеба на полях от вымерзания?

В толстом слое рыхлого снега между снежинками много воздуха, а воздух  плохо проводит тепло, то есть  он имеет низкую теплопроводность.
Поэтому   зимний холод снаружи  плохо проходит к поверхности земли ,  тепло под снегом  сохраняется, и  хлеба не промерзают.

2. Чем объяснить большую разницу между теплопроводностью  сосновых опилок и сосновых досок (это справедливо и для других пород   деревьев)?

В куче опилок расстояния между опилками  большие и заполнены воздухом, а воздух   имеет плохую теплопроводность.
Волокна же в доске расположены близко друг к другу, и такого количества воздуха внутри доски нет.
Поэтому теплопроводность опилок значительно меньше, чем у доски (для сосны в 3,7 раза).

3. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?

Лёд обладает плохой теплопроводностью. Поэтому  наружный  зимний холод  плохо  проникает через слой льда,  и вода подо льдом не замерзает.

4. Почему выражение «шуба  греет»  неправильно?

Сама шуба не является источником тепла.
Однако воздух, находящийся между ворсинками меха имеет плохую теплопроводность и не пропускает  ни наружный холод  к телу человека, ни тепло от человека  через шубу наружу.
Итак,  шуба лишь сохраняет тепло тела, но не греет его.

5. Ножницы и карандаш, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему на ощупь ножницы кажутся холоднее?

Что значит, руке холодно или тепло?
Когда рука соприкасается с окружающей средой (например, воздухом) или предметом, всегда начинается теплообмен между ними, т. е. выравнивание температур.
Если воздух или предмет холоднее руки, он отбирает у нее тепло, и рука ощущает холод.
Если воздух или предмет теплее руки, он сообщает руке тепло, и рука ощущает тепло.

Температура тела человека равна 36,6 °С, а воздуха обычно ниже.
Берем в одну руку металлические ножницы, в другую — деревянный карандаш.
Свойство металлов — быстро нагреваться (или остывать), а дерево нагревается (и остывает) медленнее.
То есть теплопроводность у металлов высокая, а у дерева низкая.

При соприкосновении с рукой металл начинает быстро забирать тепло от руки и распространять его по всему своему объему.
Рука при этом чувствует холод.
Лишь через какой-то промежуток времени металл прогреется целиком до температуры человеческого тела, и рука перестанет ощущать холод.
С деревом все по-другому.
При соприкосновении с рукой дерево тоже начинает отбирать тепло у руки, но температуры руки и поверхностного слоя дерева в месте соприкосновения быстро выравниваются, и рука не чувствует холода.
Внутренние же слои дерева еще долго остаются холодными, так как теплопроводность дерева низкая.
В результате, руке кажется, что карандаш теплее ножниц.


Конвекция

1. Почему подвал — самое холодное место в доме??

Подвал – это самое холодное место в доме, потому что он  находится в доме в самом низу.
Ведь благодаря конвекции теплый воздух всегда стремится подняться вверх.

2. Правильно ли, что форточки всегда размещают  в  самом верху окна, а батареи отопления у пола?

Да. Батарея отопления под окном нагревает  воздух внизу комнаты.
Затем благодаря конвекции теплый воздух поднимается вверх.
Остывая, он вновь опускается к батарее.   
Так происходит перемешивание и прогревание  воздуха  по всему объему комнаты.
Если батареи поставить под потолком, то теплый воздух всегда будет наверху, а внизу будет холодно – перемешивания  холодного и теплого воздуха происходить не будет.
Форточки делают под потолком для проветривания помещения.
При открытой форточке  теплый  «отработанный»  воздух выходит  на улицу, а чистый  прохладный воздух с улицы через  нижнюю часть форточки попадает  в комнату.

3. Как же  зимой охлаждается воздух в комнате при открытой форточке?

Проветривание комнаты происходит благодаря конвекции.   
Например,  зимой при открытой  вверху форточке теплый воздух через верхнюю часть форточки выходит из комнаты и на улице поднимается вверх.
Х олодный воздух с улицы через нижнюю часть форточки проходит в комнату и опускается  к полу вниз.


Излучение. Виды теплопередачи

1. Каким образом летом нагревается воздух в здании? Какие виды теплопередачи при этом присутствуют?

а) Воздух в помещении нагревается  благодаря прогреву стен.
В данном случае надо говорить о теплопроводности материала стен.
Излучение невозможно, т. к. стены не прозрачны, кроме того, в твердых телах и конвекция тоже невозможна, т.к. длля конвекции необходимы потоки газа или жидкости.

б) Воздух нагревается через оконные стекла, которые пропускают солнечную энергию.
Здесь основным способом теплопередачи является излучение.
В незначительной степени передача солнечной энергии происходит за счет теплопроводности стекла.
Конвекция невозможна, т.к. стекло твердое тело.

в) Летом воздух в помещении с открытыми окнами прогревается в основном потоками теплого воздуха через окна.
Этот способ теплопередачи называется конвекцией.
Возможна передача части энергии излучением.
Передача энергии за счет теплопроводности воздуха ничтожна, т.к. теплопроводность воздуха очень плохая.

2. Приведите примеры, когда тела с темной поверхностью нагреваются излучением сильнее, чем тела со светлой поверхностью.

Например:
Человеку в жару прохладней в светлой одежде, а жарче в темной.
Грязный снег весной тает быстрее, чем чистый.
Цвет обшивки самолетов делают светло серебристым, чтобы лучше происходило отражение солнечной энергии и самолет меньше нагревался солнцем.

3. Каким способом передается энергия от Солнца к Земле?

Передача солнечной энергии способом теплопроводности или конвекции невозможна, т.к. для этого нужно вещество, а в космосе вакуум.
Солнечная Энергия передается от Солнца к Земле только излучением.


Примеры теплопередачи в природе и технике

1. Для чего делают высокими заводские трубы?

Заводским трубам придают обычно большую высоту, исходя из двух целей:
1) управление тягой печей и экономия топлива;
2) отведение продуктов горения в верхние слои атмосферы.

Продукты горения даже в очень малых долях вредны и ядовиты.
Но, дым, выйдя из высокой трубы еще нагретым, поднимается еще выше, проходит через верхние слои воздуха, перемешивается с ними и становится допустимой смесью.

Главной же причиной в необходимости высоких труб является получение сильной тяги в печах, чтобы сгорание топлива было полным. Известно, что для горения необходим кислород.
Обычно вес воздуха, поступающий в печь для горения, превосходит вес топлива примерно в 1,5 раза.
Теплота, получаемая при горении, определяется воздухом не менее, чем топливом. Количество тепла, получаемое при сжигании топлива, возрастает с количеством подводимого воздуха.
А количество подводимого воздуха зависит от тяги в трубе.
Тяга же в трубе во многом зависит от ее высоты. В дымовых трубах скорость движения газов зависит от разности давлений (или от разностей веса этих газов, или плотности холодного и нагретого воздуха).
Дымовая труба действует как насос, у ее основания внутреннее давление менее, чем наружное или атмосферное.
Чем выше труба над топкой, тем больше разница давления наружного воздуха и воздуха в топке и трубе, тем большую тягу обеспечивает труба.

