Физика за 8 класс. Учебник.

Се­го­дняш­нее за­ня­тие мы по­свя­тим изу­че­нию сле­ду­ю­ще­го вида теп­ло­пе­ре­да­чи – кон­век­ции. На про­шлом за­ня­тии мы уже го­во­ри­ли о яв­ле­нии теп­ло­про­вод­но­сти, ко­то­рое было свя­зан­но с теп­ло­вым дви­же­ни­ем ча­стиц, в слу­чае же кон­век­ции речь будет идти не о дви­же­нии от­дель­ных ча­стиц, а об их груп­пах. По­про­бу­ем рас­смот­реть яв­ле­ние кон­век­ции с по­зи­ции срав­не­ния с яв­ле­ни­ем теп­ло­про­вод­но­сти и вы­де­ле­ния от­ли­чий между этими ви­да­ми теп­ло­пе­ре­да­чи. Для этого про­ве­дем про­стой опыт. Опыт 1.С на­гре­ва­ни­ем льда в про­бир­ке с водой. На­бе­рем в про­бир­ку воду, по­ме­стим на дно ку­со­чек льда и нач­нем на­гре­вать за­жжен­ной све­чей у верх­не­го края, как это изоб­ра­же­но на ри­сун­ке 1. Рис. 1. На­гре­ва­ние льда в про­бир­ке с водой. В ходе про­ве­де­ния опыта мы за­ме­тим, что верх­няя часть про­бир­ки очень на­гре­ет­ся и вода в этой части может даже за­ки­петь, но лед при этом оста­нет­ся в своем кри­стал­ли­че­ском со­сто­я­нии и не рас­та­ет. По­че­му? Это объ­яс­ня­ет­ся недо­ста­точ­ной теп­ло­про­вод­но­стью воды для пе­ре­да­чи тепла в ниж­нюю часть про­бир­ки. Если же те­перь про­ве­сти ана­ло­гич­ный опыт, но толь­ко рас­по­ло­жить пламя свечи у ниж­не­го края про­бир­ки, то мы уви­дим, как весь лед быст­ро рас­та­ет и вся вода со вре­ме­нем рав­но­мер­но про­гре­ет­ся и даже, воз­мож­но, за­ки­пит. Про­ве­ден­ные опыты го­во­рят о том, что в дан­ном слу­чае пе­ре­нос энер­гии осу­ществ­ля­ет­ся не путем теп­ло­про­вод­но­сти, а на ос­но­ва­нии неко­го дру­го­го яв­ле­ния, ко­то­рое и имеет на­зва­ние кон­век­ция. В пе­ре­во­де с ла­тин­ско­го слово «кон­век­ция» озна­ча­ет пе­ре­не­се­ние, пе­ре­нос. Про­де­мон­стри­ру­ем опыты кон­век­ции в газах и жид­ко­стях на двух опы­тах. Опыт 3.Де­мон­стра­ция яв­ле­ния кон­век­ции в жид­ко­сти (воде). Опу­стим в пра­вое и левое ко­ле­но U-об­раз­ной труб­ки с водой по ложке с мар­ган­цов­кой, ко­то­рая будет вы­сту­пать в роли кра­си­те­ля для де­мон­стра­ции кон­век­тив­ных по­то­ков. Жид­кость на­чи­на­ет по­не­мно­гу  окра­ши­вать­ся, но это про­ис­хо­дит бла­го­да­ря яв­ле­нию диф­фу­зии (т. е. из-за непре­рыв­но­го ха­о­тич­но­го теп­ло­во­го дви­же­ния ча­стиц ве­ще­ства), а кон­век­тив­ные по­то­ки пока не будут на­блю­дать­ся. Затем рас­по­ла­га­ем за­жжен­ную свечу под одним из колен труб­ки, как это по­ка­за­но на ри­сун­ке 3. Де­мон­стра­ция кон­век­ции в жид­ко­сти с по­мо­щью окра­ши­ва­ния кон­век­тив­ных по­то­ков.Мы можем на­блю­дать яв­ле­ние, ана­ло­гич­ное преды­ду­ще­му опыту: на­гре­тая в пла­ме­ни свечи вода рас­ши­ря­ет­ся, умень­ша­ет­ся ее плот­ность, и окра­шен­ные мар­ган­цем по­то­ки нач­нут под­ни­мать­ся вверх. Можно за­ме­тить, что со вре­ме­нем про­гре­ва­ния воды про­цесс кон­век­ции про­те­ка­ет все ин­тен­сив­нее, и кон­век­тив­ные по­то­ки, до­хо­дя до верх­ней части труб­ки, на­чи­на­ют дви­гать­ся по го­ри­зон­таль­но­му участ­ку труб­ки и опус­кать­ся в пра­вом ее ко­лене. Это про­ис­хо­дит из-за того, что хо­лод­ная вода в пра­вом ко­лене опус­ка­ет­ся вниз и дви­жет­ся по ниж­не­му го­ри­зон­таль­но­му участ­ку труб­ки, за­ни­мая место под­няв­шей­ся теп­лой воды. Таким об­ра­зом, мы имеем воз­мож­ность на­блю­дать цир­ку­ля­цию кон­век­тив­ных по­то­ков в жид­ко­сти. На ос­но­ва­нии про­ве­ден­ных опы­тов сде­ла­ем вывод о том, что такое яв­ле­ние кон­век­ции. Кон­век­ция – это яв­ле­ние пе­ре­но­са энер­гии стру­я­ми, боль­ши­ми груп­па­ми ча­стиц жид­ко­стей или газов. Т. е. по срав­не­нию с яв­ле­ни­ем теп­ло­про­вод­но­сти, когда при про­гре­ва­нии жид­ко­стей или газов про­цесс пе­ре­да­чи энер­гии ча­стиц через их дви­же­ние не так эф­фек­ти­вен, как пе­ре­да­ча энер­гии путем дви­же­ния целых групп ча­стиц, всту­па­ет в дей­ствие более ин­тен­сив­ное спо­соб теп­ло­пе­ре­да­чи путем кон­век­ции. В ре­зуль­та­те рас­смот­рен­ных свойств кон­век­ции можно за­ме­тить, что она имеет место толь­ко в том слу­чае, если речь идет о теп­ло­пе­ре­да­че в ве­ще­стве (а имен­но в жид­ко­сти или газе), если же ве­ще­ства нет, то и не имеет смыс­ла го­во­рить о яв­ле­нии кон­век­ции. Раз­ли­ча­ют два типа кон­век­ции. Рис. 4. Сво­бод­ная кон­век­ция Рис. 5. Вы­нуж­ден­ная кон­век­ция http://interneturok.ru/physics/8-klass/teplovye-yavleniya/konvektsiya Вопросы: 1. Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой. 2. Объясните, как происходит нагревание воды в колбе, поставленной на огонь. 3. В чем состоит явление конвекции? 4. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной? 5. Почему жидкости и газы нагревают снизу?  6. Почему конвекция невозможна в твердых телах? Ответы: 1. Над нагретой лампой появляется горячий воздух который замещает холодный снизу происходит циркуляция воздуха. 2. Нагреваясь, вода находящаяся снизу идет вверх а холодная сверху встает на её место, так, вода нагревается равномерно. 3. В циркуляции газов и жидкости разных температур и  замещении друг друга в емкостях и в помещении. 4. Естественная конвекция происходит сама при нагреве емкостей, вынужденную используют когда естественная недостаточно эффективна, она заключается в использовании каких-либо внешних воздействий. 5. Если нагревать сверху конвекция не будет действовать так как холодное будет оставаться внизу а горячее останется вверху циркуляции не будет. 6. В твердых телах молекулы не могут передвигаться вверх, вниз, циркуляции  не будет, а значит и конвекции тоже. http://znanija.com/task/9350024

Физика. Конспект «Конвекция» | Частная школа. 8 класс

Конспект по физике для 8 класса «Конвекция». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое конвекция. Какие виды конвекции существуют.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

---

Конвекция

Если жидкости и газы обладают низкой теплопроводностью, то как же тогда нам удаётся достаточно быстро прогреть воздух в помещении и вскипятить воду?

ЯВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ВОЗДУХЕ

Находясь рядом с горячей плитой, можно почувствовать тёплые струи воздуха, поднимающиеся над ней. Этот же эффект хорошо ощущается, если сверху поднести руку к горящей свече или горящей электрической лампочке.

Это физическое явления используется в игрушке «музыкальная ёлочка». Когда зажигаются свечки, под действием возникающих струй тёплого воздуха, направленных вверх, вертушка начинает вращаться, а колокольчики — звенеть.

Если сделать из бумаги спираль и поместить её над включённой электрической лампочкой, как показано на рисунке, под действием поднимающегося нагретого воздуха спираль начнёт вращаться.

В этом опыте, так же как и в игрушке «музыкальная ёлочка», происходит нагревание воздуха, находящегося вблизи горящей лампочки или свечи. При этом он расширяется, и его плотность становится меньше плотности окружающего холодного воздуха. Под действием выталкивающей (архимедовой) силы со стороны холодного воздуха тёплый воздух вытесняется вверх. Образовавшийся воздушный поток и вращает спираль.

ЯВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ЖИДКОСТИ

Аналогичные явления происходят и при нагревании жидкости, если источник тепла находится снизу.

Нагретые слои жидкости имеют меньшую плотность. Поэтому сила тяжести, действующая на них, становится меньше архимедовой силы, действующей на эти слои со стороны окружающей жидкости. Вследствие этого нагретые слои воды начинают подниматься вверх, а на их место опускаются более холодные слои жидкости. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся жидкость не прогреется одинаково по всему объёму.

Рассмотрим следующий опыт. На дно колбы с водой аккуратно опустим несколько кристалликов любого красителя (например, марганцовокислого калия). Начнём нагревать колбу снизу. Сразу станет хорошо видно, как со дна колбы поднимаются окрашенные струйки воды.

