Опыты с конвекцией: Подборка опытов к теме «Виды теплопередачи» (УМК любой, ФГОС)

Содержание

Подборка опытов к теме «Виды теплопередачи» (УМК любой, ФГОС)

Опыты по теме «Виды теплопередачи»

1. Возьмите учебные весы и уравновесьте их. Поднесите горящую спичку под чашку весов снизу на расстоянии 10—12 см.
Почему они выходят из равновесия?
Оказывается, при горении спички возникают восходящие конвекционные потоки, которые вызывают подъем чашки.

2. Как можно нарушить равновесие учебных весов с помощью горящей свечи и с помощью льда, не прикасаясь к чашам весов? Объяснить получившийся результат. Какой вид теплопередачи используется?

     Решение: горящую свечу надо подержать под чашей весов, а лед — над  чашей. Теплый воздух над свечой, расширяясь, поднимается вверх и нарушает равновесие весов. Холодный воздух тяжелее теплого и опускается вниз, нарушая равновесие весов. Вид теплопередачи — конвекция.

    3. Фронтальный опыт «Виды теплопередачи»

      Оборудование : стакан с горячей водой, термометр.

      Ход опыта: 

      а) Измеряют температуру воздуха в непосредственной близости обоснования стакана, сбоку и дают ответ на вопрос: «Какой вид теплопередачи имеет место при таком измерении»?

      Ответ: Излучение, т.к. между термометром и стаканом имеется воздух, обладающий плохой теплопроводностью, и теплопроводности быть не может. Конвекция же происходит снизу вверх.

      б) температуру воздуха над стаканом, на расстоянии около 5 см. дают обоснованный ответ на вопрос: «Какой вид теплопередачи имеет место в данном случае»?

      Ответ: Конвекция, т.к. тепло от горячей воды передается потоками воздуха снизу вверх.

      в) измеряют температуру воды в стакане и дают ответ на вопрос: «Какой вид теплопередачи имеет место в данном случае»?

      Ответ: Теплопроводность, т.к. теплопередача происходит при непосредственном контакте.

      4. Конвекция в жидкостях. На столе два стакана с горячей водой, один стоит на льду, а на крышке другого лежит лед. Учащиеся объясняют, в каком стакане вода остынет быстрее.

      5. Греет ли шуба?

        Нам понадобятся:

        Кусочки льда, шуба (или другая теплая одежда), фольга, полиэтиленовый пакет, бумага, ткань.

        Ход эксперимента:

        Если льдинку положить в шубу, она растает быстрее? Попробуйте, и убедитесь сами: возьмите два кусочка льда, положите их в пластиковые пакеты (чтобы тающая вода не замочила шубу). Один из них заверните в шубу, другой оставьте лежать на открытом воздухе (это будет контрольный экземпляр). И наблюдайте, что с ними происходит. Когда лед на открытом воздухе уже заметно подтает, разверните шубу — вы увидите, что льдинка в ней тает гораздо медленнее. У нас льдинка на воздухе растаяла полностью  за полчаса, а льдинка, «одетая в шубу», сохранялась в течение 3 часов!

        Опыт можно продолжить: заверните лед в разные материалы (полиэтилен, газету, фольгу, ткань) и проверьте — в каких лед тает быстрее, а в каких медленнее. Сделайте выводы о теплопроводности этих материалов.

         Здесь можно найти еще 9 опытов со льдом и водой http://www.tavika.ru/2013/12/ice-experiment-part-1.html

        Детские, но очень познавательные!

        6. Тяга. Зажгите стеариновую свечу, накройте ее стеклянной цилиндрической трубкой. При этом пламя уменьшается и может погаснуть. Почему?

          Если трубку приподнять, то свеча горит ярче. Почему?
          Когда горящую свечу накрывают стеклянной цилиндрической трубкой, доступ кислорода к свече ухудшается и ее пламя уменьшается.

          При подъеме трубки улучшается доступ кислорода к горящей свече, улучшается тяга.

          Еще несколько опытов на конвекцию http://class- fizika.spb.ru/index.php/opit/678-op-konv

          7. Де­мон­стра­ция яв­ле­ния кон­век­ции в воз­ду­хе. Для на­гляд­но­го на­блю­де­ния кон­век­ции в воз­ду­хе возь­мем све­тиль­ник из 4 све­чей и кры­лат­ки, ко­то­рая может сво­бод­но вра­щать­ся, рас­по­ло­жен­ной ввер­ху. За­жжем все свечи и сразу же по­лу­чим воз­мож­ность на­блю­дать вра­ще­ние уста­нов­лен­ной на све­тиль­ник кры­лат­ки. По­че­му так про­ис­хо­дит? Воз­дух на­гре­ва­ет­ся пла­ме­нем каж­дой свечи и рас­ши­ря­ет­ся, вслед­ствие этого умень­ша­ет­ся его плот­ность, и по за­ко­ну Ар­хи­ме­да он на­чи­на­ет под­ни­мать­ся вверх и вра­щать вер­туш­ку. При этом, хо­лод­ный воз­дух, рас­по­ло­жен­ный во­круг, опус­ка­ет­ся, за­ни­мая место на­гре­то­го, на­гре­ва­ет­ся сам и под­ни­ма­ет­ся, об­ра­зуя так на­зы­ва­е­мые кон­век­тив­ные по­то­ки. Таким об­ра­зом, мы можем на­блю­дать яв­ле­ние кон­век­ции в воз­ду­хе для ис­сле­ду­е­мо­го све­тиль­ни­ка.

            Ин­те­рес­но то, что при ту­ше­нии све­чек по оче­ре­ди, ско­рость вра­ще­ния кры­лат­ки по­сте­пен­но умень­ша­ет­ся, т. к. умень­ша­ет­ся объем цир­ку­ли­ру­ю­ще­го воз­ду­ха, и мы можем на­блю­дать, что яв­ле­ние кон­век­ции может быть раз­лич­ным по своей эф­фек­тив­но­сти в за­ви­си­мо­сти от усло­вий про­ве­де­ния опыта.

            Ана­ло­гич­но более про­стой экс­пе­ри­мент можно про­ве­сти и прак­ти­че­ски без до­пол­ни­тель­но­го обо­ру­до­ва­ния, имея толь­ко ка­ран­даш и вы­ре­зан­ные бу­маж­ные ло­па­сти (см. рис.).

            8.

            9. Конвекция холодной и горячей воды, очень красочный видеоопыт!

               

              10. Конвекция горячей воды. Возьмите большую стеклянную банку с широким горлышком и заполните ее чистой холодной водой. В другой небольшой (чтобы проходил через горло большой банки) керамический сосуд налейте очень горячей подкрашенной обычными красками или марганцовкой (зеленкой) воды. Закрыв пальцем горлышко маленького сосуда, опустите его на дно большой банки с водой.

                Струйки горячей подкрашенной жидкости, извиваясь, начнут подниматься к поверхности. Вы будете наблюдать явление конвекции в жидкости, когда более легкая горячая жидкости, перемешиваясь с холодной водой, устремится вверх.

                11. Проведите исследование конвекционных потоков в одной из комнат своей квартиры. В качестве индикаторов воздушных потоков используйте горящую свечу. Нарисуйте схему движения потоков. Дополните исследование измерением температуры.

                12. Яркий опыт на теплопроводность. В одном шарике вода, в другом нет. https://www.youtube.com/watch?v=I-o3HpggQTM

                  13. Соревнование банок (теплопроводность). Завернули каждую банку в один из материалов (газету, носок, пленку). Закрепили материалы скотчем. Наполнили все банки ледяной водой. Вода простояла в морозилке около 1,5 часов. Температура воды была 0 С. Замерять температуру воды в каждой банке мы не стали, так как замерили один раз в общей емкости, а потом перелили по баночкам. Закрыли банки крышками и засекли время. Через 7 минут измерили температуру воды в каждой банке. В банках, завернутых в газету и носок температура была 5 С, а в пупырчатой пленке 6,5 С. Еще через 30 минут провели замер температуры. В банках в бумажной и носочной обертке было 9 С, а в пленочной 10,5 С. Если честно не очень вдохновили нас эти замеры — разница не значительная. На будущее можно поискать материал, который будет еще лучше сохранять холод (фольга, шерстяная шапка, вата, а может быть…). Здесь надо экспериментировать!

                    14. Опыт с ложками.

                      Возьмите две чайные ложки: одну серебряную, другую из никелевого сплава. Прикрепите к ним каплями стеарина скрепки для бумаг. Вложите ложки в стакан, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Налейте в стакан кипяток. Ложки нагреются. У серебряной ложки стеарин расплавится, и скрепка отпадет. У другой ложки скрепка или совсем не отпадет, или отпадет позже, когда ложка нагреется сильнее.

                      15. Опыт с монетой.

                        Различные вещества по-разному проводят тепло. Это хорошо видно из небольшого опыта.

                        Приложите к кусочку дерева монету и оберните их белой бумагой. Поднесите все это на короткое время к пламени свечи так, чтобы пламя только коснулось места, где над бумагой находится монета. Старайтесь не дать бумаге загореться. Но бумага все же успела обуглиться, и обуглилась она вокруг монеты.

                        Там же, где была сама монета, остался не тронутый огнем белый кружок. Металл монеты, как хороший теплопроводный материал, отобрал на себя жар пламени и предохранил бумагу от обгорания.

                        16. Опыт «Теплопроводность пористых тел». Распушите небольшой комок ваты и оберните им шарик термометра.

                          Теперь подержите некоторое время термометр на определенном расстоянии от какого-нибудь нагревателя и заметьте, как поднялась температура. Затем тот же комок ваты сожмите и туго обмотайте им шарик термометра и снова поднесите к лампе. Во втором случае ртуть поднимется гораздо быстрее.

                          Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!

                          17. Несгораемая нитка, бумага и полиэтилен.

                            18. Излучение.

                              Берем стакан, имеющий грани. Грани стакана изнутри заклеиваем полосками белой и черной бумаги. В стакане устанавливаем свечку так, чтобы она стояла в центре стакана (отцентрировать можно с помощью кружков картона с отверстием в центре). К каждой полоске бумаги приклеиваем пластилином шляпки кнопок. Фитиль свечки должен немного не доходить до края стакана. После того, как свечка будет зажжена наблюдаем, что с черных полосок начнут отлетать кнопки. Опыт иллюстрирует, что белый цвет отражает падающие на него лучи, а черный их поглощает, поэтому черные грани и нагрелись быстрее и кнопки от них отклеились в первую очередь.

                              Исследовательская работа «теплопроводность». Методическая разработка демонстрационного эксперимента «Количество теплоты и теплоемкость» опыты и эксперименты по физике (8 класс) на тему Oпыт по физике на теплопроводность

                              Вариант 1. Оборудование: Пробирка с водой и спиртовка.

                              Для демонстрации плохой теплопроводности жидкости в пробирку на ¾ объема наливают воды. Держа пробирку в руках под небольшим углом над пламенем спиртовки, нагревают воду у открытого конца (рис. 130). Показывают, что вода здесь быстро закипает, однако внизу большого нагрева не ощущается.

                              Рис. 130 Рис. 2.105 Рис. 131

                              Опыт 4. Теплопроводность газов

                              Вариант 1 . Оборудование: две пробирки, две пробки, два стержня, два шарика, спиртовка, штатив, подвес.

                              Плохую теплопроводность воздуха демонстрируют с помощью двух одинаковых пробирок, закрытых пробками, через которые пропущены короткие стержни. К концам стержней прикрепляют пластилином или парафином стальные шарики (рис. 131). Про­бирки над спиртовкой располагают так, чтобы в одной из них про­исходила конвекция, а в другой теплопроводность воздуха. Замечают, что в одной пробирке ша­рик быстро отпадает от стержня.

                              Вариант 2. См. рис. 2.105

                              Опыт 5. Конвекция жидкостей

                              Вариант 1. Оборудование: прибор для демонстрации конвекции жидкости, марганцовокислый калий, спиртовка, штатив.

                              Прибор, представляющий собой замкнутую стеклянную трубку (рис. 132), укрепляют в лапке штатива. (Лучше подвесить, чем зажимать трубку в нижней части, ибо в последнем случае больше вероятности разрушить стекло.) Через верхнее отверстие любого колена трубку наполняют водой так, чтобы по всему замкнутому пути внутри трубки не было пузырьков воздуха.

                              При выполнении опыта в ложечку с сеткой помещают кристаллики марганцовокислого калия и oпускают ее в колено (можно одновременно опустить две ложечки с кристалликами марганцовокислого калия в оба колена). Затем к нижней части этого колена подносят спиртовку и наблюдают конвекцию.


                              Рис. 132 Рис. 133

                              Опыт 6. Конвекция газов

                              Вариант 1. Оборудование: спиртовка, спички, бумажная змейка, металлическое острие.

                              Для демонстрации конвекции газа изготовляют бумажную змейку, которая вращается в потоке восходящего горячего воздуха, идущего от спиртовки или электроплитки (рис. 133). (При установке змейки на острие нельзя прокалывать бумагу.)

                              Опыт 7. Нагревание излучением

                              Вариант 1. Оборудование: теплоприемник, манометр открытый демонстрацион­ный, настольная лампа (или электроплитка).

                              Теплоприемник, соединенный трубкой с демонстрационным мано­метром (см. рис. 123), укрепляют в штативе напротив излучателя. В качестве излучающего тела можно взять электроплитку, сосуд с горячей водой и пр. К нему сбоку подносят теплоприемник темной стороной и наблюдают за показаниями манометра в тече­ние 1-2 мин.

                              Затем поворачивают теплоприемник блестящей по­верхностью к лампе, расположенной на том же расстоянии от теплоприемника, и в течение того же времени следят за показанием манометра. Делают вывод.

                              Во второй серии опытов накал лампы (или расстояние до излучателя) уменьшают и вновь наб­людают изменение показаний манометра в прежних условиях. Делают вывод.

                              Вариант 2. См. Рис. 2.99; 2.101.

                              Вопрос. В каком случае изменение показаний жидкостного манометра

                              происходит быстрее, если теплопередатчик и теплоприемник обращены друг к другу блестящими поверхностями или если они об­ращены друг к другу зачерненными поверхностями?



                              Рис. 123 Рис. 2.101 Рис. 2.99

                              Разделы: Физика

                              Целью работы является обобщение экспериментальных заданий, проведенных учащимися 8 – го класса в домашних условиях при изучении различных видов теплообмена.

                              Задачи:

                              1. Изучить дополнительную литературу по теме «Виды теплообмена».
                              2. Провести экспериментальные работы в домашних условиях.
                              3. Проанализировать и обобщить результаты экспериментов. Соотнести свои результаты с выводами, предложенными в учебнике.
                              4. Привести дополнительные примеры из жизни (не включая материалы из учебного материала).
                              5. Разработать рекомендации «Полезные советы» с применением выводов темы «Виды теплообмена».

                              I. Эксперименты по теплопроводности.

                              1. В стеклянный и алюминиевый стаканы одинаковой массы и одинаковой емкости одновременно налейте одинаковое количество горячей воды. Прикосновение рукой к стаканам покажет, что алюминиевый стакан прогревается быстрее, это происходит потому, что теплопроводность алюминия выше, чем теплопроводность стекла.
                              2. Налейте чай в алюминиевую и фарфоровую кружки. Когда будем пить чай из алюминиевой кружки, то мы сильнее обожжем губы, чем из фарфоровой, так как, когда мы касаемся губами кружки и охлаждаем тем самым некоторый ее участок, большее количество теплоты от горячего чая передается губам через алюминиевую кружку, так как теплопроводность алюминия выше, чем у фарфора.
                              3. На деревянный цилиндр или брусок накалываем ряд кнопок (можно их них изобразить какую-нибудь фигуру). Оборачиваем брусок или цилиндр одним слоем бумаги и помещаем в пламя свечи на непродолжительное время. Происходит неравномерное обугливание бумаги, меньше в тех местах, где бумага касается кнопок, из-за того, что теплопроводность металла выше, чем у дерева.
                              4. Комнатный термометр заворачиваем в шубу и проверяем, меняются ли его показания через некоторое время. Это конечно не происходит, продемонстрировав этот эксперимент родителям, объясняем, почему же не греет шуба. (Шуба сама не может греть, так как сама не является источником энергии, она лишь является теплоизолятором, не давая зимой нам мёрзнуть, к тому же между телом человека и шубой находится воздушная прослойка).