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

Сила тяги зависит от разности удельного веса воздуха снаружи и газов внутри трубы.
А эта разность зависит от разности температур воздуха снаружи и газов в трубе.
Чем эта разность между температурами и, следовательно, между наружным давлением воздуха и давлением газов в трубе больше, тем сильнее тяга.
Зимой воздух холоднее, его плотность и создаваемое им давление больше.
Вот почему зимою в морозы тяга в печах лучше, чем летом, весной или осенью. Летом иногда может совсем не быть тяги, когда труба сильно охлаждается за ночь, а солнце рано утром нагревает окружающий трубу воздух. Говорят: «Солнце сидит на дымовой трубе».

3. Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных трубах той же высоты?

Высокая теплопроводность металла способствует быстрому охлаждению газов, проходящих через трубу, их плотность увеличивается и разница в давлениях в трубе и вне ее уменьшается, что и вызывает ухудшение тяги в трубе.
Кирпич же имеет маленькую теплопроводность, поэтому в кирпичной трубе воздух дольше остается теплым, и тяга лучше, чем в металлической трубе.

4. Обшивка космического корабля нагревается от трения о воздух, а также солнечным излучением.
Какая из причин нагревания приобретает большее значение при увеличении высоты полета? при уменьшении высоты?

На большей высоте полета разреженность атмосферы приводит к уменьшению трения воздуха об обшивку космического корабля.
Здесь основной причиной нагревания обшивки становится солнечное излучение.

При уменьшении высоты полета плотность воздуха увеличивается, и трение его об обшивку увеличивается.
Здесь более плотный воздух сильнее рассеивает солнечные лучи.
С уменьшении высоты полета большее значение приобретает нагрев обшивки за счет трения о воздух.

5. Один из способов поддержания определенной температуры в космическом корабле или спутнике заключается в том, что оболочку спутника делают двойной и ее внутреннюю полость заполняют газом (например, азотом). Этот газ при помощи вентилятора заставляют двигаться около тепловыделяющих приборов и переносить энергию к оболочке. Почему приходится пользоваться вынужденной, а не свободной конвекцией?

Естественная конвекция, т.е. перемешивание слоев воздуха, происходит при неравномерном нагревании воздуха и действии на него силы тяжести.
Вблизи поверхности Земли менее нагретые слои воздуха имеют большую плотность и под действием силы тяжести опускаются вниз.
Более нагретые слои воздуха имеют меньшую плотность и под действием силы Архимеда поднимаются вверх.
В кабине корабля тяготения нет, и естественной конвекции также не возникает.

Назад в «Оглавление»

Конвекция | Encyclopedia.com

КОНЦЕПЦИЯ

Конвекция — это название средства передачи тепла, в отличие от проводимости и излучения. Это также термин, описывающий процессы, влияющие на атмосферу, воды и твердую землю. В атмосфере горячий воздух поднимается конвекционными потоками, циркулируя и создавая облака и ветры. Точно так же конвекция в гидросфере обеспечивает циркуляцию воды, поддерживая стабильный температурный градиент океанов. Термин конвекция обычно относится к движению жидкостей, то есть жидкостей и газов, но в науках о Земле конвекция также может использоваться для описания процессов, происходящих в твердой земле.Эта геологическая конвекция, как известно, управляет движением плит, что является одним из ключевых аспектов тектоники плит.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Введение в конвекцию

Некоторые концепции и явления выходят за рамки дисциплин в науках о Земле, например, физический процесс конвекции. Он в равной степени актуален для ученых, работающих в области геологических, атмосферных и гидрологических наук или в областях исследований, связанных с геосферой, атмосферой и гидросферой соответственно.Единственным крупным компонентом земной системы, не затронутым непосредственно конвекцией, является биосфера, но, учитывая высокую степень взаимосвязи между различными подсистемами, конвекция косвенно влияет на биосферу в воздухе, водах и твердой земле.

Конвекцию можно определить как вертикальную циркуляцию, возникающую в результате различий в плотности, в конечном счете вызванных различиями в температуре, и она включает передачу тепла посредством движения горячей жидкости из одного места в другое.В физических науках термин жидкость относится к любому веществу, которое течет и поэтому не имеет определенной формы. Обычно это означает жидкости и газы, но в науках о Земле это может относиться даже к медленно текущим твердым телам. За большие промежутки времени, изучаемые геологами, чистый поток твердых частиц при определенных обстоятельствах (например, лед в ледниках) может быть значительным.

Конвекция и тепло

Как указано в предыдущем параграфе, конвекция тесно связана с теплом и температурой и косвенно связана с другим явлением, тепловой энергией.То, что люди обычно называют теплом , на самом деле является тепловой энергией или кинетической энергией (энергией, связанной с движением), производимой молекулами, движущимися друг относительно друга.

Теплота в ее научном понимании – это внутренняя тепловая энергия, перетекающая от одного тела материи к другому или от системы с более высокой температурой к системе с более низкой температурой. Таким образом, температуру можно определить как меру средней молекулярной кинетической энергии системы. Температура также определяет направление потока внутренней энергии между двумя системами.Говорят, что две системы при одинаковой температуре находятся в состоянии теплового равновесия; когда это происходит, обмена теплотой не происходит, и поэтому теплота существует только в обмене между двумя системами.

Холода не бывает, есть только отсутствие тепла. Если тепло существует только в переходе между системами, отсюда следует, что направление теплового потока всегда должно быть от системы с более высокой температурой к системе с более низкой температурой. (Этот факт воплощен во втором законе термодинамики, который обсуждается, наряду с другими темами, упомянутыми здесь, в книге «Энергия и Земля». ) Теплопередача происходит тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

ПРОВОДИМОСТЬ И ИЗЛУЧЕНИЕ.

Теплопроводность включает в себя последовательные столкновения молекул и передачу тепла между двумя контактирующими телами. Обычно это происходит в твердом состоянии. Конвекция требует движения жидкости из одного места в другое, и, как мы уже отмечали, она может иметь место в жидкости, газе или почти твердом теле, которое ведет себя как медленно текущая жидкость. Наконец, излучение связано с электромагнитными волнами и не требует для передачи никакой физической среды, такой как вода или воздух.

Если вы поместите один конец металлического стержня в огонь, а через несколько минут дотронетесь до «холодного» конца, вы обнаружите, что он уже не холодный. Это пример теплопроводности, при котором кинетическая энергия передается от молекулы к молекуле так же, как секрет передается от одного человека к другому в ряду людей, стоящих плечом к плечу. Точно так же, как искажается первоначальная формулировка секрета, некоторая кинетическая энергия неизбежно теряется в серии переходов, поэтому конец стержня вне огня все еще намного холоднее, чем тот, который находится в пламени.

Что касается излучения, то оно отличается от проводимости и конвекции тем, что для его передачи не требуется среды. Это объясняет, почему в космосе холодно, а солнечные лучи согревают Землю: лучи представляют собой форму электромагнитной энергии, и они распространяются через пространство посредством излучения. Космос, конечно, есть фактическое отсутствие среды, но при входе в атмосферу Земли тепло электромагнитных лучей передается различным средам в атмосфере, гидросфере, геосфере и биосфере.Затем это тепло передается посредством конвекции и теплопроводности.