КОНВЕКЦИЯ

При нагревании воздуха или воды снизу происходит теплопередача, обусловленная переносом вещества и отличающаяся от теплопроводности. Этот процесс называют конвекцией (от лат. convectio — перенесение).

Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия передаётся потоками (или струями) жидкости или газа.

В 7 классе мы говорили о том, что строение твёрдых тел отличается от строения жидкостей и газов. В твёрдых телах перенос вещества невозможен, поэтому конвекция наблюдается только в жидкостях и газах. В твёрдых телах она не происходит.

В закрытом помещении при работе отопительных приборов всегда возникает явление конвекции. Поэтому разница температур воздуха у пола и вблизи потолка может достигать нескольких градусов.

ЕСТЕСТВЕННАЯ И ВЫНУЖДЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную. Рассмотренные выше процессы нагревания воздуха и жидкости являются примерами естественной конвекции. Для её возникновения требуется либо подогрев жидкости или газа снизу, либо охлаждение сверху.

Вынужденная конвекция наблюдается в случае, когда потоки нагретой или охлаждённой жидкости или газа переносятся под действием насосов или вентиляторов.

КОНВЕКЦИЯ В ПРИРОДЕ

Конвекция является очень распространённым явлением в природе. Она выполняет основную роль в образовании в атмосфере потоков воздуха — ветров. Нагреваясь над одними участками земли и охлаждаясь над другими, воздух начинает циркулировать, перенося с собой энергию и влагу.

Эти же причины порождают дневные и ночные бризы — ветры, попеременно дующие от моря к суше днём и от суши к морю ночью. В течение дня температура земли становится заметно выше, чем температура моря. Соответственно и воздух, соприкасающийся с землёй, теплеет, расширяется и его плотность уменьшается. За счёт явления конвекции возникает циркулирующее течение воздушных масс. Ночью происходит обратный процесс, так как земля охлаждается до температуры, которая ниже, чем температура моря.

Благодаря конвекции птицы способны подолгу парить в воздухе. Разные участки земли прогреваются по-разному, и из-за этого возни кают восходящие воздушные потоки. Эти же потоки используются при полётах на дельтапланах.

Из-за конвекции нагретый пар из труб котельных и дым из печных труб при отсутствии ветра поднимаются вверх, так как имеют более низкую плотность, чем окружающий воздух.

В быту мы привыкли к тому, что при нагреве воды источник тепла располагается снизу. Нагревательные приборы в комнате также всегда расположены внизу.

Опыты показывают, что при нагревании сверху как жидкостей, так и газов конвекции не происходит. В этом случае просто не возникает выталкивающая сила, так как нагретые слои с меньшей плотностью располагаются сверху.

Естественная и вынужденная конвекция лежат в основе действия отопительной системы зданий. Нагревание воды может производиться либо непосредственно в здании при помощи специального котла, либо за пределами отапливаемого помещения при наличии системы центрального отопления. Горячая вода, поступающая в дом или нагретая в котле, поднимается вверх, а затем спускается по трубам и распределяется по помещениям, отдавая тепло в радиаторах.

---

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Конвекция».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Просмотров: 11 659

Теплопередача — урок. Физика, 8 класс.

В природе существует три вида теплопередачи:
1) теплопроводность;
2) конвекция;

3) излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность — переход теплоты с одного тела на другое при их соприкосновении или с более тёплой части тела на холодную.

 

…………………………………………………………. Теплопроводность происходит потому, что частицы с большей энергией при взаимодействии отдают энергию частицам с меньшей энергией.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. Большую теплопроводность имеют все металлы. Малую теплопроводность имеют газы, вакуум не имеет теплопроводности (в вакууме нет частиц, которые бы обеспечивали теплопроводность).

Вещества, которые плохо проводят теплоту, называют теплоизоляторами.

Искусственно созданными теплоизоляторами являются каменная вата, пенопласт, поролон, металлокерамика (используется в производстве космических кораблей).

Конвекция

Распространение тепла перемещающимися струями газа или жидкости называется конвекцией.

 

Конвекция около электрического масляного радиатора.	Конвекция в помещении. Тёплый воздух поднимается вверх, холодный опускается вниз.

 

При конвекции тепло переносит само вещество. Конвекция наблюдается только в жидкостях и газах.

Тепловое излучение

Распространение тепла от тёплого тела при помощи инфракрасных лучей называют тепловым излучением.

Тепловое излучение — единственный вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме. Чем выше температура, тем сильнее тепловое излучение. Тепловое излучение производят, например, люди, животные, Земля, Солнце, печь, костёр. Инфракрасное излучение можно изображать или измерять термографом (термокамерой).
  

	Инфракрасные термокамеры воспринимают невидимое инфракрасное или тепловое излучение и осуществляют точные бесконтактные измерения температуры. Инфракрасная термография позволяет полностью визуализировать тепловое излучение. На рисунке видно инфракрасное излучение ладони человека.
	………………………………………………………………….. Во время термографического обследования зданий и сооружений имеется возможность обнаружить конструкционные места с повышенной тепловой проницаемостью, проверить качество соединений различных конструкций, найти места с повышенным воздухообменом.

Конвекция — Технарь

Жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой ставят на огонь, батареи отопления, от которых нагревается воздух в комнате, помещают под окнами около пола. Случайно ли это?

Поместив руку над горячей плитой или над гонящей лампой, мы заметим, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые струи воздуха. Эти струи могут даже вращать небольшую бумажную вертушку, помещенную над лампой (рис. 185). Здесь мы наблюдаем иной вид теплопередачи, который называют конвекцией.

При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости. Воздух, который соприкасается с плитой или лампой, нагревается от ее поверхности и расширяется. Плотность расширившегося воздуха меньше, чем плотность холодного, и поэтому слой теплого воздуха всплывает в холодном воздухе. Ведь архимедова сила, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, действующая на теплый воздух, направленная вниз. Затем прогревается и- начинает двигаться вверх следующий слой холодного воздуха и т. д.

Точно так же переносится энергия и при нагревании жидкости. Чтобы заметить перемещение слоев жидкости при нагревании, опускают на дно стеклянной колбы кристаллик красящего вещества, например марганцовокислого калия, и ставят колбу на огонь. Замечают, что вода начинает перемещаться по замкнутым линиям — циркулировать: нагретые нижние слои воды выталкиваются холодной водой и поднимаются вверх (рис. 186). Благодаря циркуляции вся вода равномерно прогревается. Здесь, как и в газе, энергия переносится с одного места на другое с потоками вещества — воды.

Конвекция происходит в наших жилых комнатах (рис. 187), благодаря чему нагревается воздух в них.

Мы рассмотрели конвекцию, которая является естественной, или свободной. Если же неравномерно нагретую жидкость (или газ) перемешивать насосом или мешалкой, то произойдет вынужденная конвекция.

Теперь можно ответить на вопрос, поставленный в начале этого параграфа: почему жидкости и газы нагревают, как правило, снизу? Попробуем прогреть воду, налитую в пробирку, так, как показано на рисунке 188. Верхний слой воды закипит, а нижние слои останутся холодными. Если на дно пробирки поместить кусочки льда, они даже не растают. Почему? При таком способе нагревания не может происходить конвекция, ведь нагретые слои воды не могут опуститься ниже холодных, более тяжелых слоев. Может быть, вода прогреется благодаря теплопроводности? Но, как видно из этого опыта, теплопроводность воды мала, и пришлось бы очень долго ждать, пока вода прогреется. Точно так же можно объяснить, почему не прогревается воздух в пробирке, если его нагревать сверху (рис. 189).

В твердых телах, где свобода движения молекул ограничена, конвекция происходить не может. Вспомним, что каждая частица кристаллического твердого тела лишь колеблется около одной точки, удерживаемая сильным взаимным притяжением с другими частицами. Поэтому при нагревании твердого тела в нем не могут образовываться потоки вещества. Повседневный опыт подтверждает это. В твердых телах энергия передается теплопроводностью.

Вопросы.

1. Опишите опыт, показывающий, что воздух над нагретой лампой перемещается. 2. Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой. 3. Объясните, как происходит нагревание воды в колбе, поставленной на огонь. 4. В чем состоит явление конвекции? 5. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной? 6. Почему жидкости и газы нагревают снизу? 7. Почему конвекция невозможна в твердых телах?

Урок-интервью. Физика. 8 класс. Теплопередача в природе и технике

 Презентацию подготовил Александр Кавтрев.

Тема урока: «Виды теплопередачи. Теплопередача в природе и технике».

При проведении данного урока используется технология «Перевернутый урок». То есть учитель предлагает ученикам в качестве подготовки к данному уроку самостоятельно познакомиться с темой «способы теплопередачи». Для этого учитель предоставляет учащимся ссылки на соответствующие электронные ресурсы (видео уроки или видео лекции) и/или на соответствующие параграфы учебника. Учитель также может записать и предоставить учащимся свой видеоурок на данную тему.

Полезные ссылки:

В результате самостоятельной домашней работы дети должны узнать, что существуют три вида теплопередачи (теплопроводность, конвекция, излучение) и понимать, чем они отличаются друг от друга.

Вы можете скачать презентацию и скачать пояснения к уроку.

Слайд 1

1. Введение: открытая задача 

Цель данного этапа урока – заинтриговать учеников темой урока, настроить на активную, творческую деятельность. Для этого учитель предлагает учащимся решить открытую задачу. 

Слайд 2

Ответ к открытой задаче. Ни в коем случае нельзя отрывать примерзший язык, так как при этом с его поверхности оторвется участок кожи, что может привести к сильному кровотечению. При возможности нужно поливать место контакта языка с металлом жидкостью (желательно теплой). Можно также попытаться растопить лед дыханием и теплом рук.

Примечание. Важно обсудить с детьми следующий вопрос: «Почему на морозе язык к металлическим предметам прилипает, а к деревянным – нет?». 