                              Для того, чтобы лучше понять суть явления теплопроводности, нужно объяснить следующие явления:

                              а) почему металлические предметы кажутся холоднее, чем деревянные, при одной и той же температуре?

                              Ответ: Дерево имеет плохую теплопроводность, поэтому, когда мы прикасаемся к деревянному предмету, нагревается лишь небольшой участок тела под рукой. Металл же обладает хорошей теплопроводностью, поэтому при контакте с рукой нагревается гораздо больший участок. Это приводит к большему теплоотводу от руки и ее охлаждению.

                              б) почему ручки кранов и баков с горячей водой делают деревянными или пластмассовыми?

                              Ответ: дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью.

                              в) обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания?

                              Ответ: Пористый кирпич в своих порах содержит воздух, который обладает плохой теплопроводностью, поэтому он обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания.

                              г) применяется ли воздух как строительный материал?

                              Ответ: Да, применяется, ведь пеноматериалы, пористый кирпич, стекловата содержат воздух, имеющий плохую теплопроводность.

                              е) в зависимости от того, какой объем занимают поры пенопласта, плотность его различна. Зависит ли теплопроводность пенопласта от его плотности?

                              Ответ: Чем меньше плотность пенопласта, тем больше пор, которые занимает воздух, обладающий плохой теплопроводностью. Следовательно, чем меньше плотность пенопласта, тем меньше его теплопроводность.

                              ж) зачем вставляют двойные рамы?

                              з) почему птицы чаще замерзают на лету?

                              Ответ:

                              В мороз птицы сидят нахохлившись, что создает вокруг их тела воздушную оболочку. При полете воздух у тела птицы все время меняется, отнимая тепло.

                              II. Эксперименты по конвекции.

                              1. Охлаждение кастрюли с горячей жидкостью проводилось двумя способами: 1 — кастрюля ставилась на лед и 2 — лед помещался на кастрюлю.
                                Во втором случае охлаждение происходило быстрее. Объясняется это следующим. Когда мы кладем лед на кастрюлю, верхние слои охлаждаются и становятся тяжелее, в результате они опускаются вниз. На их место приходят более нагретые слои жидкости. Таким образом, в результате конвекции происходит охлаждение жидкости. Во втором случае конвекция не будет происходить, т.к. охлаждение будет происходить снизу, и холодные слои подняться вверх не могут, процесс охлаждения будет проходить медленно, перемешивание жидкости не происходит. Таким образом, мы можем предложить родителям охлаждать любые продукты сверху: класть их не на лед, а поверх льда, ведь они охлаждаются не столько льдом, сколько холодным воздухом, который опускается вниз.
                              2. Определялась скорость естественного перемешивания воды в двух случаях: 1 — холодную воду наливают в горячую и 2 — горячую воду наливают в холодную. Для этого эксперимента необходим секундомер или часы с секундной стрелкой и термометр. Объемы холодной и горячей воды необходимо взять равными. Термометром контролируется установившаяся температура, а по секундомеру или часам — время. Скорость выравнивания температур будет выше когда будет наливать холодную воду в горячую, так как горячая вода будет подниматься вверх, а холодная — опускаться вниз. Таким образом, перемешивание будет происходить быстро и равномерно. Значит и температура выровняется быстрее.
                              3. Зажженная свеча накрывается стеклянной цилиндрической трубкой, при этом пламя уменьшается и может погаснуть, т.к. горение происходит при наличии кислорода, а в данном опыте конвекционные явления происходить не могут, притока воздуха нет. Если трубку приподнять, то свеча загорит ярче. Если же трубку не поднимать, а опустить в нее бумажную перегородку, не доходящую до пламени, то оно увеличится. В этом случае вдоль бумаги будет опускаться холодный воздух, вытесняя нагретый, в котором кислорода мало, тем самым, увеличивая приток кислорода к пламени.
                              4. В стихотворении А.С.Пушкина «Кавказ» есть такие строки: «Орел, с отдаленной поднявшись вершины, парит неподвижно со мной наравне». Явление, что крупные птицы могут парить в воздухе, держась на одной высоте, не взмахивая крыльями, объясняется тем, что нагретый у земли воздух поднимается на значительную высоту, эти теплые потоки и удерживают птицу с распростертыми крыльями в воздухе.

                              Кроме этих экспериментальных заданий были получены ответы на вопросы:

                              а) почему дует от плотно закрытого окна в холодное время?

                              Ответ: Стекло имеет более низкую температуру, чем температура в комнате. Воздух, находящийся вблизи стекла охлаждается и опускается вниз, как более плотный, затем нагревается у батареи и вновь перемещается по комнате. Это перемещение воздуха и ощущается вблизи окна.

                              б) где лучше предусмотреть расположение форточки?

                              Ответ: форточку лучше располагать в верхней части окна. Теплый воздух более легкий, он располагается в верхней части комнаты, ему на смену будет приходить более холодный воздух с улицы. При таком расположении форточки будет осуществляться более быстрое проветривание комнаты.

                              в) когда тяга в трубе лучше — зимой или летом?

                              Ответ: тяга будет лучше зимой, когда разница между температурой воздуха, нагретого в трубе и наружного — будет больше, тогда перепад давления вверху и внизу трубы будет существенней.

                              г) какую роль играет конвекция при нагревании воды в чайнике?

                              Ответ: нагретые слои воды, как более легкие, поднимаются вверх, уступая место холодным. Таким образом, за счет перемещения конвекционных потоков происходит нагрев всей воды в чайнике.

                              д) почему выше ламп накаливания чернеет абажур или потолок?

                              Ответ: От ламп накаливания поднимаются конвекционные потоки воздуха, увлекающие за собой частички пыли, которые затем оседают на абажуре или потолке.

                              е) почему листья осины колеблются даже в безветренную погоду?

                              Ответ: по сравнению с другими деревьями, у листьев осины длинные и тонкие черенки. Над землей имеются вертикальные конвекционные потоки даже в безветренную погоду. Благодаря своему строению, листья осины чувствительны к любым, даже незначительным колебаниям воздуха.

                              ж) можно ли с помощью вентилятора сохранить мороженое?

                              Ответ: Нет, нельзя, т. к. поток воздуха, идущий от вентилятора будет все время уносить холодный воздух, образующийся вокруг мороженого, тем самым, ускоряя процесс обмена воздуха, и мороженое будет таять быстрее.

                              з) какие природные явления происходят за счет конвекции?

                              Ответ: ветры, дующие в земной атмосфере; существование теплых и холодных морских течений, процессы горообразования.

                              III. Эксперименты по излучению.

                              1. Берем стакан, имеющий грани. Грани стакана изнутри заклеиваем полосками белой и черной бумаги. В стакане устанавливаем свечку так, чтобы она стояла в центре стакана (отцентрировать можно с помощью кружков картона с отверстием в центре). К каждой полоске бумаги приклеиваем пластилином шляпки кнопок. Фитиль свечки должен немного не доходить до края стакана. После того, как свечка будет зажжена наблюдаем, что с черных полосок начнут отлетать кнопки. Опыт иллюстрирует, что белый цвет отражает падающие на него лучи, а черный их поглощает, поэтому черные грани и нагрелись быстрее и кнопки от них отклеились в первую очередь.

                              Для понимания этого явления были получены ответы на следующие вопросы:

                              а) почему снег в городе тает быстрее, чем за городом?

                              Ответ: снег в городе более грязный, поэтому он лучше поглощает энергию и тает

                              б) в каком из двух сосудов закипит быстрее вода в светлом или закопченном?

                              Ответ: В закопченном, т. к. эта поверхность будет лучше поглощать энергию.

                              в) почему колбу термоса делают зеркальной?

                              Ответ: чтобы исключить нагрев лучистой энергией.

                              IV. Полезные советы.

                              1. Охлаждение продуктов происходит быстрее, если источник холода разместить вверху, а не внизу.
                              2. Для быстрейшего охлаждения кофе или чая нужно наливать холодное молоко в горячий напиток.
                              3. Оконные рамы нужно закрыть более плотно как изнутри, так и снаружи. Тогда потери тепла будут меньше.
                              4. В сильный мороз под шубу лучше одеть не один толстый свитер, а «многослойную» одежду.
                              5. Если нужно быстро растопить снег или лед, его необходимо посыпать темным порошком или золой.
                              6. В жаркое время года лучше носить светлую одежду.
                              7. Безопаснее использовать фарфоровые кружки, чем алюминиевые.

                              Заключение.

                              Явления, с которыми мы постоянно сталкиваемся в быту, изучались не только на уроке, но и дома, где учащиеся могли продемонстрировать их родителям. Эти эксперименты, вопросы помогли лучше усвоить тему «Виды теплопередачи». Анализ результатов позволил предложить «Полезные советы» Необходимо отметить, что все экспериментальные работы необходимо проводить очень аккуратно, с соблюдением техники безопасности.

                              Литература.

                              1. А.А.Перышкин. Физика. учебник для 8 класса. Дрофа, М. 2004
                              2. Кл. Э. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Наука, М. 1986
                              3. А.В. Аганов, Р.К. Сафиуллин, А.И. Скворцов, Д.А. Таюрский. Физика вокруг нас. «Дом педагогики», М. 1998
                              4. Физика. Самостоятельные и контрольные работы по физике для 8 класса. «Илекса», М. 2006
                              5. Ю.Г.Павленко. Начала физики. «Экзамен», М. 2005
                              1

                              1 г. Морозовск, Филиал Университетского казачьего кадетского корпуса-интерната ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)», 8/1 взвод

                              Мосина О.В. (г. Морозовск, Филиал Университетского казачьего кадетского корпуса-интерната ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (Первый казачий университет)»)

                              Перышкин А.В. Физика 8 класс. – М.: Дрофа, 2012.

                              Блудов М.И. Беседы по физике часть 1. – М.: Просвещение, 1984.

                              URL: http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm.

                              URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %A2 %D0 %B5 %D0 %BF %D0 %BB %D0 %BE %D0 %BF %D1 %80 %D0 %BE %D0 %B2 %D0 %BE %D0 %B4 %D0 %BD %D0 %BE %D1 %81 %D1 %82 %D1 %8C.

                              Проект разработан в соответствии со стандартом среднего общего образования по физике. При написании данного проекта рассмотрено изучение тепловых явлений, применение их в быту и технике. Помимо теоретического материала большое внимание уделено исследовательской работе — это опыты, которые отвечают на вопросы «Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела», «Одинаковая ли теплопроводность различных веществ», «Почему струи теплого воздуха или жидкости поднимаются вверх», «Почему тела с темной поверхностью нагреваются сильнее»; поиск и обработка информации, фотографий.

                              Время работы над проектом: 1 — 1,5 месяца.

                              Цели проекта:

                              • практическая реализация имеющихся у школьников знаний о тепловых явлениях;
                              • формирование навыков самостоятельной исследовательской деятельности;
                              • развитие познавательных интересов;
                              • развитие логического и технического мышлений;
                              • развитие способностей к самостоятельному приобретению новых знаний по физике в соответствии с жизненными потребностями и интересами;

                              Основная часть

                              Теоретическая часть

                              В жизни мы действительно ежедневно встречаемся с тепловыми явлениями. Однако не всегда мы задумываемся, что эти явления можно объяснить, если хорошо знать физику. На уроках физики мы познакомились со способами изменения внутренней энергии: теплопередачей и совершением работы над телом или самим телом.

                              При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не сравняются (не наступит тепловое равновесие). При этом механическая работа не совершается. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей. При теплопередаче энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Обратный процесс самопроизвольно (сам по себе) никогда не происходит, т.е. теплообмен необратим. Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе: эволюцию звезд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и др. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

                              Теплопроводностью называется явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

                              Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды.

                              При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

                              Практическая часть

                              Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

                              Взяли различные предметы: одну алюминевую ложку, другую деревянную, третью — пластмассовую, четвертую — из нержавеющего сплава, а пятую — серебряную. Прикрепили к каждой ложке каплями меда скрепки для бумаг. Вложили ложки в стакан с горячей водой, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Ложки нагреются, и по мере нагревания мед будет плавиться и скрепки отпадут.

                              Конечно, ложки должны быть одинаковые по форме и размеру. Где нагревание произойдет быстрее, тот металл лучше проводит тепло, более теплопроводен. Для этого опыта я взял стакан с кипятком и четыре вида ложек: алюминиевую, серебряную, пластмассовую и нержавеющую. Я опускал их по одной в стакан и засекал время: за сколько минут она нагреется. Вот, что у меня получилось:

                              Вывод: ложки, изготовленные из дерева и пластмасса, греются дольше, чем ложки из металла, значит, металлы обладают хорошей теплопроводностью.

                              Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.

                              Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность

                              Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

                              Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. На штативе горизонтально закреплён стержень. На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска металлические гвоздики.

                              К краю стержня подносят свечу. Поскольку край стержня нагревается, то постепенно стержень прогревается. Когда тепло доходит до места крепления гвоздиков со стержнем, стеарин плавится, и гвоздик падает. Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.

                              Различные металлы обладают различной теплопроводностью. В физическом кабинете есть прибор, с помощью которого мы можем убедиться в том, что различные металлы обладают разной теплопроводностью. Однако, в домашних условиях мы смогли в этом убедиться с помощью самодельного прибора.

                              Прибор для показа различной теплопроводности твердых веществ.

                              Мы изготовили прибор для показа различной теплопроводности твердых тел. Для этого использовали пустую банку из алюминиевой фольги, два резиновых кольца (самодельные), три отрезка проволоки из алюминия, меди и железа, плитку, горячую воду, 3 фигурки человечков с поднятыми вверх руками, вырезанные из бумаги.

                              Порядок изготовления прибора:

                              1. проволоки изогнуть в виде буквы «Г»;

                              2. укрепить их с внешней стороны банки при помощи резиновых колец;

                              3. подвесить к горизонтальным частям проволочных отрезков (посредством расплавленного парафина или пластилина) бумажных человечков.

                              Проверка действия прибора. Налить в банку горячей воды (при необходимости подогреть банку с водой на электрической плитке) и наблюдать, какая фигурка упадет первой, второй, третьей.

                              Результаты. Упадет первой фигурка, закрепленная на медной проволоке, вторая — на алюминиевой, третья — на стальной.

                              Вывод. Разные твердые вещества обладают различной теплопроводностью.

                              Теплопроводность у различных веществ различна.

                              Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и станем нагревать её верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется. Значит, у жидкостей теплопроводность невелика.

                              Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх. Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.

                              Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, снег и другие пористые тела.

                              Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. А воздух — плохой теплопроводник.

                              Так под снегом сохраняется зеленая трава, озимые сохраняются от вымерзания.

                              Распушил небольшой комок ваты и обернул им шарик термометра.

                              Теперь подержал некоторое время термометр на определенном расстоянии от пламени и заметил, как поднялась температура. Затем тот же комок ваты сжал и туго обмотал им шарик термометра и снова поднес к лампе. Во втором случае ртуть поднимется гораздо быстрее.

                              Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!

                              Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки делают из пластмассы или дерева.

                              Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.

                              Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

                              Заключение

                              У различных веществ различная теплопроводность.

                              Большой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы), меньшей — жидкости, и плохой — газы.

                              Теплопроводность различных веществ мы можем использовать в быту, технике и природе.

                              Явление теплопроводности присуще всем веществам, независимо от того, в каком агрегатном состоянии они находятся.

                              Теперь без затруднения я смогу ответить и объяснить с физической точки зрения на вопросы:

                              1. Почему птицы в холодную погоду распушают свои перья?

                              (Между перьями находится воздух, а воздух плохой проводник тепла).

                              2. Почему шерстяная одежда лучше предохраняет от холода, чем синтетическая?

                              (Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло).

                              3. Почему зимой, когда погода холодная, кошки спят, свернувшись в клубок? (Свернувшись в клубок, они уменьшают площадь поверхности, отдающей тепло).

                              4. Зачем ручки паяльников, утюгов, сковородок, кастрюль делают из дерева или пластмассы? (Дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью, поэтому при нагревании металлических предметов мы, держась за деревянную или пластмассовую ручку, не будем обжигать руки).

                              5. Зачем кусты теплолюбивых растений и кустов на зиму укрывают опилками?