ПЕРЕДАЧА ТЕПЛА ПРИ КОНВЕКЦИИ.

Подобно проводимости и в отличие от излучения, конвекция требует среды. Однако при теплопроводности тепло передается от одной молекулы к другой, тогда как при конвекции фактически движется сама нагретая жидкость. При этом он удаляет или вытесняет холодный воздух на своем пути. Течение нагретой жидкости в этой ситуации называется конвекционным током.

Конвекция бывает двух видов: естественная и принудительная. Подъем нагретого воздуха является примером естественной конвекции. Горячий воздух имеет меньшую плотность, чем плотность более холодного воздуха в атмосфере над ним, и поэтому является плавучим; однако по мере подъема он теряет энергию и охлаждается. Этот охлажденный воздух, теперь более плотный, чем воздух вокруг него, снова опускается вниз, создавая повторяющийся цикл, порождающий ветер.

Принудительная конвекция возникает, когда насос или другой механизм перемещает нагретую жидкость. Примеры аппаратов с принудительной конвекцией включают некоторые типы печей и даже холодильников или кондиционеров.Как отмечалось ранее, передача тепла возможна только от высокотемпературного резервуара к низкотемпературному, поэтому эти охлаждающие машины работают за счет удаления горячего воздуха. Холодильник забирает тепло из своего отсека и отдает его в окружающее помещение, а кондиционер забирает тепло из комнаты или здания и отдает его наружу.

Принудительная конвекция не обязательно связана с искусственными машинами: человеческое сердце представляет собой насос, и кровь переносит избыточное тепло, вырабатываемое организмом, к коже. Тепло проходит через кожу путем теплопроводности и на поверхности кожи отводится от тела различными путями, в первую очередь охлаждающим испарением пота.

РЕАЛЬНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Конвективные ячейки

Одним из важных механизмов конвекции, будь то в воздухе, воде или даже твердой земле, является конвективная ячейка, иногда называемая конвективной ячейкой. Последний может быть определен как круговой узор, созданный подъемом нагретой жидкости и опусканием охлажденной жидкости.Конвективные ячейки могут быть всего несколько миллиметров в поперечнике, а могут быть больше самой Земли.

Эти клетки можно наблюдать в нескольких масштабах. Внутри тарелки с супом нагретая жидкость поднимается вверх, а охлажденная опускается. Эти процессы обычно трудно увидеть, если только речь не идет о японском супе мисо. В этом случае можно наблюдать, как кусочки соевой пасты или мисо поднимаются при нагревании, а затем падают внутрь для повторного нагрева.

В гораздо большем масштабе конвективные ячейки присутствуют на Солнце. Эти огромные клетки появляются на поверхности Солнца в виде зернистого узора, образованного перепады температур между частями клетки. Яркие пятна — это вершины восходящих конвекционных потоков, а темные области — это охлажденный газ на пути к недрам Солнца, где он будет нагреваться и снова подниматься.

Кучево-дождевое облако, или «грозовая голова», является особенно ярким примером конвекционной ячейки. Это одни из самых поразительных облачных образований, которые вы когда-либо видели, и по этой причине режиссер Акира Куросава использовал сцены катящиеся грозовые тучи, чтобы добавить атмосферности (в буквальном смысле) его эпопее Ran 1985 года. В течение всего нескольких минут эти вертикальные башни из облаков формируются, когда нагретый влажный воздух поднимается, затем охлаждается и опускается. В результате получается облако, которое, кажется, олицетворяет как силу, так и беспокойство, отсюда и использование Куросавой кучево-дождевых облаков в сцене, происходящей накануне битвы.

МОРСКОЙ БРИЗ.

Конвективные ячейки вместе с конвекционными течениями помогают объяснить, почему на пляже обычно дует бриз. На побережье, конечно же, есть поверхность земли и поверхность воды, обе освещенные солнечным светом.При таком воздействии температура суши повышается быстрее, чем температура воды. Причина в том, что вода обладает чрезвычайно высокой удельной теплоемкостью, то есть количеством тепла, которое необходимо добавить или отвести от единицы массы, чтобы данное вещество изменило свою температуру на 33,8°F (1°C). Таким образом, озеро, ручей или океан всегда являются хорошим местом, чтобы охладиться в жаркий летний день.

Таким образом, земля нагревается быстрее, как и воздух над ней. Этот нагретый воздух поднимается в конвекционном потоке, но по мере того, как он поднимается и, таким образом, преодолевает притяжение, он расходует энергию и поэтому начинает охлаждаться.Затем охлажденный воздух опускается. И так происходит, когда нагретый воздух поднимается, а охлаждающий опускается, образуя конвективную ячейку, в которой постоянно циркулирует воздух, создавая ветерок.

КОНВЕКТИВНЫЕ ЯЧЕЙКИ ПОД НАШИМИ НОГАМИ.

Конвективные ячейки также могут существовать в твердой земле, где они вызывают сдвиг плит (подвижных сегментов) литосферы — верхнего слоя недр Земли, включая земную кору и хрупкую часть в верхней части мантии. Таким образом, они играют роль в тектонике плит, одной из наиболее важных областей изучения наук о Земле.Тектоника плит объясняет множество явлений, от дрейфа континентов до землетрясений и извержений вулканов. (Дополнительную информацию по этому вопросу см. в разделе «Тектоника плит».)

В то время как электромагнитная энергия Солнца является источником тепла для атмосферной конвекции, энергия, вызывающая геологическую конвекцию, является геотермальной и поднимается из ядра Земли в результате радиоактивного распада. (См. Энергия и Земля.) Конвективные ячейки формируются в астеносфере, области чрезвычайно высокого давления на глубине около 60-215 миль.(около 100-350 км), где горные породы деформированы огромными напряжениями.

В астеносфере нагретое вещество поднимается в конвекционном потоке до тех пор, пока не достигнет дна литосферы (верхнего слоя недр Земли, включающего земную кору и верхнюю часть мантии), выше которого оно не может подняться. Поэтому он начинает двигаться вбок или горизонтально, увлекая при этом часть литосферы. В то же время этот нагретый материал отталкивает более холодный и плотный материал на своем пути.Более холодный материал погружается ниже в мантию (толстый и плотный слой горных пород толщиной примерно 1429 миль [2300 км] между земной корой и ядром), пока он снова не нагревается и в конечном итоге не поднимается вверх, таким образом распространяя цикл.

Оседание: хорошая погода и ненастье

Как и в случае с конвективными ячейками, оседание может происходить в атмосфере или геосфере. Термин оседание может относиться либо к процессу опускания со стороны воздуха или твердой земли, либо, в случае твердой земли, к образовавшемуся в результате образованию.Таким образом, это определяется по-разному: движение воздуха вниз, опускание земли или углубление в земле. В данном контексте мы обсудим атмосферное опускание, которое более тесно связано с конвекцией. (Подробнее о геологических оседание, см. статьи «Геоморфология и истощение массы».)