Это объясняется тем, что у металлов теплопроводность значительно выше, чем у дерева. При объяснении можно показать учащимся видеофрагмент (слайд 3), который демонстрирует теплопроводность металлов: медь, латунь, железо.

 2. Самостоятельная работа учащихся: составление вопросов к тексту

Примечания:

• На данном этапе урока необходимо раздать детям в распечатанном виде текст про устройство термоса. Этот текст можно напечатать из отдельного файла Устройство термоса.

• Если распечатать текст нет возможности, то можно показать текст на большом экране (слайд 4). А на слайде 5 показано устройство термоса.

• Затем учитель предлагает учащимся составить вопросы к данному тексту. 

Текст для составления вопросов:

Слайд 4

Слайд 5

Задание ученикам (слайд 6):

• На работу по составлению вопросов можно отвести 5-7 минут.

После окончания данной работы учитель выписывает вопросы учащихся на доске или это делают специально назначенные ученики. 

Учащиеся каждой группы озвучивают сформулированные вопросы (по одному вопросу). При этом группы озвучивают вопросы последовательно (по кругу) пока не назовут все составленные вопросы. Если вопросы повторяются, то ни произносить их ни записывать не нужно. 

Некоторые формулировки вопросов, которые даны учащимися, могут быть не корректными. В этом случае учитель помогает детям дать более точные формулировки.

Слайд 6

Примеры возможных вопросов учащихся: уточняющие вопросы.

Слайд 7

Примеры возможных вопросов учащихся: открытые (исследовательские) вопросы.

Слайд 8

Примечания:

• При необходимости учитель может сам добавить в список ряд вопросов, которые ему необходимо обсудить с учащимися в соответствии с планом урока. 

• Среди предложенных учащимися вопросов могут быть вопросы, выходящие за рамки данного урока. В этом случае можно предложить учащимся самостоятельно поискать информацию для ответа на такие вопросы в качестве домашнего задания.

3. Объяснение материала урока и подведение итогов

Используя вопросы из списка учитель обсуждает с учащимися материал урока. При этом он отрабатывает с учащимися формулировки видов теплопередачи, при необходимости устраняет пробелы в их знаниях и вносит коррективы. 

При подведении итогов урока можно использовать слайд 9, на котором показаны все виды теплопередачи.

Слайд 9

4. Завершение урока: повторение пройденного материала.

Задание ученикам

Посмотрите на рисунки и назовите как осуществляются процессы теплопередачи в представленных на слайдах ситуациях:

• Чайник на плите (слайд 10),

• Мороженое в руке (слайд 11),

• Котелок на костре (слайд 12),

• Теплица (слайд 13),

• Сферическое зеркало в горах Непала (слайды 14 – 16).

Примечание. Если учащиеся не могут сказать для чего предназначено зеркало (слайд 14), то можно сыграть с ними в игру «Да-нетку» на эту тему. Слайд 15 содержит подсказку – на нем хорошо видно подставку в центре зеркала, на которую ставится кастрюля или чайник для нагрева солнечным светом. На слайде 16 видно, что на подставке стоит чайник – это фактически ответ на вопрос о назначении зеркала. 

Слайд 10

Слайд 11 

Слайд 12 

Слайд 13 

Слайд 14 

Слайд 15

Слайд 16

5. Д/З. На выбор учеников

1. Многие люди считают, что шуба греет. А как думаете вы?
   Предложите варианты опытов, которые нужно поставить, чтобы доказать или опровергнуть эту точку зрения (слайд 17). 
2. Объясните, почему аксакалы в яркие солнечные дни в жару носят теплые ватные халаты (слайд 18).
3. Проведите исследование: сколько времени содержимое термоса остается горячим? 

Примечание. Предварительно обсудите с учащимися методику эксперимента. Например, можно залить в термос кипяток и через определенные интервалы времени (каждые 30 минут) измерять его температуру.

Данное исследование можно поручить 3-5 ученикам и на следующем уроке сравнить их результаты. Желательно, чтобы они принесли на урок термоса, с которыми проводили эксперименты.

4. Если термос устроен так умно, то почему через какое-то время его содержимое все-таки остывает? Постарайтесь объяснить почему это происходит (слайд 19).

Ответ (для учителя):

• Немного теплоты выходит через пробку и крышку термоса. Если вы потрогаете крышку, то скорее всего почувствуете, что она слегка нагрета.
• Также потери теплоты, пусть и менее ощутимые, происходят через стенки термоса. 
  • Прежде всего это связано с качеством откачки воздуха. Абсолютный вакуум создать невозможно. Поэтому между стенками колбы всегда остается немного воздуха. Чем его больше, тем больше потери теплоты.
  • Происходят также потери теплоты из-за не идеальности отражающей поверхности колбы. Невозможно сделать зеркальную поверхность с коэффициентом отражения 100%. Обычно этот параметр у внутренней поверхности колбы около 90%. Значит термос обязательно излучает теплоту.

Слайд 17

Слайд 18

Слайд 19

 6. Дополнительный материал: ураганный ветер «Бора»

Советский писатель Константин Паустовский в рассказе «Небесная азбука морзе» описывает ураганный ветер «Бора» и шторм, который произошел в конце 19 века в Черном море вблизи г. Новороссийска. Учитель может обсудить с учащимися это природное явление и процессы теплопередачи, которые происходили.

«Море клокочет, как бы пытаясь взорваться. Ветер швыряет увесистые камни, сбрасывает под откосы товарные поезда, свертывает в тонкие трубки железные крыши, качает стены домов.

Двое суток мы находились на авральной работе. Мы сбивали лёд ломами, раскалённым железом и обливали его кипятком. Тонкие снасти превращались в ледяные бревна. Когда ураган достиг наивысшего напряжения, мы обрубили реи, утлегарь и весь такелаж на мачтах, но это нисколько не помогло. Хотели выбросить за борт пушки, но они вместе со станками приросли к палубе, составляя сплошные глыбы льда. Волны свободно ходили через корабль.

Эскадра Юрьева погибла от того, что лопнули все железные якорные цепи. Корабли были разбиты о подводные камни. С тех пор некоторые капитаны, застигнутые борой, начали отдавать якоря не на цепях, а на пеньковых веревках. Железные цепи делались слишком хрупкими от жестокого мороза – неизменного спутника Боры – и легко ломались на перегибах около клюзов. Эскадра погибла, разбившись о берега. Только один корабль «Струя» потонул среди залива, не выдержав тяжести наросшего льда. Он стоял закрепив якорную цепь за бочку, и не успел вовремя расклепать цепь, чтобы его выбросило на берег. Тогда часть людей могла бы спастись». 

К. Г. Паустовский. «Родные просторы» Гос. Издательство географической литературы, Москва, 1954 г., с. 310.

Справка: Бора

Бора — сильный холодный порывистый северный ветер. Бора возникает, когда поток холодного воздуха встречает на своём пути возвышенность, например, невысокие горы на морском берегу. Преодолев препятствие, холодный воздух под воздействием силы тяжести сваливается вниз по склону гор. При этом воздушный поток приобретает большую скорость (слайды 20 и 21). 

Слайд 20

Слайд 21

Фотографии последствий Боры в г. Новороссийске приведены на слайдах 22 – 25.

Слайд 22 

Слайд 23

Слайд 24 

Слайд 25. Сковало льдом прибрежный южный город… 

Вы можете скачать презентацию и скачать пояснения к уроку.

Урок по теме «Конвекция»

Технологическая карта урока физики в 8 классе по теме «конвекция »

Тип урока: урок открытия новых знаний

Деятельностная цель:создать способы действий по наблюдению и описанию конвекции

Образовательная цель: узнать новый вид теплопередачи, его механизм и отличие от теплопроводности, познакомиться с видами конвекции и проявлениями ее в природе и технике.

Опорные понятия, термины:внутренняя энергия, способы изменения внутренней энергии,теплопередача,теплопроводность.

Новые понятия:конвекция-вид теплопередачи ,при котором энергия передаётся струями жидкости или газа,виды конвекции:естественная и вынужденная.

Планируемыерезультаты(на раздел)

Личностные результаты:

Самостоятельно приобрели знания и практические умения по теме «конвекция».

Продолжили формирование коммуникативной компетентности в общении со сверстниками и учителем

Убедились в возможностях предмета для решения задач повседневной жизни

Метапредметные результаты:

Ученики умеют проводить эксперимент, прогнозировать результаты

Умеют работать индивидуально, в парах, группах, организовывать учебное сотрудничество, аргументировать свою точку зрения

Продолжили формировать умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, определять понятия, создавать обобщение, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение и делать выводы, умение создавать схемы

Планируемые предметные результаты:

Ученики умеют распознавать и описывать вид теплопередачи- конвекции и её виды

Условные обозначения:

ЛУУД- личностные универсальные учебные действия

ПУУД- познавательные универсальные учебные действия

РУУД- регулятивные универсальные учебные действия

КУУД- коммуникативные универсальные учебные действия

-Готовы? А сейчас давайте приступим к работе.

Отвечают на приветствие учителя.Выделение существенной информации из слов учителя. Слушание учителя. Целеполагание.Умение настраиваться на занятие.

РУУД: волевая саморегуляция

1. Этап. Мотивация (самоопределение) к учебной деятельности

Цель: включить учащихся в деятельность (хочу, надо, могу)

Я предлагаю вам начать урок с опыта:

У меня есть две пробирки в каждую налита вода, на дне 1 –ой пробирки лед (ЛЁД ДОЛЖЕН БЫТЬ УТЯЖЕЛЕН ДЛЯ ЭТОГО ОПЫТА),я буду нагревать её сверху.

Во 2-ой пробирке лёд вверху,но нагревать я её буду снизу.

Почему в первой пробирке лед не тает,хотя вода кипит,а во второй растаял?

Урок мы посвятим новому виду теплопередачи.

Какие знания по теме у нас уже есть?

(как мы можем изменить внутреннюю энергию тела?что такое теплопередача?)