                              (Опилки являются плохими проводниками тепла. Поэтому растения укрывают опилками, чтобы они не замёрзли).

                              6. Какие сапоги лучше защищают от мороза: тесные или просторные?

                              (Просторные, так как воздух плохо проводит тепло, он является ещё одной прослойкой в сапоге, которая сохраняет тепло).

                              Библиографическая ссылка

                              Беляевский И.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 1. – С. 72-76;
                              URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=143 (дата обращения: 02.03.2020).
                              Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей Дмитриев Александр Станиславович

                              Теплопроводность

                              Для опыта нам потребуются: алюминиевая ложка или кусок толстой медной проволоки, деревянная ложка или обычный карандаш, чашка с кипятком.

                              Знаешь ли ты, мой уважаемый читатель, почему баню или сауну изнутри обшивают деревом? Более того, если дерево для лавки прибивают гвоздями, то шляпки гвоздей забивают так, чтобы они были ниже поверхности дерева. Зачем это делают?

                              Представим себе, что в парилке, где температура достигает 110 градусов (а иногда и выше!), один из гвоздей немного выскочил наружу и голой кожей вы коснулись металла. Немедленно возникнет ощущение боли, и небольшой ожог обеспечен. Но как же так, ведь температура поверхности дерева и температура поверхности гвоздя должны быть одинаковыми!

                              Действительно, температура поверхности и металла, и дерева в одном и том же помещении одинаковая. Дело в том, что температура – это еще не самое главное. Есть такое понятие, как теплопроводность.

                              Что это означает? Это означает то, как вещество, из которого состоит предмет, пропускает (проводит) через себя тепло. Тепло можно представить себе как невидимую воду, текущую через все предметы. Есть только одно правило, которому эта «вода» – или тепло – подчиняется. Тепло всегда перетекает от более теплого тела к более холодному.

                              Именно поэтому было время, когда ученые думали, что наш мир через много-много лет ожидает «тепловая смерть». Ведь если все теплые тела отдадут тепло более холодным, нагревая их, то настанет такой момент, когда все тела станут одинаковой температуры. И все процессы, все движение, все реакции (например, переваривание пищи в желудке) станут невозможными. Мир как бы будет остановлен. (На самом деле, во-первых, до этого еще так далеко, что и нам, и нашим прапрапрапрапраправнукам эта опасность не грозит. Во-вторых, ученые потом подумали получше и поняли, что вселенная может оказаться бесконечной и тогда «тепловая смерть» не наступит.)

                              Итак, разные тела проводят тепло по-разному. Очень хорошо проводят тепло металлы. Металлы для тепла – как широкие речки, по ним тепло быстро и далеко течет.

                              Если начать охлаждать (или нагревать) любую часть металлического предмета, то очень быстро тепло распространяется на весь предмет (или весь предмет охлаждается). Кстати, если металл охладить до невероятно низкой температуры, то у металла начинают проявляться просто фантастические свойства. Например, пущенный по металлу ток будет бежать вечно, никогда не ослабляясь. В обычных проводах ток потихонечку слабеет с расстоянием и через несколько тысяч километров может почти совсем исчезнуть. (Ток, как и тепло, лучше всего поначалу представлять в виде воды. Вода в реке быстрее течет у истока и медленнее – у устья.)

                              Другие материалы проводят тепло хуже и отдают тепло только с поверхности. Дерево, например, почти вообще не проводит тепло. Это уже не «речка», а плотина какая-то! Чем хуже проводит тепло материал, тем лучше им защищаться от холода (или жары). Например, обычный жир очень плохо проводит тепло (у него низкая теплопроводность, как сказали бы физики). Поэтому все теплокровные животные, живущие в холодных морях или на севере, такие жирные. Тюлень, белый медведь, каланы, морские львы и котики – посмотрите на них: жировой слой с его плохой теплопроводностью служит им скафандром, одеялом, укутывающим их с ног до головы. Проведем простой опыт. Для него нам понадобятся две ложки: деревянная и алюминиевая. Если у тебя не найдется в доме деревянной ложки, возьми деревянную палочку или обычный карандаш. Вместо алюминиевой ложки можно взять кусок толстой медной проволоки. Вскипяти чайник и налей кипятка в обычную чашку. Теперь возьми в одну руку деревянную ложку (карандаш), а в другую – алюминиевую (кусок проволоки) и опусти обе в кипяток. Некоторое время ты можешь размешивать кипяток и той и другой ложкой. Но скоро металл придется бросить – он сильно нагревается.

                              Теперь нам ясно, как отличаются вещества по теплопроводности. Ведь температура воды в чашке одна и та же, а тепло, бегущее по опущенным в воду предметам, передается по-разному. Еще можно представить, что если тепло – это невидимая жидкость, то металл – это удобный шланг, по которому жидкость бежит быстро. А дерево, пластмасса – это губка, которая, хоть и впитывает тепло, но медленно и отдает неохотно.

                              И нам становится ясно, почему в бане (сауне) гвозди забивают глубоко, чтобы не торчали шляпки наружу. Это все из-за теплопроводности!

                              Практический совет: никогда не дотрагивайся языком до железных предметов на морозе. Жидкость, которая содержится на языке, с такой скоростью отдает свое тепло металлу (ведь у металла хорошая теплопроводность!), что мгновенно превращается в лед, и язык прочно пристывает, примерзает к металлу. Но уж если такое произошло, надо чтобы кто-нибудь налил большую кружку теплой воды и лил на металл и язык. Когда металл в этом месте нагреется, лед растает и язык отлипнет от металла сам.


                              Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.
                              Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом. Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью. Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность. Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем. Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.
                              Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому. Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах. Исследуем теплопроводность газов.
                              Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Следовательно, теплопроводность у газов еще меньше. Итак, теплопроводность у различных веществ различна. Опыт, изображенный на рисунке 9, показывает, что теплопроводность у различных металлов неодинакова. Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).

                              Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может. Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют помещения от охлаждения.

                              Домашние эксперименты и задания при изучении темы «Виды теплопередачи»

                              Целью работы является обобщение экспериментальных заданий, проведенных учащимися 8 – го класса в домашних условиях при изучении различных видов теплообмена.

                              Задачи:

                              1. Изучить дополнительную литературу по теме «Виды теплообмена».
                              2. Провести экспериментальные работы в домашних условиях.
                              3. Проанализировать и обобщить результаты экспериментов. Соотнести свои результаты с выводами, предложенными в учебнике.
                              4. Привести дополнительные примеры из жизни (не включая материалы из учебного материала).
                              5. Разработать рекомендации «Полезные советы» с применением выводов темы «Виды теплообмена».

                              I. Эксперименты по теплопроводности.

                              1. В стеклянный и алюминиевый стаканы одинаковой массы и одинаковой емкости одновременно налейте одинаковое количество горячей воды. Прикосновение рукой к стаканам покажет, что алюминиевый стакан прогревается быстрее, это происходит потому, что теплопроводность алюминия выше, чем теплопроводность стекла.
                              2. Налейте чай в алюминиевую и фарфоровую кружки. Когда будем пить чай из алюминиевой кружки, то мы сильнее обожжем губы, чем из фарфоровой, так как, когда мы касаемся губами кружки и охлаждаем тем самым некоторый ее участок, большее количество теплоты от горячего чая передается губам через алюминиевую кружку, так как теплопроводность алюминия выше, чем у фарфора.
                              3. На деревянный цилиндр или брусок накалываем ряд кнопок (можно их них изобразить какую-нибудь фигуру). Оборачиваем брусок или цилиндр одним слоем бумаги и помещаем в пламя свечи на непродолжительное время. Происходит неравномерное обугливание бумаги, меньше в тех местах, где бумага касается кнопок, из-за того, что теплопроводность металла выше, чем у дерева.
                              4. Комнатный термометр заворачиваем в шубу и проверяем, меняются ли его показания через некоторое время. Это конечно не происходит, продемонстрировав этот эксперимент родителям, объясняем, почему же не греет шуба. (Шуба сама не может греть, так как сама не является источником энергии, она лишь является теплоизолятором, не давая зимой нам мёрзнуть, к тому же между телом человека и шубой находится воздушная прослойка).

                              Для того, чтобы лучше понять суть явления теплопроводности, нужно объяснить следующие явления:

                              а) почему металлические предметы кажутся холоднее, чем деревянные, при одной и той же температуре?

                              Ответ: Дерево имеет плохую теплопроводность, поэтому, когда мы прикасаемся к деревянному предмету, нагревается лишь небольшой участок тела под рукой. Металл же обладает хорошей теплопроводностью, поэтому при контакте с рукой нагревается гораздо больший участок. Это приводит к большему теплоотводу от руки и ее охлаждению.

                              б) почему ручки кранов и баков с горячей водой делают деревянными или пластмассовыми?

                              Ответ: дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью.

                              в) обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания?

                              Ответ: Пористый кирпич в своих порах содержит воздух, который обладает плохой теплопроводностью, поэтому он обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания.

                              г) применяется ли воздух как строительный материал?

                              Ответ: Да, применяется, ведь пеноматериалы, пористый кирпич, стекловата содержат воздух, имеющий плохую теплопроводность.

                              е) в зависимости от того, какой объем занимают поры пенопласта, плотность его различна. Зависит ли теплопроводность пенопласта от его плотности?

                              Ответ: Чем меньше плотность пенопласта, тем больше пор, которые занимает воздух , обладающий плохой теплопроводностью. Следовательно, чем меньше плотность пенопласта, тем меньше его теплопроводность.

                              ж) зачем вставляют двойные рамы?

                              з) почему птицы чаще замерзают на лету?

                              Ответ: В мороз птицы сидят нахохлившись, что создает вокруг их тела воздушную оболочку. При полете воздух у тела птицы все время меняется, отнимая тепло.

                              II.  Эксперименты по конвекции.

                              1. Охлаждение кастрюли с горячей жидкостью проводилось двумя способами: 1 — кастрюля ставилась на лед и 2 — лед помещался на кастрюлю.
                                Во втором случае охлаждение происходило быстрее. Объясняется это следующим. Когда мы кладем лед на кастрюлю, верхние слои охлаждаются и становятся тяжелее, в результате они опускаются вниз. На их место приходят более нагретые слои жидкости. Таким образом, в результате конвекции происходит охлаждение жидкости. Во втором случае конвекция не будет происходить, т.к. охлаждение будет происходить снизу, и холодные слои подняться вверх не могут, процесс охлаждения будет проходить медленно, перемешивание жидкости не происходит. Таким образом, мы можем предложить родителям охлаждать любые продукты сверху: класть их не на лед, а поверх льда, ведь они охлаждаются не столько льдом, сколько холодным воздухом, который опускается вниз.
                              2. Определялась скорость естественного перемешивания воды в двух случаях: 1 — холодную воду наливают в горячую и 2 — горячую воду наливают в холодную. Для этого эксперимента необходим секундомер или часы с секундной стрелкой и термометр. Объемы холодной и горячей воды необходимо взять равными. Термометром контролируется установившаяся температура, а по секундомеру или часам — время. Скорость выравнивания температур будет выше когда будет наливать холодную воду в горячую, так как горячая вода будет подниматься вверх, а холодная - опускаться вниз. Таким образом, перемешивание будет происходить быстро и равномерно. Значит и температура выровняется быстрее.
                              3. Зажженная свеча накрывается стеклянной цилиндрической трубкой, при этом пламя уменьшается и может погаснуть, т.к. горение происходит при наличии кислорода, а в данном опыте конвекционные явления происходить не могут, притока воздуха нет. Если трубку приподнять, то свеча загорит ярче. Если же трубку не поднимать, а опустить в нее бумажную перегородку, не доходящую до пламени, то оно увеличится. В этом случае вдоль бумаги будет опускаться холодный воздух, вытесняя нагретый, в котором кислорода мало, тем самым, увеличивая приток кислорода к пламени.
                              4. В стихотворении А. С.Пушкина «Кавказ» есть такие строки: «Орел, с отдаленной поднявшись вершины, парит неподвижно со мной наравне». Явление, что крупные птицы могут парить в воздухе, держась на одной высоте, не взмахивая крыльями, объясняется тем, что нагретый у земли воздух поднимается на значительную высоту, эти теплые потоки и удерживают птицу с распростертыми крыльями в воздухе.

                              Кроме этих экспериментальных заданий были получены ответы на вопросы:

                              а) почему дует от плотно закрытого окна в холодное время?

                              Ответ: Стекло имеет более низкую температуру, чем температура в комнате. Воздух, находящийся вблизи стекла охлаждается и опускается вниз, как более плотный, затем нагревается у батареи и вновь перемещается по комнате. Это перемещение воздуха и ощущается вблизи окна.

                              б) где лучше предусмотреть расположение форточки?

                              Ответ: форточку лучше располагать в верхней части окна. Теплый воздух более легкий, он располагается в верхней части комнаты, ему на смену будет приходить более холодный воздух с улицы. При таком расположении форточки будет осуществляться более быстрое проветривание комнаты.

                              в) когда тяга в трубе лучше — зимой или летом?

                              Ответ: тяга будет лучше зимой, когда разница между температурой воздуха, нагретого в трубе и наружного — будет больше, тогда перепад давления вверху и внизу трубы будет существенней.

                              г) какую роль играет конвекция при нагревании воды в чайнике?

                              Ответ: нагретые слои воды, как более легкие, поднимаются вверх, уступая место холодным. Таким образом, за счет перемещения конвекционных потоков происходит нагрев всей воды в чайнике.

                              д) почему выше ламп накаливания чернеет абажур или потолок?

                              Ответ: От ламп накаливания поднимаются конвекционные потоки воздуха, увлекающие за собой частички пыли, которые затем оседают на абажуре или потолке.

                              е) почему листья осины колеблются даже в безветренную погоду?

                              Ответ: по сравнению с другими деревьями, у листьев осины длинные и тонкие черенки. Над землей имеются вертикальные конвекционные потоки даже в безветренную погоду. Благодаря своему строению, листья осины чувствительны к любым, даже незначительным колебаниям воздуха.

                              ж) можно ли с помощью вентилятора сохранить мороженое?

                              Ответ: Нет, нельзя, т. к. поток воздуха, идущий от вентилятора будет все время уносить холодный воздух, образующийся вокруг мороженого, тем самым, ускоряя процесс обмена воздуха, и мороженое будет таять быстрее.

                              з) какие природные явления происходят за счет конвекции?

                              Ответ: ветры, дующие в земной атмосфере; существование теплых и холодных морских течений, процессы горообразования.

                              III. Эксперименты по излучению.

                              1. Берем стакан, имеющий грани. Грани стакана изнутри заклеиваем полосками белой и черной бумаги. В стакане устанавливаем свечку так, чтобы она стояла в центре стакана (отцентрировать можно с помощью кружков картона с отверстием в центре). К каждой полоске бумаги приклеиваем пластилином шляпки кнопок. Фитиль свечки должен немного не доходить до края стакана. После того, как свечка будет зажжена наблюдаем, что с черных полосок начнут отлетать кнопки. Опыт иллюстрирует, что белый цвет отражает падающие на него лучи, а черный их поглощает, поэтому черные грани и нагрелись быстрее и кнопки от них отклеились в первую очередь.

                              Для понимания этого явления были получены ответы на следующие вопросы:

                              а) почему снег в городе тает быстрее, чем за городом?

                              Ответ: снег в городе более грязный, поэтому он лучше поглощает энергию и тает

                              б) в каком из двух сосудов закипит быстрее вода в светлом или закопченном?

                              Ответ: В закопченном, т. к. эта поверхность будет лучше поглощать энергию.

                              в) почему колбу термоса делают зеркальной?

                              Ответ: чтобы исключить нагрев лучистой энергией.

                              IV. Полезные советы.

                              1. Охлаждение продуктов происходит быстрее, если источник холода разместить вверху, а не внизу.
                              2. Для быстрейшего охлаждения кофе или чая нужно наливать холодное молоко в горячий напиток.
                              3. Оконные рамы нужно закрыть более плотно как изнутри, так и снаружи. Тогда потери тепла будут меньше.
                              4. В сильный мороз под шубу лучше одеть не один толстый свитер, а «многослойную» одежду.
                              5. Если нужно быстро растопить снег или лед, его необходимо посыпать темным порошком или золой.
                              6. В жаркое время года лучше носить светлую одежду.
                              7. Безопаснее использовать фарфоровые кружки, чем алюминиевые.