В атмосфере оседание происходит в результате нарушения нормального восходящего потока конвекционных потоков. Эти течения могут создавать конвективную ячейку, как мы видели, в результате чего возникает бриз.Водяной пар в воздухе может конденсироваться при охлаждении, переходя в жидкое состояние и образуя облака. Конвекция может создать область низкого давления, сопровождаемую сходящимися ветрами, у поверхности Земли, явление, известное как циклон. С другой стороны, если происходит опускание, это приводит к созданию области высокого давления, известной как антициклон.

Воздушные посылки продолжают подниматься в конвективных потоках до тех пор, пока плотность их верхней части не сравняется с плотностью окружающей атмосферы, после чего столб воздуха стабилизируется.С другой стороны, оседание может произойти, если воздух на высоте в несколько тысяч футов станет более плотным, чем окружающий воздух, не обязательно более холодным или влажным. На самом деле этот воздух необычайно сухой, и он может быть теплым или холодным. Затем его плотность заставляет его тонуть, и при этом он сжимает воздух вокруг него. Результатом является высокое давление у поверхности и расходящиеся ветры непосредственно над поверхностью.

Описанная здесь форма атмосферного понижения дает приятные результаты, объясняя, почему системы с высоким давлением обычно ассоциируются с хорошей погодой.С другой стороны, если опускающийся воздух оседает на более холодный слой воздуха, это создает так называемую инверсию опускания, и результаты гораздо менее благоприятны. В этой ситуации слой теплого воздуха оказывается в ловушке между более холодными слоями над ним и под ним на высоте нескольких сотен или даже нескольких тысяч футов. Это означает, что загрязнение воздуха также задерживается, создавая потенциальную опасность для здоровья. Инверсии проседания чаще всего происходят на крайнем севере зимой и на востоке США в конце лета.

Когда нежидкое вещество ведет себя как жидкость

До сих пор мы говорили главным образом о конвекции в атмосфере и геосфере, но она имеет значение и в океанах. Приведенный ранее пример с мисо-супом иллюстрирует движение жидкости и, следовательно, частиц, которое может происходить, когда в жидкости образуется конвективная ячейка.

Точно так же и в океане конвекция, вызванная как теплом с поверхности, так и, в большей степени, геотермальной энергией на дне, поддерживает постоянную циркуляцию вод.Океаническая конвекция приводит к переносу тепла на все глубины и поддерживает устойчивую стратификацию океана. Другими словами, пласты или слои, соответствующие различным уровням температуры, остаются стабильными и не подвержены резким колебаниям.

Океанские воды соответствуют наиболее распространенному, повседневному определению жидкости, но, как отмечалось в начале этого эссе, жидкостью может быть все, что течет, включая газ или, при особых обстоятельствах, твердое тело. Твердые скалы или твердый лед в виде ледников можно заставить течь, если материалы достаточно деформированы.Это происходит, например, когда вес ледника деформирует лед на дне, вызывая движение ледника в целом. Точно так же геотермальная энергия может нагревать горные породы и заставлять их течь, приводя в движение описанный ранее конвективный процесс тектоники плит, который буквально двигает землю.

ГДЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Руководство для преподавателей по конвекции (веб-сайт). .

Эриксон, Джон. Тектоника плит: разгадка тайн Земли. Нью-Йорк: факты в файле, 1992.

Гесс, Гарри. «История океанских бассейнов» (веб-сайт). .

Джонс, Хелен. Глубокая конвекция в открытом океане: практическое руководство (веб-сайт). .

Руководство для учителя Ocean Oasis Занятие 4 (веб-сайт). .

Сэнтри, Лоуренс и Ллойд Бирмингем. Тепло. Махва, Нью-Джерси: Troll Associates, 1985.

Счетчик, Р. С., и Арьен Веркайк. Просторное небо. Ньютон Эббот, Англия: Дэвид и Чарльз, 1989.

Сигурдссон, Харалдур. Плавление Земли: история представлений об извержениях вулканов. Нью-Йорк: Издательство Оксфордского университета, 1999.

Скиннер, Брайан Дж., Стивен С. Портер и Дэниел Б. Боткин. Голубая планета: введение в науку о Земле. 5-е изд. Нью-Йорк: Джон Уайли и сыновья, 1999.

Смит, Дэвид Г. Кембриджская энциклопедия наук о Земле. New York: Cambridge University Press, 1981.

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

АСТЕНОСФЕРА:

Область чрезвычайно высокого давления, расположенная под литосферой, где горные породы деформируются огромными напряжениями. Астеносфера лежит на глубине около 60-215 миль. (около 100-350 км).

АТМОСФЕРА:

Обычно атмосфера представляет собой газовую оболочку, окружающую планету. Однако, если не указано иное, этот термин относится к атмосфере Земли, которая состоит из азота (78%), кислорода (21%), аргона (0.93%), и другие вещества, включающие водяной пар, двуокись углерода, озон и благородные газы, такие как неон, которые вместе составляют 0,07%.

БИОСФЕРА:

Совокупность всех живых существ на Земле — растений, животных, птиц, морских обитателей, насекомых, вирусов, одноклеточных организмов и т. д. — а также всего ранее живого, еще не разложившегося.

ПРОВОДИМОСТЬ:

Передача тепла последовательными молекулярными столкновениями. Теплопроводность является основным способом передачи тепла в твердых телах, особенно в металлах.

КОНВЕКЦИЯ:

Вертикальная циркуляция, возникающая в результате различий в плотности, в конечном итоге вызванных различиями в температуре. Конвекция включает в себя передачу тепла посредством движения горячей жидкости из одного места в другое и бывает двух типов: естественной и принудительной. (См. естественная конвекция, принудительная конвекция. )

КОНВЕКЦИЯ ТОК:

Поток материала, нагретый посредством конвекции.

КОНВЕКТИВНАЯ ЯЧЕЙКА:

Круговой рисунок, создаваемый подъемом нагретой жидкости и опусканием охлажденной жидкости. Это иногда называют конвекционной ячейкой.

ЯДРО:

Центр Земли, область, составляющая около 16% объема планеты и 32% ее массы. Состоит в основном из железа и другого, более легкого элемента (возможно, серы), он разделен между твердым внутренним ядром радиусом около 760 миль (1220 км) и жидким внешним ядром около 1750 миль. (2820 км) толщиной.

КОРА:

Самая верхняя часть твердой земли, составляющая менее 1% ее объема и варьирующаяся по глубине от 3 до 37 миль.(от 5 до 60 км). Под земной корой находится мантия.

ЖИДКОСТЬ:

В физических науках термин жидкость относится к любому веществу, которое течет и поэтому не имеет определенной формы. Жидкости могут быть как жидкостями, так и газами. В науках о Земле иногда вещества, которые кажутся твердыми (например, лед в ледниках), на самом деле медленно текут.

ПРИНУДИТЕЛЬНАЯ КОНВЕКЦИЯ:

Конвекция, возникающая в результате действия насоса или другого механизма (рукотворного или естественного), направляющего нагретую жидкость в определенное место.

ГЕОСФЕРА:

Верхняя часть континентальной коры Земли или та часть твердой земли, на которой живут люди и которая обеспечивает их большей частью пищи и природных ресурсов.