Каких знаний (о чём) нам не хватает?

Какие шаги мы должны сделать для открытия нового знания?

Наблюдают эксперимент.

Объясняют :в первой происходит изменение внутренней энергии,одним из видов теплопередачи-теплопроводностью(вода плохой проводник тепла),поэтому лед на дне пробирки не тает.

Смотрят как весь лед быстро растает и вся вода со временем равномерно прогрелась и даже, возможно, закипела

Выдвигают гипотезу:что Проведенный опыт говорит о том, что в данном случае перенос энергии осуществляется не путем теплопроводности, а на основании некого другого явления,в второй пробирке идет изменение внутренней энергии за счет другого вида теплопередачи.

Озвучивают опорные знания: что такое внутренняя энергия, признаки, по которым можно судить о её изменении,какими способами можно изменить внутреннюю энергию.

Не могут назвать новый вид теплопередачи.

Повторить, выполнить пробное учебное действие, понять, что мы не знаем, поставить цель, построить проект выхода из затруднения, закрепить знания и применить.

ПУУД: анализ, установление причинно-следственных связей, построение логической цепи рассуждений

РУУД: оценка (выделение и осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения)

ЛУУД: самооопределение (мотивация учения), смыслообразование

РУУД: планирование.

Цель: подготовить учащихся к самостоятельному выполнению пробного учебного действия, осуществить его и зафиксировать затруднение

Чтобы работа была успешной,давайте вспомним ,что мы знаем о теплопроводности.

Работаем фронтально:

Повторим,что такое теплопроводность-…

Среда , в которой происходит теплопроводность?

Как осуществляется перенос энергии?

Происходит ли при теплопроводности перенос вещества?

Особенности теплопроводности?

Примеры проявления в природе и применения человеком.

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.

Металлы,твердые тела ,жидкости и газы.

В результате взаимодействия частиц друг с другом.

Не происходит.

Лучшие проводники тепла-металлы,в вакууме теплопроводность не происходит.

У каждого ученика свой пример:мех животных,пористые материалы в строительстве…

ПУУД: обобщение

Работают в парах :обсуждат две пословицы:(слайд2)

1.За горячее железо не хватайся.Затем кузнец клещи кует ,чтобы рук не обжечь.

2.Наша изба неровного тепла.На печи тепло ,на полу холодно.

Отвечают на вопросы:

1.Что с точки зрения физики объединяют эти пословицы?

2.В чем различие с точки зрения физики явлений ,о которых говориться в пословицах?

Внуренняя энергия тел изменяется с помощью теплопередачи.

Способы передачи тепла –разные.

Кузнец-теплопроводность.

Изба-не знаем.

РУУД: оценка (выделение и осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения)

КУУД: умение выражать свои мысли, аргументировать своё мнение, разрешать конфликты, управлять поведением партнёров.

РУУД: выполнение пробного учебного действия, волевая саморегуляция в ситуации затруднения

ЛУУД: смыслообразование

Цель: зафиксировать во внешней речи место и причину затруднения

Мы не знаем новый вид теплопередачи.

РУУД: оценка (выделение и осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения), целеполагание.

ПУУД: определение основной и второстепенной информации

Цель: организовать постановку цели учебной деятельности, составление плана, выбор способа и средств её реализации

Какова будет цель нашего урока?

Какие шаги нужно сделать для достижения цели?

Тема урока «Конвекция».

КОНВЕКЦИЯ от лат. convectio — принесение – доставка(слайд 3)

Цель урока: изучить новый вид теплопередачи

План.

1. Формулировка (определение), выражающая суть явления.

2. Опытные факты, обнаруживающие данное явление.

3. Теория, объясняющая явление

4. Область использования данного явления на практике, его проявление в природе.

1.Экспериментально изучить новое явление.

2. Дать определение новому понятию.

3.Выяснить причины её возникновения.

4.Изучить виды данного способа теплопередачи.

5. Сделать вывод и заполнить таблицу.

6. Применить знания.

Каждый пункт плана на магните вывешивается на доску.

Тема урока –проговаривает учитель,т.к. дети не знают название нового вида теплопередачи.

Дети пишут в тетради число и тему урока.

РУУД: целеполагание

Работая индивидуально, в парах ,с учебником, в группах

КУУД: планирование сотрудничества

Критерии достижения цели: выполнили самостоятельную работу в конце урока на использование новых понятий.

РУУД: прогнозирование

5. Этап. Реализация построенного проекта

Цель: организовать реализацию построенного проекта в соответствии с планом, зафиксировать новый способ действия в знаках

Эксперимент: класс делиться на 6 групп лабораторий.

Интруктаж по ТБ:

1. Точно выполнять все указания учителя (преподавателя) при проведении работы, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.

   2. При работе со спиртовкой беречь одежду и волосы от воспламенения, не зажигать одну спиртовку от другой, не извлекать из горящей спиртовки горелку с фитилем, не задувать пламя спиртовки ртом, а гасить его, накрывая специальным колпачком.
   3.При нагревание жидкости в пробирке или колбе использовать специальные держатели (штативы), отверстие пробирки или горлышко колбы не направлять на себя и на своих товарищей, не наклоняться над сосудами и не заглядывать в них.
   4. Соблюдать осторожность при обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла, не бросать, не ронять и не ударять их.

1,4 группа-оборудование:вертушка из бумаги,свеча,отражатель.

2,5группа-оборудавание:штатив,муфта,кольцо,колба с водой,кусочек красящего вещества,свеча.

3,6группа-оборудование:штатив,лапка,муфта,уровновешенные весы,свеча,отражатель

Каждой группе выдается задание исследовать явление конвекции,результаты которых оформляются в ИКР группы(приложение2)

1.что наблюдали?

2.в каком агрегатном состоянии происходит теплопередача?

3.как вы осуществляли перенос энергии?

4.происходит ли перенос вещества?

5.особенности теплопередачи(почему не происходит конвекция в твердых телах)?

Проанализируйте результаты и попробуйте дать определения конвекции(в ИКР деформированный текст),сравните с текстом учебника.

Обсуждаем версии ответов каждой группы.

Работа в парах с текстом учебника:

Виды конвекции:естественная и вынужденная, ищут определение и примеры в тексте параграфа§5 (учебник Пёрышкин)(слайд 4)

Давайте посмотрим на наш план,все ли пункты мы выполнили,что ещё нам осталось?

Инструкции для каждой группы( приложение 1)

1,4 группа- установит вертушку на заостренном металлическом стержне. Снизу подносит зажженную свечу(спиртовку)( змейка начинает вращаться)

2,5группа-берет стеклянную колбу с водой, на дно опускает кристаллик красящего вещества и поставьте на огонь(свеча,спиртовка)

3 ,6группа- берёт учебные весы, закрепляет их на лапке штатива и уравновешивает. Поднесите снизу на расстояние 10-12 см горящую свечу(спиртовку). (весы выходят из равновесия).

Нагревание воды в колбе,нагревание воздуха под вертушкой

Жидкости и газы.

Струями жидкости и газа.

Происходит.

Работает сила Архимеда,данный вид теплопередачи основан на разности плотностей жидкости или газа при нагреве.
Например, вода, которая находится на дне (близко к нагревателю) имеет большую температуру, а, следовательно ,меньшую плотность чем более холодная вода у поверхности, а значит более тёплая вода снизу начинает «всплывать» и замещаться более тяжёлой холодной. по мере подъёма она будет остывать и снова тонуть, где опять будет нагреваться. То же самое происходит с газом.

Вид теплопередачи ,при котором энергия переносится струями жидкости или газа,называется конвекцией.

Чертим в тетради схему:

конвекция

естественная

Вынужденная

определение видов выписывают из учебника,приводят примеры видов.

Применить знания

КУУД: планирование учебного сотрудничества, управление поведением партнёра, умение выражать свои мысли

ПУУД: выявление идеи опыта, определение порядка проведения опыта, выбор наиболее эффективного способа

проведение опыта, проведение опыта,анализ результатов

ПУУД: установление причинно-следственных связей.

ПУУД: выявление идеи опыта, проведение эксперимента.

КУУД: учёт разных мнений, управление поведением партнёра, умение выражать свои мысли.

РУУД: планирование (алгоритмизация)

ПУУД: извлечение из текста информации, заданной в явном виде, сравнение.

.

6 этап. Первичное закрепление во внешней речи

Цель: организовать усвоение нового способа действий при решении типовых задач с проговариванием во внешней речи

Итак возвращаемся к эксперименту и пословице в начала урока. Объясните опыт и пословицу.

Надо научиться применять новые знания .

Любое вещество не в твердом агрегатном состоянии,при нагревании расширяется и становиться менее плотным,более нагретов вещество поднимается вверх,а менее нагретое опускается вниз,поэтому нагретые слои воды в 1 –ой пробирке не опускались вниз и лёд не таял,а во 2-ой пробирке нагреваемые слои поднимались вверх ,из-за чего лёд таял.

Плотность холодного воздуха больше ,поэтому он опускается вниз,следовательно на полу холодно,а теплый поднимается вверх из-за небольшой плотности.

РУУД: планирование

ПУУД: анализ, обобщение

7 этап. Самостоятельная работа с самопроверкой по эталону

Цель: организовать самостоятельное выполнение учащимися типовых заданий на новый способ действия, выявить качество и уровень усвоения знаний, установить причину выявленных недостатков

Что нужно сделать,чтобы убедиться что мы поняли новый материал?

Тест.( самопроверка)(слайд 5)

Самостоятельно выполнить задания на новый способ действия.