                              Заключение.

                              Явления, с которыми мы постоянно сталкиваемся в быту, изучались не только на уроке, но и дома, где учащиеся могли продемонстрировать их родителям. Эти эксперименты, вопросы помогли лучше усвоить тему «Виды теплопередачи». Анализ результатов позволил предложить «Полезные советы» Необходимо отметить , что все экспериментальные работы необходимо проводить очень аккуратно, с соблюдением техники безопасности.

                              Литература.

                              1. А.А.Перышкин. Физика. учебник для 8 класса. Дрофа, М. 2004
                              2. Кл. Э. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Наука, М. 1986
                              3. А.В. Аганов, Р.К. Сафиуллин, А.И. Скворцов, Д.А. Таюрский. Физика вокруг нас. «Дом педагогики», М. 1998
                              4. Физика. Самостоятельные и контрольные работы по физике для 8 класса. «Илекса», М. 2006
                              5. Ю.Г.Павленко. Начала физики. «Экзамен», М. 2005

                              Готовимся к сдаче устного экзамена по физике: Билет №2.

                              Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. Опыты, иллюстрирующие эти явления. Объяснение этих явлений на основе знаний о молекулярном строении вещества. Их учет и использование в быту.

                              Теплопроводность

                              При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим => внутренняя энергия может быть передана от одних тел к другим,   от одной части тела к другой. Например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью. Если внести в огонь конец деревянной палки, то он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью. Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем. Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

                              Выясним, как происходит передача энергии по телу. Скорость колебательного движения частиц тела увеличивается в той его части, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части тела и т. д.

                              При теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому. Если взять пробирку с водой и нагревать ее верхнюю часть, то вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется => у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах. Если сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх , то палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Следовательно, теплопроводность у газов еще меньше. Итак, теплопроводность у различных веществ различна. Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаи­модействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет час­тиц, теплопроводность осуществляться не может. Если возникает необходимость предохранить тело от охлажде­ния или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют помещения от охлаждения. Помещая руку над горячей плитой или над горящей электриче­ской лампочкой, можно почувствовать, что над ними поднимаются теплые струи воздуха. Воздух, соприкасаясь с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, которая действует на теплый воздух. В результате нагретый воздух «всплывает», поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух. Такие же явления мы наблюдаем и при нагревании жидкости снизу. Нагретые слои жидкости — менее плотные и поэтому более легкие — вытесняются вверх более тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь нагрева­ются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается. Конвекция – явление переноса энергия самими струями газа или жидкости. В отапливаемой комнате благодаря конвекции поток теплого воздуха поднимается вверх, а холодного опускается вниз. Поэтому у потолка воздух всегда теплее, чем вблизи пола.

                              Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную. Так нагревание жидкости, а также воздуха в комнате являются примерами естественной конвекции. Вынужденная конвекция наблюдается, если перемешивать жидкость мешалкой, ложкой, насосом и т. д.

                              Для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу. Конвекция в твердых телах происходить не может. Частицы в твердых телах колеблются около определенной точки, удерживаемые сильным взаимным притяжением. В связи с этим при нагревании твердых тел в них не могут образовываться потоки вещества. Энергия в твердых телах может передаваться теплопроводностью. Основным источником тепла на Земле является Солнце. Земля находится от него на расстоянии 15·107 км. Все это пространство за пределами нашей атмосферы содержит очень разреженное вещество. Как известно, в вакууме перенос энергии путем теплопроводности почти невозможен. Не может происходить он и за счет конвекции. В данном случае передача энергии происходит путем излучения. Излучение – это явление переноса энергии тепловыми лучами. Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи. Она может осуществляться в полном вакууме. Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например тело человека, печь, электрическая лампочка и др. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передает оно путем излучения. При этом энергия частично поглощается этими телами, а частично отражается. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности. Тела с темной поверхностью лучше поглощают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность. В то же время тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше сохраняет высокую температуру, чем в темном. Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется на практике. Так, поверхность воздушных шаров, крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. Если же, наоборот, необходимо использовать солнечную энергию, например, в приборах, установленных на искусственных спутниках Земли, то эти части приборов окрашивают в темный цвет.

                              Теплопередача конвекцией — Энциклопедия по машиностроению XXL

                              Удобно определять коэффициент теплопередачи конвекцией h точно таким же образом, как это было сделано при определении коэффициента теплопроводности k [см. (8.4)]  [c.214]

                              Вначале рассмотрим некоторые общие понятия. Течение жидкости обычно бывает либо ламинарным (прямолинейным), либо турбулентным. В первом случае скорость флюида всегда имеет одно и то же направление если поток флюида ограничен стенками трубы, вертикальная составляющая скорости отсутствует. При турбулентном течении, хотя флюид и перемещается вдоль трубы, в любой точке существует радиальная составляющая скорости, значение которой сильно колеблется. В обоих случаях возникает пограничный слой флюида, прилегающий к стенке трубы в этом слое турбулентность равна нулю и через него происходит теплопередача за счет теплопроводности. Коэффициент теплопередачи конвекцией h должен тогда зависеть от тех параметров потока флюида, которые воздействуют на этот ламинарный пограничный слой.  [c.215]


                              Конвективная теплопередача (конвекция)  [c.490]

                              Теплопередача конвекцией экспериментально не определялась и, таким образом, полученные данные относятся к суммар ной теплопередаче радиацией я конвекцией. В. А. Успенский  [c.174]

                              Интенсификация теплопередачи конвекцией осуществляется либо за счет применения внешних воздействий (барботаж, электромагнитное перемешивание), либо путем организации нагрева жидкости или газа таким образом, чтобы вызвать интенсивную естественную конвекцию, для которой коэффициент теплообмена обозначим через а,. .  [c.194]

                              В печах с температурой ниже 1000°, когда нельзя процесс горения осуществлять в рабочем пространстве (термические печи), аналогичный эффект достигается путем интенсификации теплопередачи конвекцией за счет применения вентилятора для рециркуляции газов. Работа таких печей будет происходить по смешанному радиационно-конвективному режиму  [c.220]

                              Интенсивнейшую теплопередачу от весьма тонкого слоя горящего газа к поверхности невозможно подтвердить расчетом, используя классические представления об излучении газов или же законы теплопередачи конвекцией, или же, наконец, совместное действие двух видов передачи тепла.  [c.255]

                              В условиях вынужденной конвекции, как следует из уравнения (164), определяющим комплексом является критерий Рейнольдса и поэтому интенсивность теплопередачи конвекцией зависит от скорости движения потока относительно поверхности нагрева. Выше было отмечено, что лимитирующим звеном в теплоотдаче конвекцией является теплопередача через слой, расположенный в непосредственной близости у поверхности и движущийся ламинарно или находящийся в покое (например, пленочный режим при свободной конвекции). От толщины б указанного ламинарного слоя у поверхности нагрева зависит и коэффициент теплоотдачи.[c.272]
                              Конвективные печи применяются при нагреве металлов, поверхность которых характеризуется высоким коэффициентом отражения, например для алюминиевых сплавов, а также в некоторых других случаях, когда радиационный вид теплообмена играет подчиненное значение. Вместе с тем необходимо подчеркнуть, что во многих практических случаях, наряду с доминирующим радиационным теплообменом, ощутимую роль играет и теплопередача конвекцией (область рабочих температур 500—900°, высокие скорости теплоносителя). При особенно больших скоростях теплоносителя конвективная теплопередача может играть известную роль даже при температурах свыше 1200—1400°, как это, например, имеет место в секционных печах для скоростного нагрева металла (см. рис. 152).  [c.287]

                              Процесс теплопередачи между газообразной и твердой фазами в кипящем слое изучен слабо. Поэтому при анализе этого вопроса приходится пользоваться общетеоретическими соображениями, в частности материалами, приведенными в начале данной главы. Прежде всего необходимо отметить, что из-за малого размера частиц (зерен), характерного для кипящего слоя, резко уменьшается удельное внутреннее тепловое сопротивление даже при использовании малотеплопроводных материалов, не говоря уже о рудной мелочи. Форма частиц имеет большее значение, чем их теплопроводность. Поэтому теплообмен в кипящем слое, по-видимому, определяется условиями внешней задачи, т. е. теплоотдачей от газа к поверхности частиц. Естественно, основное значение при этом имеет теплопередача конвекцией и, стало быть, относительная скорость движения газа и частиц пыли. При опускании частиц эта относительная скорость больше, чем при взлете, поэтому и частицы при опускании нагребаются более интенсивно.  [c.365]

                              Первый член балансового уравнения (254) учитывает теплоотдачу с поверхности внутрь частицы второй и третий — соответственно теплопередачу конвекцией и лучеиспусканием от потока к частице четвертый — лучистое взаимодействие частицы и стенок пятый — тепловыделение (или теплопоглощение) в частице.[c.380]

                              Экспериментальное исследование коэффициента теплопередачи конвекцией для взвешенных частиц в широком диапазоне критериев Re до 30000 (вынужденная конвекция) и Gr до 2500 (свободная конвекция) выполнено Д. К. Ляховским [223, 224]. Так как диаметр взвешенных частиц и их относительная скорость малы, практическое значение для взвешенного слоя имеют опыты, проведенные при низких значениях Re. Согласно опытным данным, полученным Д. Н. Ляховским, для случая свободной конвекции  [c.382]

                              Принудительная теплопередача конвекцией происходит и в пароперегревателе — от стенки к пару, который движется по трубам пароперегревателя под давлением пара в барабане котла. Вследствие потери давления при этом движении, связанной с преодолением сопротивления пароперегревателя, давление перегретого пара ниже давления пара в барабане. В водяном экономайзере на преодоление сопротивления движению воды расходуется часть напора, создаваемого питательными насосами, а в воздухоподогревателе на преодоление сопротивления движению воздуха — часть напора дутьевого вентилятора.[c.112]

                              Расчетный коэффициент теплопередачи конвекцией ккал 19,3 26,1 19,2  [c.158]

                              Особенности теплообмена в печах скоростного нагрева. При расчете теплообмена в пламенных печах принято считать, что определяющим видом передачи тепла в рабочем пространстве высокотемпературных печей является излучение газов. Теплопередача конвекцией от газов к металлу составляет до 5—10% суммарной теплопередачи. Передачу тепла конвекцией от газов к кладке обычно приравнивают к потерям тепла через кладку либо совсем не учитывают. Все это объясняется тем, что скорости движения газов в обычных печах небольшие, а температура газов и стенок очень высокая.  [c.166]

                              Коэффициент теплопередачи конвекцией рассчитывается по формуле  [c.168]

                              Принято, что значения коэффициента теплопередачи конвекцией одинаковы для горящего факела и для продуктов полного сгорания газа (возражения против такого подхода к расчету не были подтверждены надежными экспериментальными данными).[c.168]


                              В табл. 1 и 2 приведены некоторые результаты опытов по определению экспериментального и расчетного коэффициентов теплопередачи конвекцией. Излучение газа (первая составляющая уравнения (7)) определяли по средней геометрической температуре газа без поправок на неравномерность, расчетный коэффициент теплопередачи конвекцией — по формуле (6), принимая коэффициент начальной турбулентности il) равным единице.  [c.174]

                              Тепловые потери с поверхности электролизера определяют на основании законов теплопередачи конвекцией и излучением. Для определения теплоотдачи конвекцией применяем зависимость  [c.358]

                              Теплопередачу конвекцией и излучением к одиночной частице материала, обрабатываемого во взвешенном состоянии, можно определить по уравнению [концентрация частиц в потоке газов относительно невысокая (менее 0,1 кг/кг) распределение частиц по сечению потока равномерное]  [c.680]

                              Однако, несмотря на большое число исследований, уровень наших знаний в области лучистого теплообмена еще очень недостаточен. Это объясняется, во-первых, большой сложностью самих явлений излучения и, во-вторых, тем, что явления излучения всегда осложняются другими, сопутствующими горением, движением газов, теплопередачей конвекцией и теплопроводностью и др.  [c.7]

                              Рассмотрим случай лучистого теплообмена между средой 3 и частью ограничивающей ее поверхности 1 (рис. 140). Для среды и поверхности 1 заданы величины температур, а для другой части ограничивающей поверхности (2) задана величина плотно- сти результирующего теплообмена. Расчет делаем на основе зональных принципов с допущением постоянства плотности излучения по каждой поверхности зоны. Учитываем теплопередачу конвекцией от среды к поверхностям 1 я 2. Количество тепла, получаемое лучевоспринимающей поверхностью  [c.261]

                              Если принять, что потеря тепла поверхностью 2 равна теплоотдаче конвекцией ( р.т2 = Ё ка) и пренебречь теплопередачей конвекцией к поверхности I, то для невогнутой поверхности 1, получим  [c. 263]

                              В последние годы теорию подобия применяют не только к простейшим физическим процессам, но и к работе сложных теплотехнических агрегатов, в которых происходит большое количество самых разнообразных процессов явления гидродинамики и горения, теплопередача конвекцией, теплопроводностью и излучением, диффузия, различные физико-химические явления. При этом возникает ряд особенностей, которые не охватываются классическими положениями теории подобия. Во многих случаях отсутствует естественное разделение величин на заданные и определяемые. Так, например, при нагреве какого-нибудь тела определяемой величиной может быть температура нагрева за  [c.354]

                              Если известны эмпирические коэффициенты тип, то при заданных величинах потерь тепла в окружающее пространство и теплопередачи конвекцией по этим уравнениям можно определить температуру уходящих газов.  [c.402]

                              Напоминаю, что до 20-х годов теплотехнические исследования ограничивались испытаниями агрегатов с целью определения их эксплуатационных характеристик и сдачи агрегатов заказчику. Моп ности агрегатов были малыми, а экономичность низкой. Новые агрегаты строились мало отличными от находившихся в эксплуатации, вследствие чего проблемы теплотехники резко не выступали, так сказать, вуалировались. Представления о физике явлений в тепловых агрегатах были узкими и по существу охватывались только рамками термодинамики в узком смысле и балансными соотношениями горения. Начав изучение тепловых процессов в деталях, Михаил Викторович показал, что в работе тепловых агрегатов весьма большую роль играют характер движения газов и жидкостей, компоновка отдельных узлов, условия теплопередачи конвекцией, излучением и теплопроводностью. Полученные Михаилом Викторовичем и его учениками количественные закономерности были положены затем в основу тепловых и гидравлических расчетов тепловых аппаратов. Тем самым, было обеспечено научно-обоснованное проектирование и сравнительно легкое освоение в эксплуатации современных мощных паровых котлов и других тепловых аппаратов в начальный период грандиозного по масштабам развития теплоэнергетики в конце 20-х и начале 30-х годов.[c.250]

                              Значения коэффициента теплопередачи при свободной конвекции невелики, поэтому подобные печи не могут быть высокопроизводительными. Увеличение коэффициента теплопередачи конвекцией и, следовательно, увеличение производительности печи может быть достигнуто за счет введения принудительного движения воздуха с помощью всасывающего вентилятора, уста-280  [c.280]

                              Разнообразие компоновок и конструкций поверхностей нагрева, их обтекания газовым потоком, загрязнения поверхностей, неравномерность скоростей и температур газов нередко вызывают заметное отклонение реальных значений коэффициента теплопередачи от полученных расчетом по нормам, составленным на основании лабораторных исследований и обобщения промышленных экспериментов на других котлах и топливах. Поэтому исследование теплопередачи конвекцией и излучением в поверхностях нагрева котла должно иметь своей конечной целью определение коэффициента тепловой эффективности данной поверхности нагрева  [c. 55]

                              Печная теплотехника, как и другие науки теплотехнического xapaKrefja, опирается на физические науки (учение о теплопередаче и движении газов) и на химические и физико-химические науки (учение о горении) однако указанные виды наук, являющиеся теоретическими основами печной теплотехники, все же не являются еще предметом теории печей, четкое определение которой очень важно с точки зрения обеспечения прогресса данной отрасли технической науки. Действительно, в технической физике, химии и физической химии рассматриваются проблемы теплопередачи, движения газов и горения как таковые, независимо от конкретных условий протекания смежных процессов. Например, учение о теплопередаче конвекцией, естественно, рассматривает этот вид передачи тепла в зависимости от скорости движения сред, что, однако, непосредственно не связано с конкретными условиями движения газов в рабочих камерах печей, не говоря уже о влиянии на теплопе редачу процесса горения и технологических процессов.  [c. 11]