ТЕПЛО:

Внутренняя тепловая энергия, перетекающая от одного тела к другому.

ГИДРОСФЕРА:

Вся вода Земли, исключая водяной пар в атмосфере, но включая все океаны, озера, ручьи, подземные воды, снег и лед.

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ:

Энергия, которой объект обладает благодаря своему движению.

ЛИТОСФЕРА:

Верхний слой недр Земли, включая земную кору и хрупкую часть верхней части мантии.

МАНТИЯ:

Плотный слой породы, примерно 1429 миль. (2300 км) толщиной, между земной корой и ее ядром.

ЕСТЕСТВЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ:

Конвекция, возникающая в результате плавучести нагретой жидкости, которая заставляет ее подниматься.

ТЕКТОНИКА ПЛИТ:

Название теории и специализации тектоники.В качестве области изучения тектоника плит имеет дело с большими особенностями литосферы и силами, которые их формируют. Как теория, она объясняет процессы, сформировавшие Землю, с точки зрения плит и их движения.

ПЛИТЫ:

Крупные подвижные сегменты литосферы.

ИЗЛУЧЕНИЕ:

Передача энергии посредством электромагнитных волн, не требующая для передачи физической среды (например, воды или воздуха). Земля получает энергию Солнца через электромагнитный спектр посредством излучения.

ОСАДКА:

Термин, обозначающий либо процесс опускания со стороны воздуха или твердой Земли, либо, в случае твердой Земли, образовавшееся в результате образование. Таким образом, опускание определяется по-разному: движение воздуха вниз, опускание земли или углубление в земной коре.

СИСТЕМА:

Любой набор взаимодействий, который можно мысленно отделить от остальной вселенной в целях изучения, наблюдения и измерения.

ТЕКТОНИКА:

Изучение тектонизма, включая его причины и последствия, особенно горообразования.

ТЕКТОНИЗМ:

Деформация литосферы.

ТЕМПЕРАТУРА:

Направление потока внутренней энергии между двумя системами при передаче тепла. Температура измеряет среднюю кинетическую энергию молекул при переходе между этими системами.

ТЕПЛОВАЯ ЭНЕРГИЯ:

Тепловая энергия, форма кинетической энергии, производимая движением атомных или молекулярных частиц относительно друг друга. Чем больше относительное движение этих частиц, тем больше тепловая энергия.

Конвекция. Проводимость, конвекция и излучение. GCSE Physics (Single Science) Revision

Жидкости

Жидкости и газы являются жидкостями, потому что их можно заставить течь. Частицы этих жидкостей могут перемещаться с места на место. Конвекция возникает, когда частицы с большой тепловой энергией в жидкости или газе перемещаются и занимают место частиц с меньшей тепловой энергией.

Воздушный поток рядом с радиатором

Жидкости и газы расширяются при нагревании.

Это связано с тем, что частицы в жидкостях и газах движутся быстрее, когда они нагреты, чем когда они холодны.

В результате частицы занимают больший объем. Это связано с тем, что зазор между частицами увеличивается, а сами частицы остаются прежнего размера.

Жидкость или газ в горячих областях менее плотны, чем жидкость или газ в холодных областях, поэтому они поднимаются в холодные области.

Таким образом создаются конвекционные потоки , которые переносят тепло с места на место.

Конвекционные потоки можно увидеть в лавовых лампах. Воск внутри лампы нагревается, становится менее плотным, чем жидкость, и поэтому поднимается вверх.

Когда он поднимается, он охлаждается и снова уплотняется, поэтому он тонет. Тот же самый эффект можно увидеть, поместив кристалл перманганата калия в стакан с водой и слегка нагрев его.

Конвекция объясняет, почему воздушные шары поднимаются вверх, а также почему на чердаках домов часто жарче, чем внизу.

Как и в этих примерах, конвекция наблюдается в гораздо большем масштабе в нашей погоде и океанских течениях.

14.6 Конвекция — Колледж Физика

Конвекция управляется крупномасштабным потоком вещества. В случае Земли атмосферная циркуляция вызвана потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам.(Обратите внимание, что вращение Земли вызывает наблюдаемый восточный поток воздуха в северном полушарии). Автомобильные двигатели охлаждаются потоком воды в системе охлаждения, а водяной насос поддерживает подачу холодной воды к поршням. Кровеносная система используется телом: когда тело перегревается, кровеносные сосуды в коже расширяются (расширяются), что увеличивает приток крови к коже, где она может охлаждаться за счет потоотделения. Эти сосуды становятся меньше, когда на улице холодно, и больше, когда жарко (поэтому течет больше жидкости и передается больше энергии).

Тело также теряет значительную часть своего тепла в процессе дыхания.

Хотя конвекция обычно более сложна, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и сделать некоторые простые, реалистичные расчеты ее эффектов. Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с повышением температуры. Дом на рис. 14.17 согревается таким образом, как и кастрюля с водой на плите на рис. 14.18.Океанические течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую. Оба являются примерами естественной конвекции.

Фигура 14.17 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективный контур, передающий энергию в другие части помещения. По мере того как воздух охлаждается на потолке и снаружи стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем комнатный воздух, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления с использованием естественной конвекции, подобная этой, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Фигура 14.18 Конвекция играет важную роль в передаче тепла внутри этого горшка с водой. После прохождения внутрь теплопередача к другим частям горшка происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, ее плотность уменьшается, и она поднимается, чтобы передать тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс продолжает повторяться.

Возьмите домой эксперимент: конвекционные рулетики в нагретой сковороде

Возьмите две маленькие кастрюли с водой и с помощью пипетки поместите каплю пищевого красителя на дно каждой.Одну оставьте на столе, а другую нагрейте над плитой. Следите за тем, как цвет распространяется и сколько времени требуется цвету, чтобы достичь вершины. Посмотрите, как образуются конвективные петли.

Пример 14,7

Расчет теплопередачи конвекцией: конвекция воздуха через стены дома

Большинство домов негерметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через трещины и щели, по проводке к выключателям и розеткам и так далее. Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час.Предположим, что дом среднего размера имеет внутренние размеры 12,0 м × 18,0 м × 3,00 м 12,0 м × 18,0 м × 3,00 м. высокая, и что весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплоотдачу в единицу времени в ваттах, необходимую для нагрева поступающего холодного воздуха на 10,0ºC10,0ºC размера 12{«10» «.» 0°C} {}, таким образом заменяя тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия

Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы Q=mcΔTQ=mcΔT. Тогда скорость теплопередачи равна Q/tQ/t, где tt — время оборота воздуха.Нам дано, что ΔTΔT составляет 10,0ºC10,0ºC, но мы должны еще найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить размер QQ 12{Q} {}. Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельных теплоемкостей азота и кислорода, что дает c=cp≅1000 Дж/кг⋅ºCc=cp≅1000 Дж/кг⋅ºC из таблицы 14.4 (обратите внимание, что удельная теплоемкость при постоянном для этого процесса необходимо использовать давление).