Ответы (слайд6)1-в

2-а

3-в

4-а

5-а

6-в

РУУД:планирование,контроль в форме сличения способа действий с заданным эталоном с целью обнаружения отклонений и отличий от эталона

8 этап. Включение в систему знаний и повторение

Цель: организовать отработку навыков использования нового содержания совместно с ранее изученным материалом

На слайде перед вами советы юного физика,дополните их и объясните:

1.Зимой я буду носить просторные сапоги,т.к.они… (слайд7)

2.Открываю духовку с готовящимися пирогами ,я буду стоять…(слайд8)

3.В сильный мороз лицо необходимо смазать жирным кремом,так как….(слайд9)

4.Если я захочу ,чтобы мой чай остыл быстрее,я….(слайд10)

1.Лучше защищают от мороза.Воздух плохо проводит тепло,в сапоге он является ещё одной прослойкой,которая задерживает тепло.

2.Сбоку и не буду смотреть сверху на них,т.к. можно получить ожог конвекционными потоками воздуха.

3.Жир обладает плохой теплопроводностью и защищает кожу от переохлаждения.

4.Помешаю его ложкой(вынужденная конвекция).

ПУУД: обобщение, построение логической цепи рассуждений

9 этап. Рефлексия учебной деятельности на уроке

Цель: зафиксировать новое содержание, изученное на уроке, организовать рефлексию и самооценку учениками собственной учебной деятельности

1. Что мы сегодня на уроке делали?

2. Подчеркните в табличке верные для вас утверждения

1.Экспериментально изучили и назвали новый способ теплопередачи

2. Дали определение новым понятиям.(конвекция,естественная ,вынужденная).

3. Сделали выводы и заполнили таблицу.

4. Применили знания в решении задач.

Подчёркивают в таблице

Активно работал.

Просто сидел.

Коротким

Длинным

Устал

Не устал

Мне помогала в открытии новых знаний

Отвлекала.

Всё понял

Понял частично.

Ничего не понял

РУУД: оценка (выявление о осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения).

РУУД: контроль в форме сличения деятельности на уроке с критериями формирующего оценивания

3. Домашнее задание: §5,сборник вопросов и задач А.А. Марон № 691,692,694,700(слайд11)

1. Петерсон Л.Г. Деятельностный метод обучения: образовательная система «Школа 2000…»/ Построение непрерывной сферы образования.- М.: АПК и ППРО. УМЦ «Школа 2000…», 2007.- 448 с.

2. Физика. 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений/А.В.Перышкин– М.: Дрофа, 2010. – 237.

3.Источник иллюстраций:

Приложение 1 (икр для групп):

Состав группы:

1.

2.

3.

4.

Таблица:

Определение конвекции:

жидкости вид при теплопередачи называется энергия, котором или переносится струями газа, конвекцией.

—————————————————————————————————————————————————————————

Приложение 2(инстукции для групп):

1,4 группа(опыт с вертушкой)

Оборудование:вертушка из бумаги,штатив,лапка,муфта,свеча,отражатель.

Цель:исследовать явление конвекции

Ход работы:

1.собрать установку как на рисунке

2.поджечь свечу.

3.наблюдаем вращение змейки.

4.заполняем ИКР группы

2,5 группа(опыт с колбой)

Оборудавание:штатив,муфта,кольцо,колба с водой,кусочек красящего вещества(марганцовка),свеча.

Цель:исследовать явление конвекции

Ход работы:

1.Собираем установку как на рисунке.

2.Кладем на дно колбы небольшой кусочек марганцовки.

3.Поджигаем спиртовку.

4.Наблюдаем как окрашенные потоки воды поднимаются вверх.

5.Заполняем ИКР группы.

3,6 группа(опыт с весами)

Оборудование:штатив,лапка,муфта,уровновешенные весы,свеча,отражатель.

Цель:исследовать явление конвекции

Ход работы:

1. Группа берёт учебные весы, закрепляет их на лапке штатива и уравновешивает.

2. Поджигают свечу.

3. Подносят снизу на расстояние 10-12 см к правой чаши весов горящую свечу

4. Наблюдаем ,что весы вышли из равновесия.

5. Заполняем ИКР группы.

Виды теплообмена | Физика

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Теплообмен может осуществляться по-разному. Различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.

1. Теплопроводность — это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части При теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела — переносится лишь энергия.

Обратимся к опыту. Закрепим в штативе толстую медную проволоку, а к проволоке прикрепим воском (или пластилином) несколько гвоздиков (рис. 63). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Причем сначала отпадают те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Объясняется это следующим образом.

Сначала увеличивается скорость движения тех частиц металла, которые ближе к пламени. Температура проволоки в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д., пока не прогреется вся проволока.

Различные вещества имеют разную теплопроводность: у одних она больше, у других — меньше. Из жизненного опыта известно, что если, например, взять какой-либо железный предмет (допустим, гвоздь) и начать нагревать его в огне, то долго удерживать его в руке мы не сможем. И наоборот, горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки. Это означает, что дерево обладает меньшей теплопроводностью, чем железо.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. У жидкостей (за исключением расплавленных металлов) теплопроводность невелика. У газов она еще меньше, так как молекулы их находятся сравнительно далеко друг от друга и передача энергии от одной частицы к другой затруднена.

Если теплопроводность различных веществ сравнить с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она примерно в 5 раз меньше, у воды — в 658 раз меньше, у пористого кирпича — в 840 раз меньше, у свежевыпавшего снега — почти в 4000 раз меньше, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти — почти в 10 ООО раз меньше, а у воздуха она примерно в 20 000 раз меньше.

Плохая теплопроводность шерсти, пуха и меха (обусловленная наличием между их волокнами воздуха) позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и тем самым защищаться от охлаждения. Защищает от холода и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, китов, моржей, тюленей и некоторых других животных.

2. Конвекция — это теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками (или струями) вещества.

Общеизвестно, например, что жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой ставят на огонь, радиаторы отопления помещают под окнами около пола. Случайно ли это?

Поместив руку над горячей плитой или над включенной лампой, мы почувствуем, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые струи воздуха. Эти струи могут даже вращать небольшую бумажную вертушку, помещенную над лампой (рис. 64). Откуда берутся эти струи?

Часть воздуха, которая соприкасается с плитой или лампой, нагревается и вследствие этого расширяется. Ее плотность становится меньше, чем у окружающей (более холодной) среды, и под действием архимедовой (выталкивающей) силы она начинает подниматься вверх. Ее место внизу заполняет холодный воздух. Через некоторое время, прогревшись, этот слой воздуха также поднимается вверх, уступая место следующей порции воздуха, и т. д. Это и есть конвекция.

Точно так же переносится энергия и при нагревании жидкости. Чтобы заметить перемещение слоев жидкости при нагревании, на дно стеклянной колбы с водой опускают кристаллик красящего вещества (например, перманганата калия) и колбу ставят на огонь. Через некоторое время нагретые нижние слои воды, окрашенные перманганатом калия в фиолетовый цвет, начинают подниматься вверх (рис. 65). На их место приходит холодная вода, которая, прогревшись, также начинает подниматься вверх, и т. д. Постепенно вся вода оказывается нагретой. Именно благодаря конвекции происходит нагревание воздуха и в наших жилых комнатах (рис. 66).

Будут ли прогреваться воздух и жидкость, если их нагревать не снизу, а сверху? Обратимся к опыту. Поместив в пробирку кусочек льда и придавив его гайкой или металлической сеточкой, нальем туда же холодную воду. Нагревая ее сверху, можно довести верхние слои воды до кипения (рис. 67), между тем как нижние слои воды останутся холодными (и даже лед там не растает). Объясняется это тем, что при таком способе нагревания конвекции не происходит. Нагретым слоям воды некуда подниматься: ведь они и так уже наверху. Нижние же (холодные) слои так и останутся внизу. Правда, вода может прогреться благодаря теплопроводности, однако она очень низкая, так что пришлось бы долго ждать, пока это произошло бы.

Точно так же можно объяснить, почему не прогревается воздух, находящийся в пробирке, которая изображена на рисунке 68. Горячим он становится лишь сверху, внизу же он остается холодным.

Опыты, изображенные на рисунках 67 и 68, показывают не только то, что жидкости и газы следует нагревать снизу, но и то, что у них очень плохая теплопроводность.

3. Лучистый теплообмен — это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами. Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

Так, например, сидя около камина или костра, мы чувствуем, как тепло передается от огня нашему телу. Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность (которая у воздуха, находящегося между пламенем и телом, очень мала), ни конвекция (так как конвекционные потоки всегда направлены вверх). Здесь имеет место третий вид теплообмена —лучистый теплообмен.

Возьмем теплоприемник — прибор, представляющий собой плоскую круглую коробочку, одна сторона которой отполирована, как зеркало, а другая покрыта черной матовой краской. Внутри коробочки находится воздух, который может выходить через специальное отверстие. Соединим теплоприемник с жидкостным манометром (рис. 69) и поднесем к теплоприемнику электрическую плитку или кусок металла, нагретый до высокой температуры. Мы заметим, что столбик жидкости в манометре переместится. Но это означает, что воздух в теплоприемнике нагрелся и расширился. Нагревание воздуха в теплоприемнике можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела. Каким образом передавалась эта энергия? Ясно, что не теплопроводностью, так как между нагретым телом и теплоприемником находится воздух, обладающий малой теплопроводностью. Не было здесь и конвекции: ведь теплоприемник расположен не над нагретым телом, а рядом с ним. Энергия в данном случае передавалась с помощью невидимых лучей, испускаемых нагретым телом. Эти лучи называют тепловым излучением.

С помощью теплового излучения (как видимого, так и невидимого) передается на Землю и солнечная энергия. Отличительной особенностью этого вида теплообмена является возможность осуществления через вакуум.

Тепловое излучение испускают все тела: электрическая плитка, лампа, земля, стакан с чаем, тело человека и т. д. Но у тел с низкой температурой оно слабое. И наоборот, чем выше температура тела, тем больше энергии оно передает путем излучения.

Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, то часть его отражается, а часть ими поглощается. При поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются.

Светлые и темные поверхности тел поглощают излучение по-разному. Если теплоприемник (см. рис. 69) повернуть к излучающему телу сначала черной, а затем блестящей поверхностью, то столбик жидкости в манометре в первом случае переместится на большее расстояние, чем во втором. Это показывает, что тело с темной поверхностью лучше поглощает энергию (и, следовательно, сильнее нагревается), чем тело со светлой или зеркальной поверхностью.

Тела с темной поверхностью не только лучше поглощают, но и лучше излучают энергию. Больше излучая, они и остывают быстрее. Например, в темном чайнике горячая вода остывает быстрее, чем в светлом.

Способность по-разному поглощать энергию излучения находит широкое применение в технике. Например, воздушные шары и крылья самолетов часто красят серебристой краской, чтобы они меньше нагревались солнечными лучами. Если же нужно использовать солнечную энергию (например, для нагревания некоторых приборов, установленных на искусственных спутниках), то эти устройства окрашивают в темный цвет.

1. Перечислите виды теплообмена. 2. Что такое теплопроводность? У каких тел она лучше, у каких хуже? 3. Как вы думаете, о чем свидетельствует опыт, изображенный на рисунке 70? 4. Что такое конвекция? 5. Почему жидкости и газы нагревают снизу? 6. Почему конвекция невозможна в твердых телах? 7. Какой вид теплообмена может осуществляться через вакуум? 8. Как устроен теплоприемник? 9. Какие тела лучше и какие хуже поглощают энергию теплового излучения? 10. Почему в светлом чайнике горячая вода дольше не остывает, чем в темном?

Экспериментальные задания. 1. Находясь дома, на улице или в транспорте, проверьте, какие предметы на ощупь кажутся более холодными. Что вы можете сказать об их теплопроводности? Составьте на основе своих наблюдений ряд из названий материалов в порядке возрастания их теплопроводности. 2. Включите электрическую лампу и поднесите к ней (не касаясь лампы) руку. Что вы чувствуете? Какой из видов теплообмена происходит в данном случае? 3. Греет ли шуба? Для выяснения этого возьмите термометр и, заметив его показание, закутайте в шубу. Спустя полчаса выньте его. Изменились ли показания термометра? Почему?

методов теплопередачи | Физика

Цель обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Обсудите различные методы теплопередачи.

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. Тем не менее, каждый процесс, связанный с передачей тепла, осуществляется всего тремя способами:

1. Проводимость — это передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте.(Материя неподвижна 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.Очевидный 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

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

Решение

• Электропроводность: тепло передается в руки, когда вы держите чашку горячего кофе.
• Конвекция: теплопередача, когда бариста «пропаривает» холодное молоко, чтобы сделать горячее какао .
• Радиация: разогрев чашки холодного кофе в микроволновой печи.

Сводка раздела

• 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 на поверхности, чтобы отвести тепловую энергию от ядра.Как это повлияет на человека, находящегося в горячей ванне с температурой 40 ° 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 предназначена для подавления всех способов теплопередачи.

4. Конструкция термоса разработана таким образом, чтобы препятствовать передаче тепла всеми способами.
5. На рисунке показан вид термоса в разрезе с обозначениями различных частей.

Глоссарий

теплопроводность: передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте

конвекция: передача тепла за счет макроскопического движения жидкости

излучение: теплопередача, возникающая при испускании или поглощении микроволн, инфракрасного излучения, видимого света или другого электромагнитного излучения

Теплообмен

Конвекция — это передача тепла за счет массового движения жидкости, такой как воздух или вода, когда нагретая жидкость перемещается от источника тепло, несущее с собой энергию.Возникает конвекция над горячей поверхностью потому что горячий воздух расширяется, становится менее плотным и поднимается вверх (см. Закон идеального газа). Горячая вода также менее плотная, чем холодная, и поднимается вверх, вызывая конвекционные токи, переносящие энергию. Конвекция также может приводить к циркуляции жидкости, как при нагревании кастрюли с водой над пламенем. Подогретая вода расширяется и становится более плавучей. Более холодная и более плотная вода у поверхности спускается вниз, и могут формироваться схемы циркуляции, хотя они не будут такими регулярными, как показано на рисунке. Конвекционные ячейки видны в нагретом кулинарном масле в кастрюле слева. Нагревание масла вызывает изменения показателя преломления масла, делая видимыми границы ячеек. Образуются паттерны циркуляции, и, предположительно, видимые стеноподобные структуры являются границами между паттернами циркуляции. Считается, что конвекция играет важную роль в транспортировке энергии от центра Солнца к поверхности и в перемещениях горячей магмы под поверхностью Земли.Видимая поверхность Солнца (фотосфера) имеет зернистый вид с типичным размером гранулы 1000 километров. Изображение справа взято с веб-сайта NASA Solar Physics и предоставлено Дж. Шармером и шведским вакуумным солнечным телескопом. Гранулы описываются как конвекционные ячейки, которые переносят тепло от внутренней части Солнца к поверхности. При обычном переносе тепла на Земле трудно количественно оценить эффекты конвекции, поскольку она по своей сути зависит от небольших неоднородностей в достаточно однородной среде.При моделировании таких вещей, как охлаждение человеческого тела, мы обычно просто объединяем его с проводимостью.

Индекс Концепции теплопередачи Примеры теплопередачи

Учебное пособие по физике

Если вы следовали инструкциям с самого начала этого урока, значит, вы постепенно усложняли понимание температуры и тепла. Вы должны разработать модель материи, состоящую из частиц, которые вибрируют (покачиваются в фиксированном положении), перемещаются (перемещаются из одного места в другое) и даже вращаются (вращаются вокруг воображаемой оси).Эти движения придают частицам кинетическую энергию. Температура — это мера среднего количества кинетической энергии, которой обладают частицы в образце вещества. Чем больше частицы вибрируют, перемещаются и вращаются, тем выше температура объекта. Мы надеемся, что вы приняли понимание тепла как потока энергии от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Разница температур между двумя соседними объектами вызывает эту теплопередачу. Передача тепла продолжается до тех пор, пока два объекта не достигнут теплового равновесия и не будут иметь одинаковую температуру.Обсуждение теплопередачи было построено вокруг некоторых повседневных примеров, таких как охлаждение горячей кружки кофе и нагревание холодной банки с попой. Наконец, мы исследовали мысленный эксперимент, в котором металлическая банка с горячей водой помещается в чашку из пенополистирола с холодной водой. Тепло передается от горячей воды к холодной до тех пор, пока оба образца не будут иметь одинаковую температуру.

Теперь мы должны ответить на некоторые из следующих вопросов:

• Что происходит на уровне частиц, когда энергия передается между двумя объектами?
• Почему всегда устанавливается тепловое равновесие, когда два объекта передают тепло?
• Как происходит теплопередача в объеме объекта?
• Существует более одного метода передачи тепла? Если да, то чем они похожи и чем отличаются друг от друга?

Проводимость — вид частиц

Давайте начнем наше обсуждение с возвращения к нашему мысленному эксперименту, в котором металлическая банка с горячей водой была помещена в чашку из пенополистирола с холодной водой.Тепло передается от горячей воды к холодной до тех пор, пока оба образца не будут иметь одинаковую температуру. В этом случае передачу тепла от горячей воды через металлическую банку к холодной воде иногда называют теплопроводностью. Кондуктивный тепловой поток подразумевает передачу тепла от одного места к другому при отсутствии какого-либо материального потока. Нет никаких физических или материальных движений из горячей воды в холодную. Только энергия передается от горячей воды к холодной.Кроме потери энергии, от горячей воды больше ничего не ускользнет. И кроме накопления энергии, в холодную воду больше ничего не попадает. Как это произошло? Каков механизм, который делает возможным теплопроводный поток?

Подобный вопрос относится к вопросу на уровне частиц. Чтобы понять ответ, мы должны думать о материи как о состоящей из крошечных частиц, атомов, молекул и ионов. Эти частицы находятся в постоянном движении; это дает им кинетическую энергию.Как упоминалось ранее в этом уроке, эти частицы перемещаются по всему пространству контейнера, сталкиваясь друг с другом и со стенками своего контейнера. Это называется поступательной кинетической энергией и является основной формой кинетической энергии для газов и жидкостей. Но эти частицы также могут колебаться в фиксированном положении. Это дает частицам кинетическую энергию колебаний и является основной формой кинетической энергии для твердых тел. Проще говоря, материя состоит из маленьких вигглеров и маленьких вздоров.Вигглеры — это частицы, колеблющиеся в фиксированном положении. Они обладают колебательной кинетической энергией. Удары — это те частицы, которые движутся через контейнер с поступательной кинетической энергией и сталкиваются со стенками контейнера.

Стенки контейнера представляют собой периметры образца вещества. Так же, как периметр вашей собственности (как и в случае с недвижимостью) является самым дальним продолжением собственности, так и периметр объекта является самым дальним продолжением частиц в образце материи.По периметру маленькие бомбы сталкиваются с частицами другого вещества — частицами контейнера или даже с окружающим воздухом. Даже вигглеры, закрепленные по периметру, трясутся. Находясь по периметру, их шевеление приводит к столкновениям с находящимися рядом частицами; это частицы контейнера или окружающего воздуха.

На этом периметре или границе столкновения маленьких бомберов и вигглеров являются упругими столкновениями, в которых сохраняется общее количество кинетической энергии всех сталкивающихся частиц.Конечный эффект этих упругих столкновений заключается в передаче кинетической энергии через границу частицам на противоположной стороне. Более энергичные частицы потеряют немного кинетической энергии, а менее энергичные частицы получат немного кинетической энергии. Температура — это мера среднего количества кинетической энергии, которой обладают частицы в образце вещества. Таким образом, в среднем в более высокотемпературном объекте больше частиц с большей кинетической энергией, чем в более низкотемпературном объекте.Поэтому, когда мы усредняем все столкновения вместе и применяем принципы, связанные с упругими столкновениями, к частицам в образце материи, логично сделать вывод, что объект с более высокой температурой потеряет некоторую кинетическую энергию, а объект с более низкой температурой получит некоторую кинетическую энергию. . Столкновения наших маленьких бомжей и вигглеров будут продолжать передавать энергию до тех пор, пока температуры двух объектов не станут одинаковыми. Когда это состояние теплового равновесия достигнуто, средняя кинетическая энергия частиц обоих объектов становится равной.При тепловом равновесии количество столкновений, приводящих к выигрышу в энергии, равно количеству столкновений, приводящих к потерям энергии. В среднем нет чистой передачи энергии в результате столкновений частиц по периметру.

На макроскопическом уровне тепло — это передача энергии от высокотемпературного объекта низкотемпературному объекту. На уровне частиц тепловой поток можно объяснить в терминах суммарного эффекта столкновений всей группы маленьких взрывных устройств .Нагревание и охлаждение — макроскопические результаты этого явления на уровне частиц. Теперь давайте применим этот вид частиц к сценарию металлической банки с горячей водой, расположенной внутри чашки из пенополистирола, содержащей холодную воду. В среднем частицы с наибольшей кинетической энергией — это частицы горячей воды. Будучи жидкостью, эти частицы движутся с поступательной кинетической энергией, и ударяется о частицы металлической банки. Когда частицы горячей воды ударяются о частицы металлической банки, они передают энергию металлической банке.Это нагревает металлическую банку. Большинство металлов являются хорошими проводниками тепла, поэтому они довольно быстро нагреваются по всей емкости. Канистра нагревается почти до той же температуры, что и горячая вода. Металлическая банка, будучи цельной, состоит из маленьких вигглеров . Вигглеры на внешнем периметре металла могут ударить частиц в холодной воде. Столкновения между частицами металлической банки и частицами холодной воды приводят к передаче энергии холодной воде.Это медленно нагревает холодную воду. Взаимодействие между частицами горячей воды, металлической банки и холодной воды приводит к передаче энергии наружу от горячей воды к холодной. Средняя кинетическая энергия частиц горячей воды постепенно уменьшается; средняя кинетическая энергия частиц холодной воды постепенно увеличивается; и, в конце концов, тепловое равновесие будет достигнуто в точке, где частицы горячей воды и холодной воды будут иметь одинаковую среднюю кинетическую энергию.На макроскопическом уровне можно наблюдать снижение температуры горячей воды и повышение температуры холодной воды.

Механизм, в котором тепло передается от одного объекта к другому посредством столкновения частиц, известен как теплопроводность. При проводке нет чистой передачи физического материала между объектами. Ничто материальное не движется через границу. Изменения температуры полностью объясняются увеличением и уменьшением кинетической энергии во время столкновений.

Проведение в объеме объекта

Мы обсудили, как тепло передается от одного объекта к другому посредством теплопроводности. Но как он проходит через большую часть объекта? Например, предположим, что мы достаем керамическую кружку для кофе из шкафа и ставим ее на столешницу. Кружка комнатной температуры — может быть, 26 ° C. Затем предположим, что мы наполняем керамическую кофейную кружку горячим кофе с температурой 80 ° C.Кружка быстро нагревается. Энергия сначала проникает в частицы на границе между горячим кофе и керамической кружкой. Но затем он течет через большую часть керамики ко всем частям керамической кружки. Как происходит теплопроводность самой керамики?

Механизм теплопередачи через объем керамической кружки описан так же, как и раньше. Керамическая кружка состоит из набора упорядоченных вигглеров. Это частицы, которые колеблются в фиксированном положении.Когда керамические частицы на границе между горячим кофе и кружкой нагреваются, они приобретают кинетическую энергию, которая намного выше, чем у их соседей. По мере того, как они покачиваются более энергично, они врезаются в своих соседей и увеличивают свою кинетическую энергию колебаний. Эти частицы, в свою очередь, начинают более энергично покачиваться, и их столкновения с соседями увеличивают их колебательную кинетическую энергию. Процесс передачи энергии посредством маленьких бэнгеров продолжается от частиц внутри кружки (в контакте с частицами кофе) к внешней стороне кружки (в контакте с окружающим воздухом).Вскоре вся кофейная кружка станет теплой, и ваша рука почувствует это.

Этот механизм проводимости за счет взаимодействия частиц с частицами очень распространен в керамических материалах, таких как кофейная кружка. То же самое работает с металлическими предметами? Например, вы, вероятно, заметили высокие температуры, достигаемые металлической ручкой сковороды, когда ее ставят на плиту. Горелки на плите передают тепло металлической сковороде. Если ручка сковороды металлическая, она тоже нагревается до высокой температуры, достаточно высокой, чтобы вызвать сильный ожог.Передача тепла от сковороды к ручке сковороды происходит за счет теплопроводности. Но в металлах механизм проводимости несколько сложнее. Подобно электропроводности, теплопроводность в металлах возникает за счет движения свободных электронов . Электроны внешней оболочки атомов металла распределяются между атомами и могут свободно перемещаться по всей массе металла. Эти электроны переносят энергию от сковороды к ручке сковороды. Детали этого механизма теплопроводности в металлах значительно сложнее, чем приведенное здесь обсуждение.Главное, чтобы понять, что передача тепла через металлы происходит без движения атомов от сковороды к ручке сковороды. Это квалифицирует передачу тепла как относящуюся к категории теплопроводности.

Теплообмен конвекцией

Является ли теплопроводность единственным средством передачи тепла? Может ли тепло передаваться через объем объекта другими способами, кроме теплопроводности? Ответ положительный. Модель теплопередачи через керамическую кофейную кружку и металлическую сковороду включает теплопроводность.Керамика кофейной кружки и металл сковороды твердые. Передача тепла через твердые тела происходит за счет теплопроводности. Это в первую очередь связано с тем, что твердые тела имеют упорядоченное расположение частиц, которые закреплены на месте. Жидкости и газы — не очень хорошие проводники тепла. На самом деле они считаются хорошими теплоизоляторами. Обычно тепло не проходит через жидкости и газы за счет теплопроводности. Жидкости и газы — это жидкости; их частицы не закреплены на месте; они перемещаются по большей части образца материи.Модель, используемая для объяснения передачи тепла через объем жидкостей и газов, включает конвекцию. Конвекция — это процесс передачи тепла от одного места к другому за счет движения жидкостей. Движущаяся жидкость несет с собой энергию. Жидкость течет из места с высокой температурой в место с низкой температурой.

Чтобы понять конвекцию в жидкостях, давайте рассмотрим передачу тепла через воду, которая нагревается в кастрюле на плите. Конечно, источником тепла является горелка печи.Металлический горшок, в котором находится вода, нагревается конфоркой печи. По мере того, как металл нагревается, он начинает передавать тепло воде. Вода на границе с металлическим поддоном становится горячей. Жидкости расширяются при нагревании и становятся менее плотными. По мере того, как вода на дне горшка становится горячей, ее плотность уменьшается. Разница в плотности воды между дном и верхом горшка приводит к постепенному образованию циркуляционных токов . Горячая вода начинает подниматься к верху кастрюли, вытесняя более холодную воду, которая была там изначально.А более холодная вода, которая была наверху горшка, движется к дну горшка, где она нагревается, и начинает подниматься. Эти циркуляционные токи медленно развиваются с течением времени, обеспечивая путь для нагретой воды для передачи энергии от дна горшка к поверхности.

Конвекция также объясняет, как электрический обогреватель, установленный на полу холодного помещения, нагревает воздух в помещении. Воздух, находящийся возле змеевиков нагревателя, нагревается. По мере того, как воздух нагревается, он расширяется, становится менее плотным и начинает подниматься.Когда горячий воздух поднимается, он выталкивает часть холодного воздуха в верхнюю часть комнаты. Холодный воздух движется в нижнюю часть комнаты, чтобы заменить поднявшийся горячий воздух. По мере того, как более холодный воздух приближается к обогревателю в нижней части комнаты, он нагревается обогревателем и начинает подниматься. Снова медленно образуются конвекционные токи. Воздух движется по этим путям, неся с собой энергию от обогревателя по всей комнате.

Конвекция — это основной метод передачи тепла в таких жидкостях, как вода и воздух.Часто говорят, что тепла поднимается на в этих ситуациях. Более подходящее объяснение — сказать, что нагретая жидкость поднимается на . Например, когда нагретый воздух поднимается от обогревателя на полу, он уносит с собой более энергичные частицы. По мере того как более энергичные частицы нагретого воздуха смешиваются с более холодным воздухом у потолка, средняя кинетическая энергия воздуха в верхней части комнаты увеличивается. Это увеличение средней кинетической энергии соответствует увеличению температуры.Конечным результатом подъема горячей жидкости является передача тепла из одного места в другое. Конвекционный метод передачи тепла всегда предполагает передачу тепла движением вещества. Это не следует путать с теорией калорийности, обсуждавшейся ранее в этом уроке. В теории калорийности тепло было жидкостью, а движущаяся жидкость — теплом. Наша модель конвекции рассматривает тепло как передачу энергии, которая является просто результатом движения более энергичных частиц.

Два обсуждаемых здесь примера конвекции — нагрев воды в кастрюле и нагрев воздуха в комнате — являются примерами естественной конвекции.Движущая сила циркуляции жидкости является естественной — разница в плотности между двумя местами в результате нагрева жидкости в каком-либо источнике. (Некоторые источники вводят понятие выталкивающих сил, чтобы объяснить, почему нагретые жидкости поднимаются. Мы не будем здесь приводить подобные объяснения.) Естественная конвекция является обычным явлением в природе. Океаны и атмосфера Земли нагреваются естественной конвекцией. В отличие от естественной конвекции, принудительная конвекция включает перемещение жидкости из одного места в другое с помощью вентиляторов, насосов и других устройств.Многие системы отопления дома включают принудительное воздушное отопление. Воздух нагревается в печи, выдувается вентиляторами через воздуховоды и выпускается в помещения в местах вентиляции. Это пример принудительной конвекции. Перемещение жидкости из горячего места (около печи) в прохладное (комнаты по всему дому) приводится в движение вентилятором. Некоторые духовки являются духовками с принудительной конвекцией; у них есть вентиляторы, которые нагнетают нагретый воздух от источника тепла в духовку. Некоторые камины увеличивают нагревательную способность огня, продувая нагретый воздух из каминного блока в соседнее помещение.Это еще один пример принудительной конвекции.

Теплообмен излучением

Последний метод передачи тепла включает излучение. Излучение — это передача тепла посредством электромагнитных волн. излучать означает рассылать или распространять из центра. Будь то свет, звук, волны, лучи, лепестки цветов, спицы колес или боль, если что-то излучает , то оно выступает или распространяется наружу из источника.Передача тепла излучением включает перенос энергии от источника к окружающему его пространству. Энергия переносится электромагнитными волнами и не связана с движением или взаимодействием материи. Тепловое излучение может происходить через материю или через область пространства, лишенную материи (то есть вакуум). Фактически, тепло, получаемое на Землю от Солнца, является результатом распространения электромагнитных волн через пустоту пространства между Землей и Солнцем.

Все объекты излучают энергию в виде электромагнитных волн. Скорость, с которой эта энергия высвобождается, пропорциональна температуре Кельвина (T), возведенной в четвертую степень.

Мощность излучения = k • T ⁴

Чем горячее объект, тем больше он излучает. Солнце явно излучает больше энергии, чем горячая кружка кофе. Температура также влияет на длину и частоту излучаемых волн. Объекты при обычной комнатной температуре излучают энергию в виде инфракрасных волн.Поскольку мы невидимы для человеческого глаза, мы не видим эту форму излучения. Инфракрасная камера способна обнаружить такое излучение. Возможно, вы видели тепловые фотографии или видеозаписи излучения, окружающего человека или животное, или горячую кружку кофе, или Землю. Энергия, излучаемая объектом, обычно представляет собой набор или диапазон длин волн. Обычно его называют спектром излучения . По мере увеличения температуры объекта длины волн в спектрах испускаемого излучения также уменьшаются.Более горячие объекты, как правило, излучают более коротковолновое и более высокочастотное излучение. Катушки электрического тостера значительно горячее комнатной температуры и излучают электромагнитное излучение в видимой области спектра. К счастью, это обеспечивает удобное предупреждение для пользователей о том, что катушки горячие. Вольфрамовая нить накаливания излучает электромагнитное излучение в видимом (и за его пределами) диапазоне. Это излучение не только позволяет нам видеть, но и нагревает стеклянную колбу, в которой находится нить накала.Поднесите руку к лампочке (не касаясь ее), и вы также почувствуете излучение лампочки.

Тепловое излучение — это форма передачи тепла, поскольку электромагнитное излучение, испускаемое источником, переносит энергию от источника к окружающим (или удаленным) объектам. Эта энергия поглощается этими объектами, вызывая увеличение средней кинетической энергии их частиц и повышение температуры. В этом смысле энергия передается из одного места в другое посредством электромагнитного излучения.Изображение справа было получено тепловизором. Камера обнаруживает излучение, испускаемое объектами, и представляет его с помощью цветной фотографии. Более горячие цветов представляют области объектов, которые излучают тепловое излучение с большей интенсивностью. (Изображения любезно предоставлены Питером Льюисом и Крисом Уэстом из SLAC Стэндфорда.)

Наше обсуждение на этой странице относилось к различным методам теплопередачи. Были описаны и проиллюстрированы проводимость, конвекция и излучение.Макроскопия была объяснена с точки зрения частиц — постоянная цель этой главы Учебного пособия по физике. Последняя тема, которую мы обсудим в Уроке 1, носит более количественный характер. На следующей странице мы исследуем математику, связанную со скоростью теплопередачи.

Проверьте свое понимание

1. Рассмотрим объект A с температурой 65 ° C и объект B с температурой 15 ° C.Два объекта помещаются рядом друг с другом, и маленькие бомбы начинают сталкиваться. Приведет ли какое-либо столкновение к передаче энергии от объекта B к объекту A? Объяснять.

2. Предположим, что объект A и объект B (из предыдущей задачи) достигли теплового равновесия. Столкнулись ли частицы двух объектов друг с другом? Если да, то приводит ли какое-либо столкновение к передаче энергии между двумя объектами? Объяснять.

13 примеров конвекции в повседневной жизни — StudiousGuy

Конвекция относится к процессу передачи тепла или энергии через жидкость (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 прохладным воздухом, в результате чего получается «Морской бриз.«Ночью земля остынет сильнее. Однако воздух над морской водой теплый и поэтому поднимается вверх. Когда этот воздух поднимается, он заменяется холодным воздухом с суши, который обычно называют «сухопутным бризом».

2. Кипяток

Конвекция вступает в игру 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 также 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? Знаете ли вы, 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 капельки теплой 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

• бесплатная онлайн-частная пилотная наземная школа.com
• subrogationrecoverylawblog.com
• flowvella.com
• bestheating.com
• 3.bp.blogspot.com
• i5.walmartimages.ca
• cradle-cfd.com
• slideplayer.com
• images-na.ssl-images-amazon.com
• inabottle.it
• icestories.exploratorium.edu
• ffden-2.phys.uaf.edu

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

Тепло — это тепловая энергия.Его можно переносить с одного места на другое по проводимости .

Металлы — хорошие проводники тепла, но неметаллы и газы, как правило, плохие проводники. Плохие проводники называют изоляторами.

Тепловая энергия передается от горячего конца объекта к холодному.

Проводимость в металлах

Электроны в куске металла могут покидать свои атомы и перемещаться по металлу как свободные электроны. Оставшиеся части атомов металла теперь являются положительно заряженными ионами металлов.

Ионы плотно упакованы и непрерывно колеблются. Чем горячее металл, тем большую кинетическую энергию имеют эти колебания. Эта кинетическая энергия передается от горячих частей металла к более холодным частям свободными электронами.

Они движутся через структуру металла, сталкиваясь с ионами на своем пути.

Электропроводность в металле

Металлический стержень нагревается

Тепло возбуждает атомы, и вибрация увеличивается

Вибрация распространяется по всему металлу, нагревая весь стержень

Исследование проводников

Можно использовать эксперимент, чтобы выяснить, что металл — лучший проводник тепла.Он включает в себя несколько длинных тонких полос из разных металлов (например, стали, алюминия и меди), воск, канцелярские кнопки и горелку Бунзена.

Метод:

1. Прикрепите канцелярский штифт к концу металлической полосы с помощью капель воска.
2. Поместите другой конец металлической полосы в пламя Бунзена.
3. Запишите время, необходимое для плавления воска и отпадания булавки.

Самое быстрое время показывает лучший проводник тепла.

Переменные, которые влияют на время, необходимое для падения булавок, включают расстояние, на котором они находятся от пламени, и толщину металла.

Если вы контролировали все эти переменные, вы должны обнаружить, что медь проводит лучше, чем алюминий, а алюминий — лучше, чем сталь.

Convection Current Experiment —

* Этот пост содержит партнерские ссылки.

Конвекция — это один из трех основных типов теплопередачи. Два других — это излучение и проводимость. Конвекция — это передача тепла за счет движения нагретых частиц в область более холодных частиц. При зажигании спички может возникнуть конвекция.Воздух непосредственно над зажженной спичкой всегда горячее, чем воздух вокруг нее.

Эта разница в температуре вокруг спички вызвана воздействием тепла на плотность воздуха. Горячий воздух менее плотен, чем холодный, и поднимается вверх, оставляя более холодный воздух внизу. Когда теплый воздух поднимается, образуется модель движения воздуха, называемая конвекционным потоком. Мы можем видеть эти конвекционные потоки в воздухе и в воде.

Соответствующий пост — Ресурсы для изучения погоды

Конвекционные токи в атмосфере влияют на нашу погоду.Подъем теплого воздуха и падение плотного прохладного воздуха вызывают наши ветры. Когда теплый влажный воздух поднимается вверх и смешивается с холодным, атмосфера становится нестабильной. Это вызывает грозы.

Гольфстрим у восточного побережья Штатов является конвекционным течением. Он несет теплую воду из тропиков вверх по восточному побережью на север в сторону холодных арктических вод.

Создайте свой собственный ток конвекции

Тепло влияет также на плотность воды.Вы можете создать свой собственный конвекционный поток с водой, который позволит вам увидеть потоки, вызванные разницей плотности воды при разных температурах.

Принадлежности:

Процедура:

1. Смешайте воду и пищевой краситель и налейте окрашенную воду в поддон для кубиков льда. Этот эксперимент лучше всего работает, если вода очень темного цвета.
2. Поместите поддон для кубиков льда в морозильную камеру, пока он не станет твердым.
3. Наполните прозрачный стакан теплой водой.
4. Добавьте один кубик льда в стакан с водой.
5. Посмотрите, что происходит.

Что происходит?

Теплая вода растопит кубик льда, но полученная вода будет очень холодной. Эта холодная густая вода опустится на дно стакана. Вы можете видеть это, потому что талая вода из кубика льда будет любого цвета, который вы сделали для кубика льда.

По мере того, как вода нагревается, она поднимается до верхней части стакана. Цветная вода позволит вам увидеть конвекционный поток в стакане.

Попробуйте этот простой эксперимент дома!

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 формируются

Разница температур заставляет частицы двигаться, создавая ток.В газах и плазме разница температур также приводит к участкам с более высокой и более 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:

• Плотность
• Поверхностное натяжение
• Разница концентраций
• Электромагнитные поля
• Вибрации
• Образование связи между молекулами

Конвекционные 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 кастрюли.
• 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. Затененные 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 пламя 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 течения 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.
• Конвекционные токи очевидны на солнце. Гранулы, видимые в фотосфере солнца, являются вершинами конвективных ячеек. В случае Солнца и других звезд жидкость — это плазма, а не жидкость или газ.

.