                              Во время второй стадии температура поверхности капли становится равной температуре кипения, а давление испаряющихся газов становится вьше давления окружающей атмосферы, вследствие чего испаренное топливо немедленно поступает в атмосферу. Весь процесс в этом случае регулируется поступлением тепла к капле, и, поскольку температуры еще низки, превалирует теплопередача конвекцией.  [c.147]

                              Конвективный режим внутреннего теплообмена, т. е. режим, при котором доминирует теплопередача конвекцией, характерен для нагрева жидкостей и газов, находящихся в движении. Он нередко сочетается с поступлением тепла от пламени в толщу жидкости или газа за счет радиации однако в условиях внутренней задачи значение этой радиационной составляющей обычно имеет подчиненный характер и может быть учтено с помощью поправочного коэффициента. Это объясняется тем, что при нагревании жидкости лучистая энергия в значительной мере поглощается поверхностными слоями (жидкое стекло), а при нагреве относительно тонких слоев гомогенных газов их поглощательная спог. обность по абсолютной и относительной величине очень мала. С другой стороны, внутренняя задача в лучепрозрачных средах осложняется явлением переизлучения, т. е. лучистым теплообменом между различными слоями частично лучепрозрачной нагревающейся жидкости. Для этого случая теплопередачи будем пользоваться коэффициентом д.  [c.194]

                              В печах, где сжигание топлива осуществляется по принципу поверхно стно го горения, характер движения газов в самом рабочем пространстве существенного значения не имеет. Однако ввиду больших скоростей движения газов, обусловленных относительно малыми размерами рабочего пространства, влияние теплопередачи конвекций делается ощутимым не только по отношению К кладке, но и по отношению к поверхности нагрева. Как и в разобранном выше случае, отводы продуктов горения следует располагать вблизи поверхности нагрева. Важнейшую роль играет механика газов вблизи керамической поверхности, где протекает процесс поверхностного горения. Необходимо, чтобы в горяишй слой у этой поверхности не попадали вследствие подсоса возврата относительно холодные продукты горения из зоны, прилежащей к поверхности нагрева.[c.263]

                              Теплопередача конвекций представляет собой весьма сложный контактный процесс теплообмена, зависящий от большого количества факторов, оказывающих влияние на величину коэффициента теплоотдачи конвекцией к ккал1м час-°С), входящего в качестве множителя в известную формулу Ньютона  [c.269]

                              Примем, что две серые параллельные поверхности (рис. 6-1) весьма больших размеров находятся на небольшом расстоянии друг от друга, вследствие чего можно -считать, что (Все лучи, идущие от одной поверхности, обязательно падают на другую. Температура, а также коэффициенты излучения и поглощения этих поверхностей, соответственно равны Ti и Гг, i и Сг, Ai и Лг. Температуры поверхностей не изменяются во времени, т. е. рассматривается установившийся режим лучистого теплообмена. Предполагается, что теплопередача конвекцией между лучепрозрачной разделяющей газовой средой (например, воздухом) и плоскопараллельными телами отсутствует и что температура первого тела выше  [c. 65]

                              Выделим в шахтной печи слой кусков нагреваемого материала высотой АН. Сверху и снизу этот выделенный слой материала окружен слоем горящих кусков кокса. За период времени Ат куски материала в слоеДЯза счет теплопередачи конвекцией и излучением изменят свою среднюю температуру на величину Л/м  [c.214]

                              Из сказанного ясно, что для расчетной оценки теплопроводности тонкодисперсных материалов и, в частности, первичного слоя отложений, необходимо выяснить, не оказывается ли более низкой теплопроводность воздуха в порах по сравнению с его обычной молекулярной теплопроводностью. (Кистлер с Колдвеллом и Чудновский показали, что проводимость через твердый остов не превышает 10—20% суммарной проводимости тонкодисперсного вещества, т. е. основным термическим сопротивлением в высокопористом материале является газ, находящийся в порах, который и определяет основные черты механизма теплопереноса. Поэтому теплопередачу через твердый остов, а также теплопередачу конвекцией и излучением, которые в порах незначительны, в первом приближении можно не учитывать. )  [c.153]

                              Расхождение опытных и расчетных значений коэффициента теплопередачи при -ф = 1 значительное. Это указывает на то, что при расчете коэффициента теплопередачи конвекцией от горящего факела можно принимать максимальное значение турбулентности потока. Считая коэффициент начальной турбулентности потока ip = 1,6, получаем расхождение между опытными и расчетными значениями коэффициента тепло- передачи конвекцией в среднем 30% в сторону большего значения опытного коэффициента. Это можно объяснить неравно— лерным значением скоростей внутри печного пространства. Отклонения опытных данных от расчетных, полученные в наших опытах, не больше отклонений, которые получались у других авторов, исследовавших теплообмен в малогабаритных высокотемпературных печах. Но большинство авторов неправильно объясняет несходимость опытных и расчетных. данных, не учитывая теплоотдачи конвекцией на стенки печи.  [c.174]

                              Из формулы (3) можно определить температуру загрузки, с которой начинается этап иагрева с постоянной температурой рабочего пространства в печи периодического действия при учете теплопередачи конвекцией. Значения и коэффициентов теплоотдачи, которые являются функциями температуры загрузки, находят путем поачедовательного приближения задавшись рассчитывают по этой температуре и определяют затем уточняют  [c.85]

                              Б статье [139] рассмотрена теплопередача в цилиндре с учетом передачи тепла излучением и конвекцией между движущейся лучепрозрачной средой и боковой поверхностью цилиндра. Коэффициент теплопередачи конвекцией принят постоянным.  [c.229]


                              Не удается найти страницу | Autodesk Knowledge Network

                              (* {{l10n_strings.REQUIRED_FIELD}})

                              {{l10n_strings.CREATE_NEW_COLLECTION}}*

                              {{l10n_strings.ADD_COLLECTION_DESCRIPTION}}

                              {{l10n_strings.COLLECTION_DESCRIPTION}} {{addToCollection.description.length}}/500 {{l10n_strings. TAGS}} {{$item}} {{l10n_strings.PRODUCTS}} {{l10n_strings.DRAG_TEXT}}  

                              {{l10n_strings.DRAG_TEXT_HELP}}

                              {{l10n_strings.LANGUAGE}} {{$select.selected.display}}

                              {{article.content_lang.display}}

                              {{l10n_strings. AUTHOR}}  

                              {{l10n_strings.AUTHOR_TOOLTIP_TEXT}}

                              {{$select.selected.display}} {{l10n_strings.CREATE_AND_ADD_TO_COLLECTION_MODAL_BUTTON}} {{l10n_strings.CREATE_A_COLLECTION_ERROR}}

                              Физика Физические опыты Глава I Тепловые явления

                              Физика. Физические опыты.

                              Глава I Тепловые явления. • 1. Способы изменения внутренней энергии тела. 2. Теплопроводность. 3. Конвекция.

                              1. Способы изменения внутренней энергии тела. • Попытаемся выяснить, каким способом можно увеличить или уменьшить скорость движения молекул. Для этого проделаем следующий опыт.

                              • Укрепим тонкостенную латунную трубу на подставке. Нальем в трубу немного эфира и закроем пробкой. Затем трубку обовьем веревкой и начнем быстро двигать ее то в одну сторону , то в другую. Через некоторое время эфир закипит , и пар вытолкнет пробку. Итог : Опыт показывает , что внутренняя энергия эфира увеличилась : ведь он нагрелся и даже закипел.

                              2. Теплопроводность. • Проделаем опыт с твердыми телами, жидкостью и газом. Внесем в огонь конец деревянной палки , находящейся снаружи , будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.

                              Бизнес-концепция • Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным. Следовательно , и стекло имеет плохую теплопроводность

                              • Если мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

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

                              Глава II Изменение агрегатных состояний вещества. • 1. График плавления и отвердевания кристаллических тел. 2. Испарение.

                              1. График плавления и отвердевания кристаллических тел.

                              2. Испарение. При динамическом равновесии масса жидкости в закрытом сосуде не изменяется , хотя жидкость продолжает испаряться. В открытом сосуде масса жидкости вследствие испарения постепенно уменьшается. Это связанно с тем , что большинство молекул пара рассеивается в воздухе не возвращаясь в жидкость!

                              Научный эксперимент по конвекции. Как тепло перемещается в жидкости

                              Может ли тепло вызывать движение? С помощью нескольких капель пищевого красителя, растительного масла и свечи вы можете это узнать! В этом простом, но увлекательном научном эксперименте дети могут изучить концепции плотности и конвекции, наблюдая за конвекционными потоками в движении!

                              Включены демонстрационный видеоролик, инструкции для печати и список расходных материалов, а также простое для понимания научное объяснение того, как работает этот эксперимент.

                              Примечание. Поскольку в этом эксперименте используется элемент огня, требуется наблюдение взрослых.

                              ПЕРЕЙТИ К РАЗДЕЛУ:  Инструкции | Видеоурок | Как это работает

                              Необходимы расходные материалы

                              • Большая чаша из термостойкого стекла
                              • Масло для жарки
                              • Пищевой краситель
                              • Два блока 2×4
                              • Свеча
                              • Спичка или зажигалка

                              Инструкции по научному эксперименту по конвекции

                              Шаг 1 – Начните с заполнения большой стеклянной миски растительным маслом.

                              Шаг 2 – Затем добавьте в масло 5-10 капель пищевого красителя. Найдите минутку, чтобы сделать некоторые наблюдения. Что происходит с пищевым красителем? С маслом смешивается?

                              Полезный совет: Поместите капли ближе к центру чаши.

                              Шаг 3 – Поднимите миску со стола, используя два блока 2×4. Расположите блоки так, чтобы между ними было место для свечи.

                              Шаг 4 – Зажгите свечу и осторожно поставьте ее под чашу.Пламя свечи должно касаться дна стеклянной чаши.

                              Шаг 5 – Посмотрите через стенку стеклянной чаши и внимательно наблюдайте, что происходит. Напишите, что происходит. Полезный совет: Скорее всего, пройдет 5 минут, прежде чем вы увидите, что что-то происходит с жидким/пищевым красителем.

                              Вы знаете, почему пищевой краситель перемещается в масле? Узнайте ответ в разделе «Как работает этот эксперимент» ниже.

                              Видеоруководство


                              Экспериментальное видео о воздействии тепла на жидкости

                              Как работает научный эксперимент

                              Тепло может распространяться тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.В этом эксперименте тепло передается посредством конвекции. Конвекция — это передача тепла движением потоков внутри жидкости.

                              В нашем эксперименте масло на дне чаши нагревалось свечой. Частицы масла на дне горшка стали двигаться быстрее и дальше друг от друга. В результате эти частицы масла стали менее плотными, чем остальные частицы масла в чаше, поэтому эти нагретые, менее плотные частицы масла начали подниматься. (Менее плотные жидкости поднимаются, а более плотные опускаются).Окружающие, более холодные частицы масла втекают, чтобы занять его место. Этот поток создает круговое движение, известное как конвекционный поток . Конвективный поток возникает в результате подъема и опускания нагретых и охлажденных жидкостей.

                              Вы можете увидеть признаки конвекционного потока, если посмотрите на пищевой краситель в миске. Обратите внимание, что пузырьки пищевого красителя поднимаются из центра миски, перемещаются к краям миски и снова опускаются на дно.

                              Конвекционные потоки окружают нас повсюду и ответственны за нагревание многих вещей! Наши дома отапливаются зимой за счет конвекционных токов.Тропосфера атмосферы (ближайший к Земле слой) нагревается за счет конвекционных токов. Мантия внутри Земли нагревается за счет конвекционных потоков, что вызывает дрейф земной коры в процессе, называемом дрейфом континентов.

                              Надеюсь, вам понравился эксперимент. Вот несколько инструкций для печати:

                              Научный эксперимент по конвекции

                              Материалы

                              • Большая чаша из жаропрочного стекла
                              • Кулинарное масло
                              • Пищевой краситель
                              • Два блока 2×4
                              • Свеча
                              • Спичка или зажигалка

                              Инструкции

                              1. Начните с заполнения большой стеклянной миски растительным маслом.
                              2. Затем добавьте в масло 5-10 капель пищевого красителя. Полезный совет: поместите капли ближе к центру чаши.
                              3. Поднимите миску со стола, используя два блока 2×4.
                              4. Зажгите свечу и осторожно поставьте ее под чашу. Пламя свечи должно касаться дна стеклянной чаши.
                              5. Посмотрите сквозь стенку стеклянной чаши и внимательно наблюдайте, что происходит. Полезный совет: Скорее всего, пройдет 5 минут, прежде чем вы заметите, что что-то произошло с жидким/пищевым красителем.

                               

                              Конвекция для детей | Научный проект

                              • Прозрачный литровый контейнер или банка
                              • Вода
                              • Морозильник
                              • Кружка для кофе или другая емкость, устойчивая к нагреванию
                              • Синий пищевой краситель
                              • Ложка
                              • Пипетка
                              1. Наполните прозрачную банку наполовину холодной водой.
                              2. Поместите банку в морозильную камеру на 15 минут.Вы же не хотите, чтобы вода замерзла.
                              3. Наполните кофейную кружку примерно на ¼ горячей водой.
                              4. Добавьте 10 капель синего пищевого красителя в горячую воду и перемешайте.
                              5. Достаньте банку из морозилки и поставьте на стол. Подождите, пока не прекратится плеск вокруг.
                              6. Наполните пипетку горячей голубой водой.
                              7. Опустите кончик пипетки, пока он не окажется у дна большой банки.
                              8. Аккуратно капните две капли горячей голубой воды на холодную воду.Наблюдайте за тем, что происходит, глядя на боковую и верхнюю часть банки.
                              9. Добавьте еще десять капель, по две капли за раз, наблюдая за тем, что происходит между ними.
                              10. После того, как вы добавили все капли горячей синей жидкости, наблюдайте за банкой еще пять минут.

                              Когда вы выдавливаете капли воды с синим красителем на дно банки, большая их часть поднимается через холодную воду, а затем продолжает путешествовать по поверхности воды. Рябь синего цвета движется по воде.На поверхности воды в банке образуется голубой слой. Со временем часть голубой воды начинает тонуть, и через пять-десять минут вся вода становится более светло-голубой.

                              Молекулы горячей голубой воды обладали большей кинетической энергией, чем молекулы холодной воды. Это означает, что молекулы голубой воды чаще сталкивались и толкали друг друга. Это снизило плотность голубой воды, потому что в данном объеме могло поместиться меньше молекул. Поэтому менее плотная голубая вода поднималась сквозь холодную воду и плавала наверху.Те потоки голубой жидкости, которые вы видели, были конвекционными потоками. Со временем, благодаря конвекционным потокам, горячая вода смешивается с холодной водой, выравнивая общую температуру. Синий пищевой краситель также диффундирует по всей жидкости. Диффузия происходит постоянно. Молекулы синего пищевого красителя перемещались из более высокой концентрации в горячей воде и нулевой концентрации в прозрачной воде, чтобы создать более равномерное распределение по всей жидкости, придав ей равномерный светло-голубой вид.

                              Проведите исследование теплых и холодных океанских течений. Вода разной температуры может перемещаться на сотни километров!

                              Отказ от ответственности и меры предосторожности

                              Education.com предоставляет идеи проекта научной ярмарки для ознакомления только цели. Education.com не дает никаких гарантий или заявлений относительно идей проекта научной ярмарки и не несет ответственности за любые убытки или ущерб, прямо или косвенно вызванные использованием вами таких Информация.Получая доступ к идеям проекта научной ярмарки, вы отказываетесь и отказаться от любых претензий к Education.com, возникающих в связи с этим. Кроме того, ваш доступ к веб-сайту Education.com и проектным идеям научной ярмарки покрывается Политика конфиденциальности Education.com и Условия использования сайта, включая ограничения об ответственности Education.com.

                              Настоящим предупреждаем, что не все проектные идеи подходят для всех отдельных лиц или во всех обстоятельствах. Реализация любой идеи научного проекта следует проводить только в соответствующих условиях и с соответствующими родителями. или другой надзор.Чтение и соблюдение мер предосторожности всех материалы, используемые в проекте, является исключительной ответственностью каждого человека. Для дополнительную информацию см. в справочнике по научной безопасности вашего штата.