Раствор
  1. Определить массу воздуха по его плотности и заданному объему дома.Плотность определяется из плотности ρρ size 12{ρ} {} и объема m=ρV=1,29 кг/м312,0м×18,0м×3,00м=836кг.m=ρV=1,29кг/м312,0м×18,0м×3,00м=836кг. размер 12{м= ital «pV»= левый (1 «.» «29»`»кг/м» rSup { размер 8{3} } правый) левый («12» «.» 0`м умножить на «18» «.»0`м умножить на 3 «.»0`м вправо )=»836″`»кг»} {}

    14.37

  2. Рассчитайте теплоту, передаваемую от изменения температуры воздуха: Q=mcΔTQ=mcΔT размер 12{Q= ital «mc»ΔT} {} так, чтобы Q=836 кг1000 Дж/кг⋅ºC10,0ºC = 8,36×106 Дж.Q=836 кг1000 Дж/кг⋅ºC10,0ºC = 8,36×106 Дж. размер 12{Q= левый («836″» кг» правый) левый («1000 Дж/кг» cdot °C правый) левый («10″°C правый)» =8″ «.» «36» умножить на «10» rSup { размер 8{6} } `J} {}

    14.38

  3. Рассчитайте теплопередачу, исходя из количества тепла QQ размера 12{Q} {} и времени оборота tt размера 12{t} {}. Так как воздух переворачивается за t=0. 500h=1800st=0.500h=1800s размер 12{t=0 «.» 5`h=»1800″`s} {}, тепло, передаваемое в единицу времени, равно Qt=8,36×106 Дж1800 с=4,64 кВт. Qt=8,36×106 Дж1800 с=4.64кВт. размер 12{ {{Q} над {t} } = {{8 «.» «36» умножить на «10» rSup { размер 8{6} } `J} более {«1800″`s} } =4 «.» 6`»кВт»} {}

    14.39

Обсуждение

Эта скорость теплопередачи равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью 100-ваттными лампочками. Новопостроенные дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не на 30 минут для дома из этого примера. Обычно используются зачистка от атмосферных воздействий, уплотнение и улучшенные уплотнители окон.В очень холодном (или жарком) климате иногда принимаются более экстремальные меры для достижения жесткого стандарта более 6 часов на один оборот воздуха. Еще более длительное время оборота вредно для здоровья, поскольку требуется минимальное количество свежего воздуха для снабжения кислородом для дыхания и разбавления бытовых загрязнителей. Термин, используемый для обозначения процесса проникновения наружного воздуха в дом через щели вокруг окон, дверей и фундамента, называется «инфильтрацией воздуха».

Холодный ветер гораздо более холоден, чем неподвижный холодный воздух, потому что конвекция в сочетании с проводимостью в теле увеличивает скорость, с которой энергия передается от тела.В таблице ниже приведены приблизительные коэффициенты охлаждения ветром, которые представляют собой температуры неподвижного воздуха, обеспечивающие такую ​​же скорость охлаждения, как и воздух с заданной температурой и скоростью. Факторы охлаждения ветром являются драматическим напоминанием о способности конвекции передавать тепло быстрее, чем теплопроводность. Например, ветер со скоростью 15,0 м/с при температуре 0ºC0ºC имеет охлаждающий эквивалент неподвижного воздуха при температуре примерно −18ºC−18ºC.

Температура движущегося воздуха Скорость ветра (м/с)
ºCºC размер 12{ слева (°C справа)} {} 22 размер 12{2} {} 55 размер 12{5} {} 1010 размер 12 {жирный «10»} {} 1515 размер 12 {жирный «15»} {} 2020 размер 12 {жирный «20»} {}
55 размер 12{5} {} 33 размер 12{3} {} −1−1 размер 12{ — 1} {} −8−8 размер 12{ — 8} {} −10−10 размер 12{ — «10»} {} −12−12 размер 12{ — «12»} {}
22 размер 12{2} {} 00 размер 12{0} {} −7−7 размер 12{ — 7} {} −12−12 размер 12{ — «12»} {} −16−16 размер 12{ — «16»} {} −18−18 размер 12{ — «18»} {}
00 размер 12{0} {} −2−2 размер 12{ — 2} {} −9−9 размер 12{ — 9} {} −15−15 размер 12{ — «15»} {} −18−18 размер 12{ — «18»} {} −20−20 размер 12{ — «20»} {}
−5−5 размер 12{ — 5} {} −7−7 размер 12{ — 7} {} −15−15 размер 12{ — «15»} {} −22−22 размер 12{ — «22»} {} −26−26 размер 12{ — «26»} {} −29−29 размер 12{ — «29»} {}
−10−10 размер 12{ — полужирный «10»} {} −12−12 размер 12{ — «12»} {} −21−21 размер 12{ — «21»} {} −29−29 размер 12{ — «29»} {} −34−34 размер 12{ — «34»} {} −36−36 размер 12{ — «36»} {}
−20−20 размер 12{ — полужирный «20»} {} −23−23 размер 12{ — «23»} {} −34−34 размер 12{ — «34»} {} −44−44 размер 12{ — «44»} {} −50−50 размер 12{ — «50»} {} −52−52 размер 12{ — «52»} {}
−40−40 размер 12{ — полужирный шрифт «40»} {} −44−44 размер 12{ — «44»} {} −59−59 размер 12{ — «59»} {} −73−73 размер 12{ — «73»} {} −82−82 размер 12{ — «82»} {} −84−84 размер 12{ — «84»} {}

Стол 14. 4 Факторы охлаждения ветром

Хотя воздух может быстро передавать тепло посредством конвекции, он является плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором. Количество доступного пространства для воздушного потока определяет, действует ли воздух как изолятор или проводник. Пространство между внутренней и внешней стенами дома, например, составляет около 9 см (3,5 дюйма) — этого достаточно для эффективной конвекции. Добавление изоляции стен предотвращает поток воздуха, поэтому потери (или приток) тепла уменьшаются. Точно так же зазор между двумя стеклами окна с двойным остеклением составляет около 1 см, что предотвращает конвекцию и использует низкую проводимость воздуха для предотвращения больших потерь.Мех, волокно и стекловолокно также используют преимущества низкой проводимости воздуха, задерживая его в пространствах, слишком маленьких для поддержания конвекции, как показано на рисунке. Мех и перья легкие и поэтому идеально подходят для защиты животных.

Фигура 14. 19 Мех наполняется воздухом, распадаясь на множество мелких карманов. Конвекция здесь очень медленная, потому что петли очень маленькие. Низкая проводимость воздуха делает мех очень хорошим легким изолятором.

Некоторые интересные явления происходят , когда конвекция сопровождается фазовым переходом . Он позволяет нам охлаждаться за счет потоотделения, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Для испарения пота с кожи требуется тепло от кожи, но без притока воздуха воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим воздухом, и испарение продолжается.

Пример 14,8

Рассчитайте поток массы при конвекции: пот-теплопередача от тела

В среднем человек производит тепло со скоростью около 120 Вт в состоянии покоя.С какой скоростью должна испаряться вода из тела, чтобы избавиться от всей этой энергии? (Это испарение может происходить, когда человек сидит в тени, а температура окружающей среды такая же, как температура кожи, что исключает передачу тепла другими способами. )

Стратегия

Энергия необходима для изменения фазы (Q=mLvQ=mLv size 12{Q= ital «mL» rSub { size 8{v} } } {}). Таким образом, потери энергии в единицу времени составляют

Qt=mLvt=120  W=120 Дж/с. Qt=mLvt=120  W=120 Дж/с.

14.40

Разделив обе части уравнения на LvLv size 12{L rSub { size 8{v} } } {}, мы получим, что масса, испаряемая в единицу времени, равна

mt=120 Дж/сLv.mt=120 Дж/сLv. size 12{ { {m} over {t} } = {{«120″`»J/s»} over {L rSub { size 8{v} } } } } {}

14.41

Решение

(1) Вставьте значение скрытой теплоты из таблицы 14.2, Lv=2430 кДж/кг=2430 Дж/gLv=2430 кДж/кг=2430 Дж/г размер 12{L rSub { размер 8{v} } =» 2430″`»кДж/кг»=»2430″`»Дж/г»} {}. Это дает

мт = 120 Дж/с2430 Дж/г = 0.0494 г/с=2,96 г/мин. mt=120 Дж/с2430 Дж/г=0,0494 г/с=2,96 г/мин. size 12{ { {m} свыше {t} } = {{«120″`»Дж/с»} свыше {«2430″`»Дж/г»} } =0 «.» «044»`»г/с»=2 «.» «96»`»г/мин»} {}

14. 42

Обсуждение

Скорость испарения около 3 г/мин представляется разумной. Это будет около 180 г (около 7 унций) в час. Если воздух очень сухой, пот может незаметно испариться. Значительное количество испарения также происходит в легких и дыхательных путях.

Другой важный пример сочетания фазового перехода и конвекции возникает при испарении воды из океанов.Тепло отводится от океана при испарении воды. Если водяной пар конденсируется в капли жидкости при образовании облаков, в атмосферу выделяется тепло. Таким образом, происходит общий перенос тепла из океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков, тех огромных кучевых облаков, которые поднимаются в стратосферу на высоту до 20,0 км. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии. Эта энергия заставляет воздух расширяться и подниматься туда, где он холоднее.В этих более холодных регионах происходит больше конденсата, что, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, так как процесс усиливает и ускоряет сам себя. Эти системы иногда вызывают сильные бури с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы.

Фигура 14.20 Кучевые облака образуются из-за водяного пара, который поднимается вверх из-за конвекции. Подъем облаков управляется механизмом положительной обратной связи.(кредит: Майк Лав)

Фигура 14.21 Конвекция, сопровождаемая изменением фазы, высвобождает энергию, необходимую для того, чтобы вытолкнуть эту грозовую тучу в стратосферу. (кредит: Херардо Гарсия Моретти)

Фигура 14.22 Фазовый переход, происходящий при таянии этого айсберга, связан с огромной теплопередачей. (кредит: Доминик Алвес)

Движение айсбергов — еще один пример конвекции, сопровождающейся изменением фазы.Предположим, айсберг дрейфует из Гренландии в более теплые воды Атлантики. Тепло отводится от теплой океанской воды, когда тает лед, и выделяется на сушу, когда на Гренландии формируется айсберг.

Проверьте свое понимание

Объясните, почему использование вентилятора летом так освежает!

Решение

Использование вентилятора увеличивает поток воздуха: теплый воздух рядом с вашим телом заменяется более холодным воздухом из других мест. Конвекция увеличивает скорость теплопередачи, так что движущийся воздух «чувствует» себя холоднее, чем неподвижный воздух.

Определение конвекции | определение конвекции

Определение конвекции

В жидкостях и газах (обычно называемых жидкостями) передача тепла происходит по мере того, как менее плотные частицы поднимаются, а более плотные опускаются. Этот процесс известен как конвекция.

Пример 1:  Возьмите стакан и наполните его наполовину водой. Бросьте один или два кристалла перманганата калия (для окрашивания воды).Нагрейте стакан, поставив его на подставку с помощью горелки. Можно наблюдать следующие моменты.

Когда дно стакана слегка нагревается только в одном месте, вода над пламенем становится теплее. Он расширяется и становится менее плотным.
Он поднимается вверх по мере того, как более холодная и плотная вода опускается и вытесняет его.
Циркуляцию воды можно четко наблюдать благодаря цвету воды.


Этот тип преобразования тепла известен как конвекционный ток  

Подробнее о конвекции

Конвекция также происходит в газах.
Пример 2:  За счет энергии, получаемой от солнца, воздух вокруг нас нагревается, становится менее плотным и поднимается вверх. Прохладный воздух движется с моря, чтобы заменить тот же.

Ночью происходит обратное. Море будет теплее, чем суша. Земля быстро остывает.
Более теплый воздух поднимается над землей, а его место занимает более холодный воздух.

Пример 3:  В холодильнике, которым мы пользуемся дома, происходит конвекция.
Сверху есть морозильная камера для холодильника. Это будет очень круто. Холодный воздух опускается ниже морозильной камеры. Это создает циркулирующий поток воздуха, который охлаждает все продукты в холодильнике.

Рабочий пример

Вопрос:  Почему «Радиатор быстро прогревает весь воздух в помещении, хотя воздух плохой теплопроводник»?
Ответ:

o Благодаря радиатору воздух вокруг радиатора нагревается.
o Более теплый воздух становится менее плотным и поднимается вверх.
o Прохладный воздух опускается сверху вниз.
o За счет этой конвекции весь воздух в помещении быстро прогревается.

Что такое конвекция: определение, примеры, отличия и факты

Конвекция — это процесс нагревания, при котором тепло проходит через воздух, воду и другие газы. Это тепло, передаваемое из-за объемного движения молекул с жидкостями, такими как газы и жидкости, включая расплавленные породы.Конвекция происходит посредством адвекции, диффузии или того и другого. Это происходит из-за того, что нагретая жидкость становится менее плотной, и в результате она поднимается вверх. Конвекция является основным фактором погоды. Солнце нагревает поверхность земли, и когда более холодный воздух соприкасается с ним, воздух нагревается и поднимается вверх, создавая восходящий поток в атмосфере. Течение может быть вызвано ветром, облаками или другими погодными условиями. Конвекционные потоки внутри земли перемещают слои магмы, а конвекция в океане создает течения.Конвекционные печи используют вентиляторы для циркуляции тепла, чтобы все, что вы готовите, готовилось быстрее и качественнее.

Конвекционный ток:

Конвекционный поток — это процесс, который включает перемещение энергии из одного места в другое. Конвективный поток переносит тепло за счет массового движения жидкости, такой как вода, воздух или расплавленные породы. Функция переноса тепла разговорными течениями приводит в движение земные океанические течения, атмосферные и погодные течения. Он отличается от теплопроводности, которая представляет собой передачу тепла между веществами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом.Конвекционные потоки являются важной формой теплообмена. Конвекция возникает, когда тепло не может эффективно передаваться за счет излучения теплопроводности. В астрономии конвекционные течения возникают в мантии Земли и на других планетах, а также в конвекционной зоне Солнца.