                              Погодные эксперименты | Конвекция и испарение

                              Наука о погоде влияет на всех нас каждый день! Конвекция, системы высокого и низкого давления, испарение — эти вещи помогают определить, будет ли наша игра идти под дождем или у нас будет солнечный день для катания на санках.Узнайте больше о том, как работает погода, проведя эти практические эксперименты.

                              Эксперимент 1: конвекционный ток

                              Вы когда-нибудь слышали, что горячий воздух поднимается вверх? Это правда! Когда воздух нагревается, его молекулы расширяются и расходятся, делая воздух менее плотным, чем раньше. Он всплывает в более плотном и прохладном воздухе. Когда теплый воздух поднимается, он начинает остывать, и его молекулы сближаются, заставляя его снова опускаться. Эта циркуляция называется конвекцией, а подъемы и опускания воздуха называются течениями. Конвекционные потоки являются частью того, что вызывает различные виды погоды. (Вы узнаете, как это сделать, в следующем эксперименте.)

                              Мы не видим конвекции в воздухе; Как вы думаете, вода может действовать таким же образом? Проведите этот эксперимент, чтобы узнать!

                              Взрослый должен помочь вам с горячей водой и ножом.

                              Что вам нужно:
                              • Большая стеклянная банка или химический стакан
                              • Маленькая чашка или мензурка (должны поместиться внутри банки)
                              • Пищевой краситель
                              • Нож
                              • Пластиковая упаковка
                              • Резиновая лента
                              • Вода
                              Что вы делаете:

                              1.Наполните маленькую чашку или стакан очень горячей (почти кипящей) водой и добавьте несколько капель пищевого красителя. Плавно натяните полиэтиленовую пленку на чашку и закрепите ее резинкой. (Полиэтиленовая пленка вздуется — это потому, что горячий воздух над водой расширяется!)

                              2. Почти полностью наполните кувшин холодной водой из-под крана.

                              3. С помощью щипцов установите чашку с горячей водой на дно банки.

                              4. Разрежьте пластиковую пленку ножом и посмотрите, что получится! (Один длинный надрез должен сделать это.)

                              Что случилось? Горячая вода была менее плотной, чем окружающая ее холодная вода, поэтому она поднималась наверх в конвекционном потоке . Что происходит, когда цветная вода поднимается наверх? Остается ли он там? Почему или почему нет?

                              Эксперимент 2: Морской бриз

                              Воздух кажется самой легкой вещью в мире, но на самом деле он давит на вас и землю с огромной силой. Эта сила называется давлением воздуха. Атмосферное давление не всегда остается неизменным; метеорологи измеряют его изменения с помощью барометра. В прошлом опыте мы видели, что когда воздух нагревается, он начинает подниматься вверх. Когда он поднимается, он не давит на землю с таким большим давлением. Область, наполненная светлым теплым воздухом, называется зоной низкого давления. Области с более холодным и плотным воздухом называются зонами высокого давления. Что происходит, когда зона низкого давления и зона высокого давления находятся рядом друг с другом? Проведите этот эксперимент, чтобы узнать! Попросите взрослого помочь вам с духовкой и спичками.

                              Что вам нужно:
                              • Два металлических противня
                              • Лед
                              • Песок
                              • Свеча
                              • Картонная коробка (при необходимости)
                              Что вы делаете:

                              1.Поставьте эксперимент в месте, где он будет защищен от сквозняков. Если вам нужно, вы можете сделать трехсторонний экран, отрезав одну сторону картонной коробки.

                              2. Насыпьте немного песка в один из противней и поставьте его в духовку, чтобы нагреть. (300 градусов за 5-8 мин.)

                              3. Пока песок нагревается, зажгите свечу и задуйте ее. В каком направлении идет дым? Если вы защитили свой участок от сквозняков, он должен течь прямо вверх, как и ваш конвекционный поток.

                              4. Наполните вторую чашу льдом. Поставьте сковороду с горячим песком и сковороду со льдом рядом. (Поставьте горячую сковороду на прихватку!)

                              5. Снова зажгите свечу и задуйте ее, затем держите ее между двумя формами прямо над краем формы для льда. В каком направлении идет дым?

                              Что случилось? Когда вы впервые зажигали свечу, вы делали это в месте, где давление воздуха было постоянным, поэтому дым шел прямо вверх. Когда вы ставите кастрюли рядом, лед охлаждает воздух вокруг него, создавая мини-зону высокого давления, а песок нагревает воздух вокруг него, создавая мини-зону низкого давления.Воздух всегда течет из зоны высокого давления в зону низкого давления, чтобы выровнять давление — это и вызывает ветер. Вы создали небольшой ветерок между сковородкой со льдом и сковородкой с песком, и дым поплыл вбок на ветру. То же самое происходит между холодной океанской водой и горячим пляжным песком, поэтому на пляже почти всегда дует ветерок!

                              Изменения атмосферного давления вызывают ветер, но они также несут ответственность за другие типы погоды. Зона низкого давления обычно вызывает облака и дождь, потому что, когда горячий воздух поднимается вверх, он уносит с собой испаряющуюся влагу, которая может конденсироваться в облака.Зона высокого давления обычно приводит к ясному небу и солнечным дням, потому что понижающиеся течения не позволяют влаге подниматься вверх и образовывать облака.


                              Попробуйте отслеживать атмосферное давление в течение нескольких дней в вашем районе и посмотрите, как оно соотносится с погодой. Вы можете использовать барометр или посетить веб-сайт Национальной метеорологической службы.

                              Эксперимент 3: Испарительная станция

                              Зоны низкого давления создают облака, потому что поднимающийся горячий воздух несет с собой влагу. Влага находится в форме газа, называемого водяным паром . Когда водяной пар охлаждается, он образует капли воды, которые соединяются вместе, образуя облака. Как водяной пар попадает в воздух в первую очередь? Большая его часть поступает в результате испарения . Испарение происходит, когда молекулы воды нагреваются — они получают достаточно энергии, чтобы превратиться из жидкости в газ, а затем поднимаются в воздух, чтобы переноситься восходящими конвекционными потоками. Вы видели, как это происходит на вашей кухне, когда поднимается пар. из кипяченой воды.

                              Существуют ли факторы, влияющие на скорость испарения воды? Вы можете узнать это, поставив эксперимент, чтобы проверить влияние ветра, температуры и площади поверхности на скорость испарения.Следующая процедура даст вам основы, но не стесняйтесь придумывать свои собственные методы тестирования и измерения результатов. Такой эксперимент мог бы стать отличным проектом научной ярмарки. (Наберитесь терпения: некоторые из этих тестов могут занять более одного дня!)

                              Что вам нужно:
                              • две кухонные губки (они должны быть одного размера)
                              • электрический вентилятор
                              • лампа
                              • маленький стакан или мензурка
                              • Форма для пирога или неглубокая тарелка

                              Вопрос и гипотеза: Как такие факторы, как ветер, температура и площадь поверхности, влияют на скорость испарения? Ветер или жара заставят воду быстрее испаряться? Будет ли большая площадь поверхности ускорять или замедлять испарение? Запишите свои прогнозы.

                              Что вы делаете:

                              1. Проверьте влияние температуры на с помощью лампы накаливания для обеспечения тепла. Положите две кухонные губки на тарелки и налейте на каждую из них 1/8 стакана (С) воды. (В зависимости от размера губки вам может понадобиться немного больше воды. Используйте достаточное количество воды, чтобы полностью намочить губку.) Поместите одну из губок прямо под лампу, а другую при комнатной температуре вдали от прямых солнечных лучей. Солнечный свет. Осматривайте губки через равные промежутки времени и сокращайте время между наблюдениями по мере того, как они приближаются к высыханию.Запишите, сколько времени потребовалось для полного высыхания каждой губки. Какая губка высохла быстрее?

                              2. Проверьте действие ветра с помощью электрического вентилятора. Смочите губки, как в шаге 1. Установите одну губку на расстоянии 12 дюймов от электрического вентилятора и включите вентилятор. Установите другую губку подальше от сквозняка. Регулярно осматривайте губки. Запишите, сколько времени потребовалось для полного высыхания каждой губки. Какой быстрее высохнет? Губка в вентиляторе высохла быстрее, чем губка под лампой в шаге 1?

                              3.Наконец, проверьте влияние более или менее площади поверхности . Налейте 1/8 C воды в небольшой стакан. Найдите площадь поверхности воды в чашке, используя уравнение π r 2 (π = 3,14, r = радиус. Найдите это, измерив диаметр чашки и разделив его на два). Налейте 1/8 C воды в форму для пирога или широкую неглубокую тарелку. Измерьте площадь поверхности воды в этом сосуде. Поставьте чашку и кастрюлю на прилавок и проверяйте их несколько раз в день. Какая вода испаряется быстрее – вода с малой площадью поверхности или с большой площадью поверхности?

                              Выводы: Оправдались ли ваши прогнозы? Что больше ускоряет испарение, ветер или тепло? Основываясь на ваших результатах, как вы думаете, влияет ли температура или скорость ветра на скорость испарения? Можете ли вы придумать другие факторы для проверки или более точный способ проверить эти факторы еще раз?

                              Эксперимент с конвекционным током | Научные проекты

                              Конвекция – это процедура, при которой горячая жидкость движется вверх, а холодная жидкость замещает ее место. Есть много научных проектов, связанных с процессом конвекции. Сегодня мы проводим эксперимент с конвекционным током . Вы можете сделать этот научный проект и подробно узнать о процессе конвекции.

                              Текущие научные проекты по конвекции лучше всего подходят для 5-го и 6-го классов. Существует множество научных проектов для 5-го класса. Некоторые из них: эксперименты с давлением воздуха с воздушным шаром, гидравлический кран, научный проект магнитного автомобиля и многое другое.

                              Научный проект по конвекции помогает нам выучить различные новые научные термины.Во-первых, это дает представление о процессе конвекции. Он учит нас явлениям конвекционного течения. Мы можем узнать о характеристиках жидкости, такой как газ и жидкость. Это помогает получить представление о конвекционном теплообмене.

                               

                               

                              Что такое конвекционный эксперимент?

                              Конвекционный эксперимент — это простой научный эксперимент для пятиклассников . Этот эксперимент помогает узнать о явлениях конвекции. Дым подается из одного отверстия. Когда этот дым поднимается над свечой, она начинает подниматься вверх.В результате образуется конвекционных потоков .

                               

                               

                              Конвекция Школьные научные эксперименты помогает нам ответить на многие вопросы, такие как:

                              • Как провести эксперимент с конвекцией?
                              • Что такое конвекционный ток?
                              • Конвекционный теплообмен.
                              • Это могут быть проекты научной ярмарки для пятиклассников.

                               

                               

                              Материалы, необходимые для эксперимента по конвекции:

                              Этот проект научной ярмарки 5-го класса сделан из бытовых материалов.Мы также сделали этот научный эксперимент в подробном видеоформате. Некоторые из материалов, необходимых для этого конвекционного эксперимента :

                              • Картон разных размеров.
                              • Жесткий прозрачный пластик используется для улучшения зрения.
                              • Мы используем четыре свечи в качестве источника тепла.
                              • Для источника дыма используется агарбатти.
                              • Для этого научного проекта необходимы основные канцелярские принадлежности, такие как транспортир, карандаш, весы, ножницы, клей, циркуль.
                              • Некоторые другие предметы: лента, цветная бумага, термоплавкий клей и т. д.

                               

                               

                              Процесс эксперимента с конвекционным током:

                              После того, как все материалы собраны, пришло время провести этот научный эксперимент.

                              • Прежде всего давайте сделаем основной корпус, в котором будет проходить эксперимент с конвекционным током.
                              • Возьмите картон размером
                              • .
                              • 2 картона длиной 13,5 см и шириной 10 см для боковых дверей.
                              • 2 картона длиной 21 см и шириной 10 см в качестве верхней и нижней основы.
                              • 2 картона длиной 21 см и шириной 12,5 см в качестве переднего и заднего картона.
                              • Нарисуйте прямоугольную форму в одинаковом масштабе.
                              • Руководствуясь этим руководством, разрежьте картон самодельным ножом.
                              • Вырежьте два отверстия в верхнем картоне.
                              • С помощью термоклея прикрепите все картонки.
                              • Прикрепите прозрачный пластик спереди для лучшей видимости.
                              • Возьмите тот же пластик и сделайте его круглым, чтобы он идеально подходил к 2 отверстиям верхнего картона.
                              • Теперь заклейте весь картон скотчем. Одна сторона картона так сохранена, так что она может открываться и закрываться по желанию.
                              • Поместите четыре свечи в коробку и подайте агарбатти на одно верхнее отверстие.
                              • Наконец, начинает течь конвекционный ток.

                               

                               

                              Видео эксперимента по конвекции

                              :

                              Для лучшей демонстрации подготовки этого проекта мы встроили наш рабочий процесс ниже в видеоформате.

                              Вот полный процесс создания этого научного проекта в виде видео. Это наш канал на YouTube DIY Projects . Мы также создали множество других школьных научных проектов на нашем канале. Мы также предлагаем много идей для научных выставок для школьников.

                               

                              Эксперимент с конвекцией Объяснение :

                              Мы можем получить много информации из этого конвекционного эксперимента.

                               

                              Конвекция:

                              Конвекция – это процесс, при котором горячий воздух поднимается вверх, а на освободившееся место приходит холодный.На нашем уроке мы изучили процесс конвекционного тока. Конвекция происходит как в газообразном, так и в жидком веществе.

                               

                              Газ и жидкость:

                              Газ и жидкость — это состояние вещества, в котором объект имеет тенденцию течь. Там молекулы упакованы рыхло по сравнению с твердым веществом.

                               

                              Конвекционная теплопередача:

                              Конвективный теплообмен – это процесс, при котором горячая жидкость (газ/жидкость) поднимается вверх за счет тепла, а на ее место приходит близкая жидкость. Этот процесс называется конвективным теплообменом.

                               

                              Конвекционный ток:

                              За счет конвекционного теплообмена образуется конфликтный цикл, в котором горячая жидкость поднимается вверх, а холодная жидкость заменяет это освободившееся место. Этот ток называется конвекционным током.

                              Существует три способа передачи тепла: конвекция и излучение.

                               

                              Проекты научной ярмарки для 5 класса:

                              Этот научный эксперимент по конвекции — очень хороший научный проект для 5-го класса.Мы также можем сделать некоторые другие научные проекты, такие как эксперимент с плавающим яйцом, простой электродвигатель, судно на воздушной подушке и т. д.

                               

                              Преимущества научного проекта по конвекции:

                              Этот научный проект по конвекции имеет множество преимуществ . Упомянем некоторые из достоинств:

                              • Эксперимент с конвекцией вызывает интерес к изучению науки.
                              • Этот проект помогает нам узнать о конвекционном теплообмене и конвекционном токе.
                              • Это могут быть отличные идеи для научной ярмарки для 5-го класса.

                               

                              Советы по безопасности при проведении эксперимента с конвекцией:

                              Нашим главным приоритетом перед любым научным проектом всегда должна быть безопасность. Мы всегда предлагаем вам выполнить любой научный проект, защищая себя.

                              • Всегда носите защитное стекло, защищающее глаза.
                              • Аккуратно обращайтесь с такими приборами, как ножницы и самодельный нож.
                              • Я предлагаю выполнить этот научный проект с вашими родителями, учителями или старшими.
                              конвекционный эксперимент

                              Альтернативный процесс проведения конвекционного эксперимента:

                              Есть много научных проектов, из которых мы можем изучить конвекцию. Одним из хороших примеров является эксперимент с конвекцией вертушки. Это эксперимент, в котором булавку держат над горящей свечой. Это штифтовое колесо вращается за счет передачи звука от свечи.

                              Простой двигатель постоянного тока — это простой научный проект для 5-го класса. Вы можете легко сделать рабочую модель двигателя постоянного тока. Этот проект поможет вам узнать о работе двигателя постоянного тока.

                              Самодельный компас помогает нам ориентироваться. Мы можем сделать этот научный проект из обычных предметов. В качестве компаса можно использовать простой стержневой магнит.

                               

                               

                              Также читайте проекты научной ярмарки 5-го класса:

                               

                               

                              Вопросы и ответы по эксперименту с конвекцией:

                              1. Что такое конвекционный эксперимент?

                              Convection Experiment — классный научный проект, который поможет нам понять конвекцию.Это дает представление о конвекционном теплообмене и конвекционном токе.

                               

                              2. Конвекционные камеры:

                              Конвекционная ячейка – это область, в которой имеет место конвекционный поток. Горячий флюид течет к холодному флюиду, а на освободившееся место приходит холодный флюид.

                               

                              3. Конвекционные течения в мантии :

                              Мантия — один из земных слоев. Мы знаем, что ядро ​​Земли очень горячее. Расплавленные материалы земной поверхности поднимаются наружу к мантии и здесь охлаждаются.А материалы из мантии тонут в ядре. Это вызывает конвекционный ток в психике.

                               

                              4. Как передается энергия?

                              В основном тепловая энергия передается от трех процессов. Проводимость, конвекция и излучение.

                               

                              5. Где возникают конвекционные потоки?

                              Конвективный ток возникает только в двух состояниях вещества. Один в газе, другой в жидкости. Одним из хороших примеров является мантия Земли, где происходит этот процесс.

                               

                               

                              Если вы ищете какие-либо проекты научной ярмарки 5-го класса. Я надеюсь, что этот эксперимент может быть очень полезным. Эта документация лучше всего подходит для вашей рабочей модели.

                              Если вам нравится этот научный проект или у вас есть вопросы по этому проекту. Вы можете просто прокомментировать нас в нашем разделе комментариев.

                              Чтобы узнать больше о научных проектах 5-го класса, войдите на сайт SCHOOLSCIENCEEXPERIMENTS.COM

                               

                              Научный эксперимент по конвекционному теплу

                              Сохраните эту идею на потом, чтобы не забыть ее использовать!

                              Используйте эти простые эксперименты с теплом, чтобы показать детям , как работает конвекционное тепло и почему тепло поднимается прямо у них на глазах.Увлекательные научные эксперименты для детей!

                              Я давно хотел провести эксперименты с конвекционным теплом со своими детьми. Было так волшебно и потусторонне видеть все эти жемчужные цвета, кружащиеся вокруг от жары. Мы также узнали несколько ценных уроков о том, откуда именно исходит тепло от нашей плиты, и, вероятно, поэтому она так неравномерно готовит пищу!

                              Если вы проводите этот эксперимент с большой группой, я рекомендую использовать горячую плиту. Во-первых, потому что его легче таскать, а во-вторых, он производит более равномерный, слабый нагрев, что позволяет лучше видеть водовороты.

                              Наша смесь в конечном итоге стала горячей, и она не выглядела такой крутой, когда краска перемещалась с места на место.

                              Узнайте , что такое конвекционное тепло для детей!

                              Узнайте, что такое конвекция для детей!

                              Попробуйте этот простой эксперимент с конвекционным теплом в классе или дома!

                              Связанный: Занятия STEM для детей!

                              Наука: как работает конвекционное тепло

                              При нагревании жидкости ее плотность уменьшается, а объем увеличивается.Сначала мыло и вода равномерно распределяются в кастрюле, но когда она нагревается, жидкости на дне нагреваются первыми. Это приводит к тому, что они становятся менее плотными и поднимаются наверх. Прохладная жидкость выталкивается на дно кастрюли, где она, в свою очередь, нагревается и выталкивается наверх.

                              Жемчужное мыло и пищевой краситель позволяют легко увидеть это.

                              Что вам понадобится для эксперимента с конвекционным теплом:

                              Отказ от ответственности: этот пост содержит партнерские ссылки для вашего удобства бесплатно для вас.

                              Во-первых, смешайте мыло и воду в пропорции 2 к 1, добавив в два раза больше воды, чем мыла. Вы захотите просто покрыть дно кастрюли (по крайней мере, наша лучше работала с небольшим количеством воды). Старайтесь не делать лишних пузырей.

                              Можно оставить смесь исходного цвета или добавить краситель на всю сковороду. Бо была рада добавить пищевой краситель, поэтому мы покрасили наше основное мыло.

                              Включите слабый нагрев и подождите. Вы увидите, как жидкость начнет подниматься по изменению цвета мыльной воды.

                              Как только он начнет переворачиваться, можно будет добавить краску.

                              Капните одну-две капли пищевого красителя в разные области сковороды. Смотрите, как он медленно превращается в другие цвета.

                              Конвекционное тепло в действии!

                              Узнайте больше о зимних научных экспериментах здесь!

                              Зимние занятия STEM по классам

                              Попробуйте эти зимние занятия STEM для каждого уровня!

                              Зимние научные эксперименты для малышей

                              Зимние занятия STEM для дошкольников

                              Зимние научные эксперименты для дошкольников

                              Зимние занятия STEM для детского сада

                              Зимние занятия STEM для 1-го класса

                              Зимние занятия STEM для 2-го класса

                              Зимние занятия STEM для 3-го класса

                              Зимние занятия STEM для 4-го класса

                              Зимние занятия STEM для 5-го класса

                              Зимние занятия STEM для средней школы

                              Сохраните эту идею на потом, чтобы не забыть ее использовать!

                              Эксперимент Конвекция — Повседневная Земля

                              Загрузите экспериментальную таблицу для печати здесь.

                              Конвекция – это процесс теплопередачи внутри жидкости. Эта жидкость может быть газом, например, в атмосфере, водой в гидросфере или даже расплавленной породой в геосфере! Это очень важный процесс для нашей динамичной Земли, и он играет большую роль в управлении взаимодействием четырех систем Земли.

                              Если точечный источник тепла воздействует на жидкость неравномерно, более теплая жидкость становится менее плотной и поднимается вверх, и начинает двигаться, распределяя энергию на остальную часть жидкости.Это называется адвекцией или движением горячей жидкости через более холодную. Это движение начинает смешивать жидкость, и по мере движения жидкости холодная жидкость движется, чтобы заполнить объем оставшейся горячей жидкости.

                              Со временем это приведет к круговому движению жидкости, когда горячая жидкость поднимается, а холодная опускается. Этот процесс в значительной степени является движущей силой многих воздушных и океанских течений, которые мы наблюдаем на Земле. Точно так же конвекция горных пород в недрах Земли вызывает тектонические движения земных плит, поскольку плиты движутся и сталкиваются, обеспечивая энергию для создания землетрясений и подъема горных хребтов.

                              Как только источник тепла будет удален или уравновешен, адвекция прекратится, и тепло уравняется посредством процесса, называемого диффузией. При диффузии тепловая энергия распределяется между молекулами воды, находящимися в контакте друг с другом без движения.

                              В этом эксперименте мы можем наблюдать простую конвекцию, происходящую в воде на плите в кипящей воде.

                              Материалы:  

                              Вода
                              Электрический чайник, плита или плита
                              Пищевой краситель

                              1. Наполните чайник водой и доведите до кипения.
                              2. После закипания добавить каплю пищевого красителя. Обратите внимание, как пищевой краситель показывает, что самые горячие области жидкости поднимаются, а более холодные области опускаются, чтобы заполнить пустоту.
                              3. Наблюдайте, что происходит, когда вода остывает.

                              Вопросы для рассмотрения:
                              • Какова температура пищевого красителя в начале эксперимента по сравнению с водой?
                              • Заставляет ли тепло подниматься или опускаться предметы?
                              • Что происходит, когда мы выключаем отопление? Или добавлять пищевой краситель только в холодную воду? Будет ли вода конвекционной, если вся вода будет одинаковой температуры?

                               

                              Примеры конвекции на Земле

                              Грозы и воздушные течения

                              Океанские течения

                                

                              Возврат в GeoGarage

                              Эксперименты по переходной конвекции в системах с внутренним обогревом

                              MethodsX. 2021; 8: 101224.

                              Angela Limare

                              a Université de Paris, Institut de Physique du Globe de Paris, CNRS, 1 rue Jussieu, F-75005 Paris, France

                              Balthasar Kenda

                            1. , Univeritate de Paris, 2 62 Парижский институт физики, CNRS, 1 rue Jussieu, F-75005 Париж, Франция

                              Edouard Kaminski

                              a Парижский университет, Институт физики земного шара в Париже, CNRS, 1 rue Jussieu, F-75005 Париж, Франция

                              Emanoil Surducan

                              b Национальный институт исследований и разработок изотопных и молекулярных технологий, 67-103 Donath St., 400293 Cluj-Napoca, Румыния

                              Vasile Surducan

                              B Национальный институт исследований и разработки изотопных и молекулярных технологий, 67-103 Donath St., 400293 Cluj-Napoca, Румыния

                              Camelia Neamtu

                              B Национальный институт исследований и разработок изотопных и молекулярных технологий, 67-103 Donath St., 400293 Клуж-Напока, Румыния

                              a Парижский университет, Институт физики земного шара в Париже, CNRS, 1 rue Jussieu, F- 75005 Париж, Франция

                              b Национальный институт исследований и разработок изотопных и молекулярных технологий, 67-103 Donath St. , 400293 Клуж-Напока, Румыния

                              Поступила в редакцию 7 августа 2020 г.; Принято 7 января 2021 г.

                              Это статья в открытом доступе по лицензии CC BY-NC-ND (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).

                              Abstract

                              Радиоактивный распад нестабильных изотопов является одним из основных источников тепла на ранних стадиях формирования планет, а также в мантии планет земной группы. Лабораторные исследования, характеризуемые числами Рэлея и Прандтля в диапазоне, характерном для планетарных тел, оставались за пределами возможностей экспериментального подхода до тех пор, пока не была разработана новая методика, основанная на микроволновом нагреве.Используя эту технику, мы выполнили серию экспериментов, направленных на тепловую эволюцию вязкой жидкости, нагретой внутри, охлаждаемой сверху. Мы установили стационарный скейлинговый закон, основанный на изменении внутренней температуры в зависимости от числа Рэлея, и показали, что этот скейлинговый закон остается в силе во время переходного режима при условии, что во внимание принимаются как внутренний нагрев, так и вековая эволюция температуры. Результатом является параметризованная модель, описывающая среднюю внутреннюю температуру жидкости как функцию времени с точки зрения экспериментальных условий и свойств жидкости.

                              • • Мы создали однородный и стабильный объемный источник тепла в резервуаре большого объема, основанный на поглощении микроволн, управляемом инновационной конструкцией микроволновых цепей.
                              • • Автоматическое лазерное сканирование резервуара в сочетании с получением и обработкой изображения позволяет нам измерять трехмерное температурное поле в конвективной жидкости, из которой мы извлекли среднеобъемную температуру и эволюцию поверхностного теплового потока во времени.
                              • • Мы подтвердили нестационарный закон масштабирования для временной эволюции средней объемной температуры в конвективной системе с внутренним подогревом.

                              Ключевые слова: Ключевые слова: Ключевые слова: Термохромные жидкие кристаллы, лазерная флуоресценция, 3d температура поля, масштабирование, закон, ругань-кутта интеграция

                              графический абстрактный

                              Технические характеристики Таблица

                            2. Тема и астрономия
                              Более конкретная область темы: Механика жидкости
                              Метод Имя: Масштабирование для переходного режима внутренне обогреваемых конвекционных систем
                              Имя и ссылка на оригинальный метод: Экспериментальное исследование законы масштабирования стационарных конвективных систем с внутренним подогревом
                              Доступность ресурсов:

                              Детали метода

                              Теоретическая основа

                              Тепловая конвекция в изовязких жидкостях, возникающая при нижнем нагреве и верхнем охлаждении (конвекция Рэлея-Бенара), характеризуется двумя безразмерными числами: числом Рэлея и числом Прандтля. Число Рэлея, Ra, определяет силу конвекции и представляет собой отношение между движущей тепловой силой плавучести и противодействующими эффектами рассеивания тепла и вязкости:

                              , где ∆T — разница температур между нижней и верхней частью слоя, d толщина слоя, g ускорение свободного падения, ρ плотность жидкости, α коэффициент теплового расширения, κ коэффициент температуропроводности и μ динамическая вязкость. Конвекция начинается, когда Ra превышает критическое значение, которое зависит от геометрии и граничных условий [1], и конвективная картина демонстрирует серию переходов в сторону хаоса по мере увеличения Ra.Второй параметр, число Прандтля, является свойством материала и представляет собой отношение коэффициента диффузии импульса жидкости к коэффициенту теплопроводности жидкости:

                              , где ν=μ / ρ — кинематическая вязкость. При Pr >> 1 инерционными эффектами можно пренебречь по сравнению с вязкими эффектами, и движение жидкости прекращается, как только исчезает источник тепла. Так обстоит дело в лабораторных экспериментах с Pr > 300 [2] и, очевидно, справедливо для силикатных планетных тел, где Pr > 10 23 .

                              В случае конвекции только с внутренним нагревом шкала температур определяется скоростью внутреннего нагрева:

                              где H — тепло, выделяемое на единицу объема, а k — теплопроводность. В результате получается число Рэлея-Робертса [3]:

                              Предсказание поведения сложных природных систем, таких как планетарные мантии, требует определения законов масштабирования, вытекающих из первых принципов, связывающих некоторые интересующие параметры с другими параметрами, от которых они зависят.Эти функциональные отношения обычно проверяются с использованием либо экспериментальных, либо численных результатов. Они применимы к природным системам только при условии соблюдения динамического подобия, т. е. одинаковых тепловых и механических граничных условий, аналогичной реологии жидкости и аналогичных безразмерных чисел.

                              Нестационарные лабораторные эксперименты в микроволновой печи

                              Для изучения нестационарной тепловой эволюции внутренне нагретой конвективной жидкости мы провели одиннадцать аналогичных экспериментов с различными жидкостями и с различными скоростями нагрева и начальными температурами ().

                              Таблица 1

                              Экспериментальные параметры и свойства жидкости для одиннадцати проведенных экспериментов. μ — вязкость жидкости, H — скорость нагрева, T 0 — температура поверхности, T — среднее повышение внутренней температуры в установившемся режиме. Другая справочная жидкость свойства K = 0,6 Вт м 1 K 1 , α (при 20 ° C) = 2.8 10 -4 K 1 , κ=1.46 10 -7 M 2 9 2 1 , ρ (при 20 ° C) = 10 3 кг м 3 и C P = 4.1 10 3 Дж кг −1 K 1 .

                              ) 148,3 79,6 154,6
                              Exp # μ (PA S) H (10 4 W м 3 ) T 0 (° C) T ( °C) Ra H T H (°C)
                              1 1. 63 1,11 ± 0,39 18,0 10,4 ± 1,7 6,3 10 4 46,3
                              2 1,70 3,56 ± 0,38 6,7 25,4 ± 0,9 2,2 10 5
                              3 0,55 1,91 ± 0,09 16,4 10,9 ± 0,3 3,4 10 5
                              4 0. 54 2.00 ± 0,14 16,4 11,9 ± 1,3 3,5 10 5 83,3
                              5 0,26 3,11 ± 0,32 16,4 16,4 ± 1,2 1,3 10 6 129.6
                              6 6 6 0.18 3,55 ± 0,38 16. 0 13,5 ± 0,2 2,0 6 20822 147.9 147.9
                              7 0,17 5.67 ± 0.48 12,0 20,0 ± 0,2 3,5 10 6 152,9
                              8 0,06 3,49 ± 0,26 18,0 10,3 ± 0,2 5,6 10 6 145,4
                              9 0,06 3,71 ± 0,48 12,1 16,1 ± 0,2 9,2 10 6
                              10 0,07 2,22 ± 0,12 18. 7 8,0 ± 0,2 3,0 10 6 92,5
                              11 0,11 1,24 ± 0,07 9,0 6,3 ± 0,1 6,5 10 6 51,7

                              Рабочие вязкие жидкости получают путем добавления от 0,3 % до 0,7 % масс. гидроксиэтилцеллюлозы (загуститель, известный как Natrosol) в дистиллированную воду. Плотность и тепловое расширение флюида измеряли с помощью плотномера DMA 5000 Anton Paar, его реологию характеризовали с помощью реометра RS600 Thermo Scientific Haake [4], температуропроводность измеряли фотопироэлектрическим методом [5]. Абсолютное значение вязкости при эталонной температуре сильно зависит от концентрации Natrosol. Его энергия активации, полученная путем подгонки вязкости по закону Аррениуса, слабо зависит от концентрации загустителя и имеет значение 37 ± 1 кДж моль -1 для жидкостей, использованных в этой серии экспериментов. Экспериментальные значения числа Прандтля (400 < Pr < 10 5 ) достаточно велики, чтобы вязкие эффекты преобладали над инерционными [2].

                              Прототип, использующий уникальную установку микроволнового (МВ) внутреннего нагрева водных жидкостей [6,7], показан на рис.Коммерческая микроволновая печь (Whirlpool AMW 848IX, объем камеры 40 л) была радикально модифицирована для проведения лабораторных экспериментов, подходящих для изучения мантийной конвекции. Все оригинальные электронные детали были удалены, кроме магнетрона и его блока питания. Внутри камеры печи была установлена ​​специально разработанная система СВЧ-волновод-гомогенизатор, обеспечивающая однородный внутренний нагрев образца (содержащегося в оптически и СВ прозрачном резервуаре, покрытом охлаждающей пластиной). Выходная мощность магнетрона контролировалась, а ее изменения компенсировались с помощью запатентованного оборудования и программного обеспечения для управления и контроля на основе обратной связи [8].Все схемы МВт поддерживались при постоянной температуре с помощью специально разработанного радиатора, обеспечивающего стабильную выходную мощность, выделяемую образцу в виде тепла. Различные отверстия в стенах, обеспечивающие визуализацию потока и термостатируемую циркуляцию жидкости в ванне, были оборудованы фильтрами MW, обеспечивающими безопасность пользователя.

                              Прототип СВЧ-нагрева: 1: камеры, 2: моторизованное сканирующее устройство, 3: точка входа лазера, 4: трубки к ванне с термостатом, 5: охлаждающая пластина, 6: резервуар, 7: антенна СВЧ.

                              Эксперименты проводятся в резервуаре из поли(метилметакрилата) размером 30×30×5 см 3 и толщиной 1 см, поэтому дно и боковые стенки являются изолирующими. Верхняя поверхность представляет собой алюминиевую пластину, температура которой фиксируется на уровне T 0 () с помощью термостатируемой ванны. Как только жидкость достигала постоянной температуры, источник микроволн включался на заданную мощность.

                              Определение температуры флюида in situ проводилось двумя методами: для экспериментов 1–9 с использованием термохромных жидких кристаллов (ТСХ) и для экспериментов 10 и 11 с помощью лазерно-индуцированной флуоресценции (ЛИФ) с использованием комбинации двух флуоресцентных красителей.Оба метода были тщательно откалиброваны, как описано ранее (см., например, [9] для ТСХ и [10] для ЛИФ с двумя красителями). Эти методы дают результаты, аналогичные доказанным в [11]. Пространственное разрешение определяется размером пикселя цифровой камеры 0,2 мм, что обеспечивает превосходное разрешение температурного профиля в тепловых пограничных слоях в верхней части резервуара, толщина которых всегда превышает 2 мм. Лазерный лист сканирует половину резервуара, в то время как одна (ТСХ) или две ПЗС-камеры (ЛИФ) получают изображения в разных спектральных диапазонах.Эти двухмерные карты температуры можно использовать для реконструкции трехмерного температурного поля. Пример трехмерного температурного поля показан для эксперимента 11, демонстрируя несколько холодных нисходящих потоков, начинающихся с верхнего пограничного слоя, и диффузный возвратный поток.

                              Типичная тепловая структура (в °C), полученная в ходе эксперимента 11.

                              Мы извлекаем вертикальные профили усредненной по горизонтали температуры. Их эволюция во времени для эксперимента 11 показана на ; цвета указывают на эволюцию во времени от зеленого к синему, красному и черному.Вертикальный профиль температуры в конвективном слое можно разделить на уникальный верхний тепловой пограничный слой и конвективный внутренний слой. В конвекции с чисто внутренним подогревом базальный тепловой пограничный слой отсутствует, так как тепло не подводится снизу. Важной особенностью является то, что внутренняя часть конвективной жидкости имеет слегка отрицательный температурный градиент.

                              Вертикальные профили температуры в резервуаре для эксперимента 11. Профили снимаются каждые 5 мин от зеленого (0 мин) до синего, красного и черного (150 мин). Профили стремятся к установившемуся значению, при котором слой жидкости находится в равновесии со своими источниками тепла.

                              Мы измерили эволюцию во времени средней внутренней температуры по всему объему T () жидкости и теплового потока Q s в его верхней части, используя линейную аппроксимацию методом наименьших квадратов к трем самым верхним значениям температуры (). Записи температуры и теплового потока имели тенденцию к установившимся значениям, отмеченным Q с ∞ и T , которые были определены экспоненциальной аппроксимацией.В установившемся режиме интегральный тепловой поток на верхней поверхности равен общему количеству тепла, выделяемого внутри резервуара, как это требуется в равновесных условиях (т.е. P =Q с∞ S =HxV, Q с∞ =Hxd). Скорость внутреннего нагрева в представляет собой значение, определяемое по стационарному тепловому потоку. Ошибки определения стационарных значений теплового потока транслировались в ошибки определения скорости нагрева H и соответствовали неопределенности экспоненциальной аппроксимации. Эта неопределенность может быть больше ошибки эксперимента, если стационарное состояние не достигается полностью. Экспериментальная ошибка в каждой отдельной экспериментальной точке составляет порядка нескольких процентов, так как температура измеряется с точностью порядка нескольких десятых градуса, а ошибка положения составляет порядка пикселя, что соответствует 0,2 мм. Значение вязкости в , которое также используется для расчета значения Ra H , соответствовало значению при T . Столбики погрешностей для указанной безразмерной температуры суммируют неопределенность определения температуры и неопределенность скорости нагрева при вычислении T H .

                              Динамика экспериментальной внутренней температуры во время экспериментов. Точки представляют собой экспериментальные значения, а линии представляют собой теоретический прогноз с использованием уравнения. (9) при β=1/4. Время было обезразмерено с использованием кондуктивной шкалы времени t c = d 2 /κ.

                              Эволюция экспериментальной выходной мощности во время экспериментов. Точки представляют собой экспериментальные значения, а линии представляют собой теоретический прогноз с использованием уравнения. (11) при β=1/4. Время было обезразмерено с использованием кондуктивной шкалы времени t c = d 2 /κ.

                              Параметризованная модель тепловой эволюции конвективной системы с внутренним нагревом

                              В случае конвекции Рэлея-Бенара, где конвекция возникает в результате охлаждения в верхней части системы и нагрева в ее основании, законы масштабирования выражаются с помощью Число Нуссельта, Nu, определяется как отношение между поверхностным тепловым потоком, измеренным в конвективном режиме, и поверхностным тепловым потоком в кондуктивном режиме. В устойчивом состоянии Nu масштабируется как 1/3 степени числа Рэлея хорошо перемешанного конвективного слоя.В случае чисто внутреннего нагрева в установившемся режиме число Нуссельта равно единице [12], а средняя внутренняя температура в стационарном состоянии в конвективной жидкости с внутренним подогревом [13] составляет:

                              с безразмерными константами c и β. Эксперименты дают β=1/4 в стационарном режиме [14], что согласуется с теорией [15]. В принципе этот закон выполняется для перепада температур поперек неустойчивого пограничного слоя. Однако оказывается, что температура пограничного слоя, которая представляет собой максимум усредненной по горизонтали температуры, и средняя внутренняя температура могут быть масштабированы до Ra -1/4 и, следовательно, пропорциональны друг другу [14,16] .То же самое верно даже для неоднородного распределения источников тепла [11]. Мы подтвердили, что это масштабирование справедливо в настоящих экспериментах для нескольких порядков величины в Ra H () с c =3,58±0,15.

                              Сравнение эволюции как функции Ra H экспериментальной средней внутренней температуры в стационарном состоянии (точки), обезразмеренной с использованием температурной шкалы T H , и теоретического закона масштабирования (уравнение). (5) с показателем степени β=1/4 и константой пропорциональности c =3. 58 (строка).

                              Фундаментальный вопрос о тепловой эволюции конвектирующей жидкости с внутренним нагревом заключается в том, остается ли закон масштабирования, установленный в стационарном состоянии, действительным во время переходной фазы, при условии, что H заменяется эффективным нагревом:

                              Эта гипотеза часто используется в параметризованных моделях [17], но до сих пор не тестировался в реальных системах. Исходя из этой гипотезы, мы предлагаем эволюционную модель, полученную простой подстановкой выражения для H* в уравнение(5):

                              , где

                              — шкала внутреннего нагрева, рассчитанная с использованием эффективной скорости нагрева H*.

                              Пара алгебраических преобразований приводит к следующему обыкновенному дифференциальному уравнению для средней объемной температуры системы T:

                              (9)

                              Решение уравнения. (9) при β=1/4 получается интегрированием Рунге-Кутты 4-го порядка с использованием тех же параметров (свойств жидкости и скорости нагрева), что и в экспериментах (), без введения дополнительных свободных параметров.

                              Из дифференциальной формы глобального уравнения сохранения энергии:

                              получаем выражение для поверхностного теплового потока в конвективном режиме

                              Qs=(kTcd)11−β(ρgαd4kκμ)β1−β.

                              (11)

                              Согласие данных (точки) с моделью (линии) в и подтверждает, что вековая эволюция средней внутренней температуры полностью эквивалентна дополнительному вкладу во внутренний нагрев. Эти результаты подтверждают вывод, сделанный авторами [18] при численном исследовании векового охлаждения конвективных жидкостей.

                              Теоретический тепловой поток, определяемый формулой. (11) находится в очень хорошем согласии с экспериментальными результатами на несколько порядков (). Мы применили эти экспериментально подтвержденные теоретические результаты к системам, в которых вековая эволюция средней внутренней температуры также связана с временной эволюцией скорости внутреннего нагрева, как в случае планетезималей [19]. В этой сопроводительной статье мы ссылались на [20], чтобы применить наши законы подобия к сферической геометрии, принимая во внимание кривизну, рассматривая либо всю сферу (в случае недифференцированных планетезималей), либо сферическое кольцо (в случае дифференцированных планетозималей). планетезималь).Их константа пропорциональности c согласуется с нашим ранее определенным значением, полученным для верхних граничных условий свободного проскальзывания [16]. В работе [19] мы также учитывали возникновение застойной крышки из-за сильной зависимости вязкости силикатов от температуры. Мы не касались этого аспекта здесь, так как малая температурная зависимость вязкости экспериментальных жидкостей не позволяла наблюдать застойную крышку.

                              Общее сравнение между всеми измерениями поверхностного теплового потока, выполненными в зависимости от времени в одиннадцати экспериментах, и теоретическими предсказаниями скейлинга по уравнению.(11).

                              Декларация о конкурирующих интересах

                              Авторы подтверждают отсутствие конфликта интересов.

                              Благодарность

                              Настоящая работа финансировалась проектом ANR-11-IS04–0004 и программой Tellus/PNP INSU-CNRS для французской группы, а также 1 RO-FR-22–2011 румынско-французским двусторонним проект для румынской команды.

                              Ссылки

                              1. Chandrasekhar S. Oxford University Press; 1961. Гидродинамическая и гидромагнитная устойчивость. [Google Академия]2.Давай А., Лимар А. 7.03 — лабораторные исследования мантийной конвекции. В: Шуберт Джеральд., редактор. Трактат о геофизике. второе издание. Эльзевир; Оксфорд: 2015. С. 73–144. редактор. [Google Академия]3. Робертс П.Х. Конвекция в горизонтальных слоях с внутренним тепловыделением. Теория. Дж. Жидкостная механика. 1967; 30: 33–49. [Google Академия]4. Лимаре А., Сурдукан Э., Сурдукан В., Нямту К., ди Джузеппе Э., Вилелла К., Фарнетани К.Г., Камински Э., Жаупарт К. Материалы конференции AIP. Том. 1565. 2013. Микроволновые лабораторные эксперименты по конвекции мантии с внутренним подогревом.Процессы в изотопах и молекулах (PIM 2013), стр. 14–16. [Google Академия]5. Дадарлат Д., Нямту К. Высокоточная фотопироэлектрическая калориметрия жидкостей. Акта. Чим. слов. 2009; 56: 225–236. [Google Академия]6. Surducan E., Surducan V., Limare A., Neamtu C., Di Giuseppe E. Микроволновое нагревательное устройство для экспериментов по конвекции внутреннего нагрева, применяемое к динамике мантии Земли. преподобный наук. Инструм. 2014;85(12) [PubMed] [Google Scholar]7. Лимаре А., Сурдукан Э., Сурдукан В., Нямту К., Ди Джузеппе Э. 2015.Устройство для микроволнового нагрева. Патент RO131921 A2, EP2947961 A1, WO2015177244 A1. [Google Академия]8. Сурдукан В., Сурдукан Э., Лимаре А. 2015. Блок стабилизации и управления для подачи тока накала магнетронов. Патент RO130089 A2. [Google Академия]9. Давайль А., Лимар А., Туиту Ф., Кумагаи И., Ваттевилль Дж. Анатомия ламинарного начального теплового шлейфа при высоком числе Прандтля. Эксперт. Жидкости. 2011;50(2):285–300. [Google Академия] 10. Фурель Л., Лимаре А., Жаупар К., Сурдукан Э., Фарнетани К.Г., Камински Э., Нямту К., Сурдукан В. Мантия Земли в микроволновой печи: тепловая конвекция, вызванная неоднородным распределением источников тепла. Эксп. Жидкости. 2017;58(90) [Google Scholar]11. Лимаре А., Жаупар К., Камински Э. , Фурель Л., Фарнетани К.Г. Конвекция в слоисто-неоднородном резервуаре с внутренним подогревом. Дж. Жидкостная механика. 2019; 870: 67–105. [Google Академия] 12. Парментье Э. М., Сотин С., Трэвис Б. Дж. Турбулентная трехмерная тепловая конвекция в бесконечном числе Прандтля, объемно нагретая жидкость: последствия для динамики мантии.Геофиз. Дж. Междунар. 1994; 116: 241–251. [Google Академия] 13. Парментье Э.М., Сотин С. Трехмерные численные эксперименты по тепловой конвекции в очень вязкой жидкости: последствия для динамики теплового пограничного слоя при высоких числах Рэлея. физ. Жидкости. 2000;12(3):609–617. [Google Академия] 14. Лимаре А., Вилелла К., Ди Джузеппе Э., Фарнетани К.Г., Камински Э., Сурдукан Э., Сурдукан В., Нямту К., Фурель Л., Жаупарт К. Лабораторные эксперименты по микроволновому нагреву для планетарной мантийной конвекции.Дж. Жидкостная механика. 2015; 777: 50–67. [Google Академия] 15. Вилелла К., Камински Э. Полностью определенные законы масштабирования для конвективных систем с объемным нагревом, инструмент для оценки обитаемости экзопланет. физ. Планета Земля. Междунар. 2017; 266:18–28. [Google Академия] 16. Вилелла К., Лимаре А., Жаупарт К., Фарнетани К., Фурель Л., Камински Э. Основы ламинарной свободной конвекции в жидкостях с внутренним нагревом при значениях числа Рэлея-Робертса до 109. J. Fluid Mech. 2018; 846: 966–998. [Google Академия] 17.Жаупар К., Маршал Дж. К. Издательство Кембриджского университета; Кембридж: 2011. Генерация и перенос тепла в Земле. [Google Академия] 18. Шоблет Г., Сотин С. Трехмерная тепловая конвекция с переменной вязкостью: можно ли переходное охлаждение описать квазистатическим законом масштабирования? физ. Планета Земля. Междунар. 2000;119:321–336. [Google Академия] 19. Камински Э., Лимаре А., Кенда Б., Чауссидон М. Ранняя аккреция планетезималей, распутанная термической эволюцией родительских тел магматических железных метеоритов. Планетарная наука о Земле.лат. 2020;548 [Google Scholar]20. Дешам Ф., Яо К., Такли П.Дж., Санчес-Валле К. Тепловая конвекция с высоким числом Рэлея в сферических оболочках с объемным нагревом.
                            3. Добавить комментарий

                              Ваш адрес email не будет опубликован.

                              2015-2019 © Игровая комната «Волшебный лес», Челябинск
                              тел.:+7 351 724-05-51, +7 351 777-22-55 игровая комната челябинск, праздник детям челябинск