 

Примеры конвекции:

  • Кипящая вода: Тепло передается в горелку, затем в емкость, нагревая воду на дне, затем эта горячая вода поднимается, а более холодная вода движется вниз, заменяя ее, вызывая круговое движение.
  • Радиатор: Направляет теплый воздух вверху и охлаждает внизу.
  • Чашка дымящегося горячего чая: пар, исходящий от горячего чая, переносится в воздух.
  • Таяние льда: из воздуха тепло передается льду, благодаря чему лед из твердого состояния превращается в жидкое.
  • Воздушные шары: Нагреватель, находящийся внутри воздушного шара, нагревает воздух, и поэтому воздух движется вверх. Это заставляет воздушный шар подниматься, потому что горячий воздух попадает внутрь.

Разница между конвекцией и теплопроводностью:

Проводимость и конвекция схожи тем, что оба механизма требуют наличия материальной среды.С другой стороны, они отличаются тем, что конвекция требует наличия движения жидкости. Теплопроводность — это передача тепла в материале за счет молекулярного движения, так что энергия передается через вещество от частицы к частице. Конвекция — это передача тепла между твердой поверхностью и прилегающей жидкостью, которая представляет собой движение за счет фактического движения нагретого вещества.

Факты о конвекции: 

  1. Источник тепла и жидкость необходимы для формирования конвекционного потока, поэтому возможен теплообмен.
  2. В атмосфере происходит конвекция. Воздух считается жидкостью, а солнце – источником тепла.
  3. Магма считается жидкостью, а ядро ​​земли называется источником тепла.
  4. Конвекция важна, так как она может влиять на погоду. Большие массы газов, жидкостей и твердых тел могут быть удалены циркулирующей жидкостью конвекционного потока. Движение тектонических плит на земной коре происходит из-за конвекционных течений.Другие явления, на которые влияют конвекционные течения, включают образование океанских течений и ветра в атмосфере.
  5. Наиболее эффективным способом передачи тепла через газы и жидкости является использование конвекционного тока, хотя оба они считаются плохими проводниками тепла.

Нравится:

Нравится Загрузка…

Связанные

Примеры конвекции

Конвекция

Конвекция — это передача тепла путем его циркуляции через воздух или жидкости.В отличие от проводимости, при которой должен быть прямой или косвенный контакт между двумя объектами для передачи тепла, конвекция основана на циркуляционном движении молекул для передачи тепла. Кроме того, в отличие от проводимости, которая основана на микроскопическом движении частиц для передачи тепла, конвекция представляет собой массовый перенос большого количества массы одновременно.

Однако, как и при теплопроводности, теплопередача при конвекции движется от более горячей области к более холодной.

Примеры конвекции:

1.Нагрев воды на плите

Когда кастрюля с водой ставится на плиту и плита включается, сама кастрюля становится все более горячей из-за теплопроводности; здесь металл кастрюли непосредственно соприкасается с нагревательным элементом. А вот вода внутри кастрюли нагревается за счет конвекции. Когда вода на дне кастрюли (соприкасаясь со все более горячим металлом) поднимается, она передает тепло воде над ней. Холодная вода выталкивается вниз к горячему дну кастрюли за счет конвекционных потоков, и процесс продолжается.

2. Воздушный шар

Воздушные шары поднимаются из-за склонности более теплого воздуха быть менее плотным, чем воздух вокруг него. Источник тепла в нижней части воздушного шара нагревает молекулы воздуха вокруг пламени, и эти молекулы рост. Более теплый воздух менее плотный, чем холодный, поэтому по мере того, как теплый воздух поднимается вверх, его молекулы расходятся. Холодный воздух выталкивается вниз, где также нагревается. Вихревое движение более теплого воздуха по мере его подъема продолжает повышать температуру окружающего воздуха.

3. Теплая погода и водоемы

На погоду в значительной степени влияет конвекция, поскольку воздух создает бризы над массивами суши, расположенными рядом с большими водоемами, такими как озера или океаны. Вода обладает большей теплоемкостью, чем земля, поэтому она удерживает греть лучше. Это означает, что для изменения температуры воды в любом направлении также требуется больше времени. В дневное время воздух над водоемом будет иметь более низкую температуру, чем воздух над сушей, что создает область низкого давления над сушей и область повышенного давления над водой. Это движение молекул воздуха от одной системы давления и температуры к другой заставляет бризы дуть с воды на землю, изменяя температуру. Противоположный сценарий происходит ночью, когда солнце садится и вода остывает медленнее, чем суша.

4. Приготовление ужина

Если мясо все еще заморожено, когда пришло время начать приготовление, оно оттает быстрее, если его поместить под проточную воду, чем если бы оно было погружено в воду. Причина в том, что конвекция или движение воды и ее циркуляция тепла будут передавать тепло замороженному мясу быстрее, чем если бы мясо было погружено в воду и должно поглощать тепловую энергию за счет теплопроводности.

5. Земная конвекция

Мантия Земли движется очень медленно из-за конвекционных потоков под поверхностью. Эти течения переносят тепло от горячего ядра Земли, направляя его на поверхность. Закрученные течения заставляют тектонические плиты очень постепенно перемещаться по поверхности планеты. При этом к растущим краям пластин прилипает новое горячее вещество, которое затем охлаждается. Материал становится более плотным, когда тепло заставляет его сжиматься и погружаться обратно в мантию в океанской впадине, вызывая образование вулкана.

Примеры конвекции

конвекция – определение и значение

  • Термин конвекция часто используется для описания теплопередачи, происходящей между объектом и протекающей через него жидкостью.

    Теплообмен

  • Солнечные пятна — это области интенсивного магнитного поля, в которых тепловая конвекция из недр Солнца подавлена.

    Коллекционные предметы научной фантастики, фэнтези и ужасов — часть 1067

  • Управление конвекцией намного эффективнее, и в этом случае хорошо работает тонкий барьер из инертного газа, такого как CO2.

    Описание: Ослепленный наукой

  • Пузырьки воздуха начнут подниматься вверх, если они теплее окружающего воздуха — это известно как конвекция .

    Weatherwatch: как предсказать шторм

  • — Тепло передается через воздух так называемой конвекцией , то есть частицы воздуха передают его из одной точки в другую.

    Самолеты

  • «Так жарко, что создает своего рода огненную погоду, называемую конвекцией столба.

    23-й ежегодный сборник лучшей научной фантастики года

  • Поместите противни в морозильную камеру, по словам Марты, не менее чем на 15 минут, пока они не затвердеют (у меня была назначена встреча, поэтому мои лежали в морозильной камере 2 часа). За 15 минут до выпекания разогрейте духовку до 350 F (325 F для с конвекцией , которую я использовал).

    Бискочитос

  • Поместите противни в морозильную камеру, по словам Марты, не менее чем на 15 минут, пока они не затвердеют (у меня была назначена встреча, поэтому мои лежали в морозильной камере 2 часа). За 15 минут до выпекания разогрейте духовку до 350 F (325 F для с конвекцией , которую я использовал).

    Архив 2009-04-01

  • Атмосферная циркуляция включает термогравитационную конвекцию , которая по своей природе неустойчива и во вращающейся системе отсчета порождает ураганы и торнадо.

  • Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован.