Теплопроводность | 8 класс | Физика
Содержание
Внутренняя энергия тела может изменяться без совершения работы — за счет теплопередачи. Когда мы подносим металлическую палку к пламени свечи, ее конец тоже становится горячим.
На этом примере видно, что внутренняя энергия может передаваться от одних тел к другим. Также внутренняя энергия может передаваться от одной части тела к другой — ведь нижняя часть палки не касается свечи, но нагревается.
То же явления мы можем наблюдать, опустив железную ложку в кипяток. Вскоре конец ложки, не погружённый в воду, станет горячим (рисунок 1).
Рисунок 1. Пример теплопроводностиОдним из видов теплопередачи является теплопроводность. Именно его мы наблюдаем в приведенном примере. На данном уроке мы более подробно рассмотрим это явление.
Определение тепловодностиТеплопроводность — это явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
- теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном
- разные вещества обладают разной теплопроводностью
Рассмотрим подробнее последнее утверждение. Поднесем к огню конец деревянной палочки (рисунок 2). Он загорится. Тем не менее, другой ее конец останется холодным. Следовательно, дерево обладает плохой теплопроводностью.
Рисунок 2. Нагревание различных материалов для оценки их теплопроводности.Если мы заменим деревянную палочку на металлическую, то она вся довольно быстро нагреется. Держа такой предмет, можно легко обжечься.
Это говорит о том, что металлы имеют большую теплопроводность. Серебро медь и золото имеют наибольшую теплопроводность.
Теплопроводность твердых телРассмотрим опыт, изображенный на рисунке 3.
Рисунок 3. Теплопроводность твердого тела.Прикрепляем к штативу один конец толстой медной проволоки.
Под другим концом проволоки расположим спиртовую горелку. К проволоке прикрепим с помощью воска небольшие гвоздики (рисунок 3, а).
Начнем нагревать свободный конец проволоки с помощью спиртовки (рисунок 3, б). Воск постепенно начнет таять.
Поочередно гвоздики начнут отваливаться, начиная с тех, что находятся ближе к огню спиртовки (рисунок 3, в).
Объясним происходящее со стороны физики:
- Частицы металла находятся очень близко к друг другу. Они колеблются в определенных положениях
- Скорость колебательного движения частиц при нагревании металла сначала увеличивается в той части проволоки, которая находится ближе к огню
- За счет взаимодействия частиц металла друг с другом, увеличивается скорость движения соседних частиц
- При увеличении скорости их движения, начинает подниматься температура
Этот процесс будет постепенно проходить по всей длине проволоки.
При теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.
Рассмотрим еще один опыт (рисунок 3). На этот раз с другой стороны подставим к горелке еще один штатив с закрепленной на нем проволокой. Различие будет в ее материале — проволока сделана из стали.
Рисунок 3. Теплопроводность различных металлов.В процессе нагревания мы увидим, что гвоздики на медной проволоке отваливаются быстрее. Медь быстрее нагревается по всей длине. Это показывает нам, что тепловодность различных металлов неодинакова. Медь имеет большую тепловодность, чем сталь.
Теплопроводность жидкостейПроведем простой опыт. Наполним пробирку водой и начнем подогревать ее верхнюю часть (рисунок 4).
Рисунок 4. Теплопроводность жидкости.Вода в верхней части пробирки быстро закипит, а у дна просто нагреется. Это говорит о том, что у жидкостей теплопроводность невелика (исключение составляют ртуть и расплавленные металлы).
Причина небольшой теплопроводности жидкостей — расположение молекул в их строении.
Расстояние между молекулами жидкости больше, чем в твердых телах.
Исследуем на опыте теплопроводность газов. Наденем на палец пробирку. Будем нагревать ее дно в пламени спиртовки (рисунок 5).
Рисунок 5. Теплопроводность газа.Нам придется долго ждать, чтобы почувствовать тепло нагретого в пробирке воздуха. Расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Значит, теплопроводность газов еще меньше.
Волосы, шерсть, перья птиц обладают плохой теплопроводностью. Причина этому — между волокнами этих веществ содержится воздух.
Теплопроводность объясняется переносом энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии частиц вещества. Чем больше расстояние между частицами и слабее взаимодействие между ними, тем меньшей теплопроводностью обладает тело. Поэтому наименьшей теплопроводностью обладает вакуум (безвоздушное пространство). Нет частиц — нет теплопроводности.
Иногда необходимо предохранить тело от нагревания или охлаждения. Для этого используют тела с малой теплопроводностью. Если кастрюли и сковородки делают из металла (позволяет быстрее нагреваться), то их ручки делают из дерева или пластмассы. Это позволяет нам не обжигаться. По этой же причине кружки и стаканы изготавливают преимущественно из пластмассы, стекла, фарфора.
Материалы, которые используют при строительстве домов (бревна, кирпичи, бетон) обладают плохой теплопроводностью. Таким образом строения меньше охлаждаются.
В устройстве термоса тоже применяется явление теплопроводности (рисунок 6). Из пространства между колбой и кожухом выкачан воздух, так почти не осуществляется теплопередача.
Рисунок 6. Устройство термоса.Снежный покров имеет плохую теплопроводность. Это имеет огромное значение для живых организмов: многие зимующие растения защищены от вымерзания; крупные животные ночуют, зарывшись в снег; мелкие могут вести активную жизнь в норах, вырытых под снегом.
Презентация по физике на тему Теплопроводность (8 класс) доклад, проект
- Главная
- Разное
- Образование
- Спорт
- Естествознание
- Природоведение
- Религиоведение
- Французский язык
- Черчение
- Английский язык
- Астрономия
- Алгебра
- Биология
- География
- Геометрия
- Детские презентации
- Информатика
- История
- Литература
- Математика
- Музыка
- МХК
- Немецкий язык
- ОБЖ
- Обществознание
- Окружающий мир
- Педагогика
- Русский язык
- Технология
- Физика
- Философия
- Химия
- Шаблоны, фоны, картинки для презентаций
- Экономика
Презентация на тему Презентация по физике на тему Теплопроводность (8 класс), предмет презентации: Физика.
Этот материал в формате pptx (PowerPoint) содержит 16 слайдов, для просмотра воспользуйтесь проигрывателем. Презентацию на заданную тему можно скачать внизу страницы, поделившись ссылкой в социальных сетях! Презентации взяты из открытого доступа или загружены их авторами, администрация сайта не отвечает за достоверность информации в них, все права принадлежат авторам презентаций и могут быть удалены по их требованию.
Теплопроводность: определение и свойства
разработал: Дубоделов Сергей Иванович
учитель физики ВСОШ №4 г.Томска
На этом уроке мы более подробно займемся первым видом теплопередачи, а именно теплопроводностью.
Рис. 1. Теплопередача
Рис. 2 Виды теплопередачи
Теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном (рис.
3).
Рис. 3. Теплопроводность свойственна всем агрегатным состояниям
При этом самой высокой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы) (рис. 4а), а самой низкой – газы (рис. 4б).
Рис. 4 Коэффициенты теплопроводности различных веществ
Теплопроводность связана с внутренней структурой тел и зависит от расположения молекул, их движения и взаимодействия между собой (рис. 5).
Рис. 5. Связь теплопроводности с внутренней структурой тел
Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества, а происходит передача энергии от частицы к частице или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. Сформулируем, собственно, определение теплопроводности.
Определение.
Теплопроводность – это явление, при котором энергия передается от одной части тела к другой посредством столкновения частиц или при непосредственном контакте двух тел.
Ри
Рис. 6. Иллюстрация определения теплопроводности
Исследование теплопроводности
Исследования данного явления проводились преимущественно опытным путем. Первые опыты по изучению данного явления проводил, по-видимому, еще Галилео Галилей (рис. 7).
Рис. 7. Галилео Галилей (1564-1642)
Суть его опытов была простой: Галилей располагал около своего термоскопа (рис. 8) различные тела и наблюдал за изменением температуры. Впоследствии он делал выводы: хорошо ли проводят тела тепло или нет.
Рис 8. Термоскоп Галилея
Процесс теплопроводности
Процесс теплопроводности – это процесс передачи энергии от одной частицы к другой, расположенных в непосредственной близости друг от друга (рис.
9).
Рис. 9. Процесс теплопроводности
У металлов теплопроводность выше, так как частицы расположены близко друг к другу (рис. 10).
Рис. 10. Теплопроводность в металлах
У жидкостей молекулы хоть и близко расположены, но достаточно хорошо изолированы (рис. 11).
Рис. 11. Теплопроводность в жидкостях
Самая низкая теплопроводность у газов: молекулы расположены далеко друг от друга, и, чтобы передать энергию, им необходимо столкнуться, поэтому процесс передачи энергии происходит достаточно медленно (рис. 12).
Рис. 12. Теплопроводность в газах
Опыт с теплопроводностью металлов
Рассмотрим опыт, который наглядно демонстрирует теплопроводность металлов.
На штативе горизонтально закреплен алюминиевый стержень.
На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска деревянные зубочистки. К краю стержня подносят свечу (рис. 13).
Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.
Рис. 13. Демонстрация опыта
Мы рассмотрели явление теплопроводности, и в заключении хотелось бы напомнить важный факт: нет частиц – нет теплопроводности
Скачать презентацию
Это сайт презентаций, где можно хранить и обмениваться своими презентациями, докладами, проектами, шаблонами в формате PowerPoint с другими пользователями. Мы помогаем школьникам, студентам, учителям, преподавателям хранить и обмениваться учебными материалами.
Для правообладателей
Обратная связь
Email: Нажмите что бы посмотреть
Конспект урока по теме: “Теплопроводность”
Тема урока: Теплопроводность.
Тип урока: Урок изучения нового материала
Цели урока: познакомить учащихся с одним из видов теплообмена: теплопроводностью.
Задачи:
– образовательные: познакомить учащихся с теплопроводностью;
-научить учащихся объяснять тепловые явления на основе молекулярно-кинетической теории.
– способствовать усвоению учащимися понятия теплопроводность;
– развивающие:
– развивать умения сравнивать, анализировать, обобщать, делать вывод;
– развивать умения осуществлять перенос знаний и умений в новой ситуации;
– развивать творческие (подготовка слайдов к уроку) и логические навыки;
– воспитательные:
– формировать:
– интерес к научному познанию мира;
– интерес к физике, как к науке, объясняющей огромное количество окружающих явлений и объединяющей в себе знания множества других наук;
– коммуникативные и деловые качества;
– воспитывать культуру письменной и устной речи учащихся.
Оборудование и оснащение урока:
1. Компьютер.
2. Мультимедийный проектор.
3. Мультимедийный экран.
Ход урока:
Организационный момент. Сообщение темы и цели урока.
2. Актуализация знаний, необходимых для усвоения нового материала
1). Какими способами можно изменить внутреннюю энергию?
2). Приведите примеры.
3). Почему при резком сжатии воздуха с парами эфира вата, смоченная эфиром, воспламеняется? (Внутри цилиндра поршень совершает работу, тем самым увеличивает внутреннюю энергию, значит, повышается температура смеси и происходит воспламенение).
4). Что происходит с внутренней энергией детали после её обработки на токарном станке? (Увеличилась за счёт совершения работы).
5) Давайте рассмотрим задачи, которые взяты из литературных произведений:
1. «В железной печи близ закрытой двери, мерцающей толстым инеем, давно погас огонь, только неподвижным зрачком краснело поддувало.
Но здесь, внизу, казалось, было немного теплее …» (Ю.В.Бондарев. Горячий снег).
Как изменилась внутренняя энергия воздуха около печи? (Так как огонь погас, уменьшилась температура воздуха, а с ней внутренняя энергия воздуха уменьшилась.)
2. «Ствол орудия, раскалённый стрельбой, пузырился синеватыми искорками, искорки перебегали, гасли светляками в темноте, снежная крошка позванивала по щиту». (Ю.В.Бондарев. Горячий снег).
Почему раскалился ствол орудия? (Внутренняя энергия ствола увеличилась за счёт внутренней энергии воспламенившихся пороховых газов и трения о ствол.)
3. Искры небо прожигают,
А до нас не долетают. (Метеоры). Почему при движении космического тела в атмосфере Земли оно нагревается? (Внутренняя энергия тела увеличивается, так как над ним совершается работа силами сопротивления воздуха.)
4. Изучение нового материала.
Демонстрационный эксперимент.
На столе лежат несколько предметов: стальная ложка, деревянная ложка, пластмассовая ложка, пробирка, спиртовка, стакан с горячей водой, термометр.
Вопросы:
– сравните температуру стальной, деревянной, пластмассовая ложек. Сделайте выводы.
– почему в холодные и морозные дни мы одеваем шерстяную или меховую одежду?
Чтобы ответить правильно на эти и другие интересные вопросы рассмотрим виды теплообмена. Сегодня мы познакомимся с одним из видов теплопередачи – теплопро-водностью. Рассмотрим рисунок на экране.
Теплопроводность.
Демонстрация опыта №1: В стаканы с горячей водой положим металлическую, деревянную, пластмассовую ложки. Проверьте на ощупь температуру ложек после нагревания? Вещества из которых они изготовлены – разные. Одинаково ли они нагрелись? Переносится ли само вещество? Как вы думаете одинаковая теплопроводность у этих веществ, почему?
Демонстрация опыта №2: нагревание медной проволоки с закреплёнными воском на ней кнопками. (Обсуждение). Выводы.
Теплопроводность – это явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
Что же происходит внутри твёрдых, жидких и газообразных тел при теплопроводности?
В твёрдых телах скорость колебательного движения частиц увеличивается при взаимодействии с огнём или более горячим телом. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура в чайной ложке.
Рассмотрим теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и нагреем её верхнюю часть. Вода быстро закипит, а у дна пробирки она лишь немного нагреется.
Вывод: У жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. В жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твёрдых телах.
И наконец, газы. Проведём опыт. Нагреем сухую пробирку, надетую на палец и будем нагревать в пламени горелки донышком вверх. Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа больше, чем у жидкостей и твёрдых тел.
Вывод: У газов теплопроводность ещё меньше.
И наконец, самая низкая теплопроводность у вакуума (освобождённое от воздуха пространство). Объясняется это тем, что в пространстве нет частиц, поэтому теплопроводность осуществляться не может.
Вывод: Теплопроводность у различных веществ различна.
5. Проверка понимания учащимися изученного материала и его первичное закрепление.
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).
6. Рефлексия.
Выполните самостоятельно в рабочей тетради на странице 7 небольшой тест:
1. Наибольшей теплопроводностью обладает:
А. вода Б. воздух В. Дерево Г. Медь Д. бумага
2. Наименьшей теплопроводностью обладает:
А. вода Б. воздух В. Дерево Г. Медь Д. бумага
Сегодня мы изучили один из видов теплопередачи – теплопроводность. Применили новые знания для решения задач и объяснения некоторых фактов. Скажите, в каких случаях вам пригодятся полученные знания?
7. Домашнее задание: упр 1, .
Использованная литература:
1.
В.Касьянов, В.Дмитриев. Рабочая тетрадь по физике для 8 класса.
2. А.И.Сёмке. Занимательные материалы к урокам. 8 класс.
3. А.В.Пёрышкин Физика 8 класс.
Теплопроводность | 60674 Публикации | 1145064 Цитаты | Top Authors
Журнальная статья•DOI•
Плоское точечное соединение алюминиевого сплава с листами из армированного углеродным волокном полимера: эксперимент и моделирование
[…]
Peihao Geng 1 , Ninshu Ma 1 , Hong Ma 2 , Yunwu Ma 1
Еще 4•Учреждения (
2
)
30 апр 2022-Journal of Materials Science & Technology
Резюме: Гибридные конструкции из алюминиевого сплава и полимера, армированного углеродным волокном (CFRP), сочетающие в себе преимущества этих двух материалов, привлекают все больше внимания в высокотехнологичных областях производства.
В текущем исследовании для соединения листов из сплава AA6061-T6 и углепластика использовалось плоское точечное соединение (FSJ). Значение распределения температуры в влиянии на качество соединения было подчеркнуто посредством анализа особенностей микроструктуры интерфейса, образования дефектов сварки, а также фрактографии. Чтобы всесторонне понять роль генерации и переноса тепловой энергии в процессе, была создана трехмерная модель конечно-элементной термомеханической связи. Межфазная температура характеризовалась неравномерным характером распределения из-за неоднородного распределения тепла. Пиковые температуры на верхней поверхности и на границе сплава алюминия и углепластика при скорости вращения 1500 об/мин и скорости погружения 0,1 мм/с составили 49°С.8 °С и 489 °С соответственно. Пиковая температура поверхности раздела была снижена до 286 °C при 250 об/мин, что привело к чрезвычайно малой площади расплава. Было обнаружено, что по сравнению со скоростью погружения скорость вращения является преобладающим параметром для определения свойств соединения, который можно оптимизировать, чтобы одновременно реализовать предотвращение термического разложения углепластика, достаточное время плавления и достаточно широкую зону плавления.
Смоделированные термические истории и профили зон плавления соответствовали экспериментальным. Выводы могут быть использованы для предоставления некоторых практических рекомендаций по оптимизации процессов разнородных FSJ из металлов и композитов.
…читать дальшечитать меньше
1 цитирования
Журнальная статья•DOI•
Термоупругая система Тимошенко без второго спектра
[…]
Тиджани А. Апалара, Карлос А. Рапозо 9 0
, Аминат Иге
2 •Учреждения (2
)
01 апр 2022-Прикладные математические письма
Аннотация: В данной работе доказывается корректность и устанавливается равномерная устойчивость термоупругой системы Тимошенко, свободной от секунд спектр. Теплопроводность регулируется классическим законом Фурье. Наш результат об устойчивости справедлив для любых параметров системы.
…читать дальшечитать меньше
Журнальная статья•DOI•
Теплопроводность микро/нанопористых полимеров: модели прогнозирования и приложения
[…]
Хайян Ю 1 , Хаочунь Чжан 1 , Jinchuan Zhao 2 , Jinchuan Zhao 3
+3 Подробнее • Институты (
3
)
01 апреля 2022-фронта считается уникальным промышленным материалом из-за его чрезвычайно низкой теплопроводности, низкой плотности и большой площади поверхности. Следовательно, необходимо создать точную модель прогнозирования теплопроводности, подходящую для их применимых условий, и обеспечить теоретическую основу для расширения их применения. В данной работе подведены итоги развития расчетной модели эквивалентной теплопроводности микро/нанопористых полимерных материалов за последние годы.
Во-первых, в нем рассматривается процесс создания модели расчета общей эквивалентной теплопроводности для микро/нанопористых полимеров. Затем вводятся спрогнозированные расчетные модели теплопроводности отдельно по кондуктивной и радиационной моделям теплопроводности. Кроме того, часть теплопроводности разделена на модель теплопроводности газа, модель теплопроводности твердого тела и модель взаимодействия газа и твердого тела. Наконец, делается вывод о том, что по сравнению с другими пористыми материалами мало исследований теплопередачи микро/нанопористых полимеров, особенно конкретных механизмов теплопередачи, таких как масштабные эффекты в микро/наномасштабе. В частности, следующие аспекты пористых полимеров все еще нуждаются в дальнейшем изучении: микромасштабное тепловое излучение, характеристики теплопередачи определенных морфологий в наномасштабах, механизм теплопередачи и ударные факторы микро/нанопористых полимеров. Такие исследования обеспечат более точное предсказание теплопроводности и более широкое применение в системах преобразования и хранения энергии.
…читать дальшечитать меньше
2 цитирования
Журнальная статья•DOI•
Развитие микроскопических термоэлектрических эффектов, изученных микро- и нанотермометрическими методами
[…]
Сюэ Гун 01 , Ruijie Qian 1 , Huanyi Xue 1 , Weikang Lu 1 +1 больше • Институты ( 1 ) 01 апрель 2022-Фронта одна из самых серьезных проблем современной интегральной электроники с постоянно уменьшающимися размерами устройств. Большая часть потребляемой мощности неизбежно рассеивается в виде отработанного тепла, что не только ограничивает энергоэффективность самих устройств, но и приводит к серьезным экологическим проблемам и энергетическому кризису. Термоэлектрический эффект Зеебека — это экологически чистый метод рециркуляции энергии, в то время как термоэлектрический эффект Пельтье можно использовать для управления теплом путем активного охлаждения перегретых устройств, где пассивного охлаждения за счет теплопроводности недостаточно. …читать дальшечитать меньше Журнальная статья•DOI• Экспериментальное исследование переходного теплообмена при кипении в бассейне при закалке вертикального стержня в воде […] Цзефэн Ван, Цзянь Дэн, Zhifang Qiu, Xiaoyu Wang +2 more 01 апреля 2022 г. — Journal of Nuclear Engineering and Radiation Science Тепло может передаваться через любое вещество, состоящее из атомов и молекул. Чем больше молекул движется, тем больше выделяется тепловой энергии. Однако когда дело доходит до теплопередачи, это просто относится к акту передачи тепла от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Тепло может перемещаться из одного места в другое различными путями. Между тем, если две системы имеют разность температур, тепло найдет способ перетекать из верхней системы в нижнюю. Способы передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение. Процесс передачи тепла от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкими температурами называется теплопроводностью. Тепловая энергия передается из области с более высокой кинетической энергией в область с более низкой кинетической энергией. Когда высокоскоростные частицы сталкиваются с медленно движущимися частицами, кинетическая энергия медленно движущихся частиц увеличивается. Когда тепло передается от одной молекулы к другой путем теплопроводности, тепловая энергия обычно передается от одной молекулы к другой, поскольку они находятся в непосредственном контакте. Однако расположение молекул остается неизменным. Они просто резонируют друг с другом. Когда дело доходит до теплопроводности, коэффициент теплопроводности показывает, что металлическое тело лучше передает тепло. Следующее уравнение можно использовать для расчета скорости теплопроводности: q = Q ⁄ t = K A (T h – T c ) ⁄ d где K – коэффициент теплопроводности, q – скорость теплопередачи, t – время передачи, Q – количество теплоотдачи, A – площадь поверхности – толщина тела, T h — температура горячей области, а T c — температура холодной области. Задача 1: Блок льда толщиной 10 см с температурой 0 °C лежит на верхней поверхности 2400 см 2 каменной плиты. Решение: Дано: Площадь плиты, A = 2400 см 2 Толщина льда, D = 10 см Разница температур, T H – T C = = T H – T C = = = T = C = = = T C = = x = = x = = x = = x = = x = = x = = x = = x = = x = u. 100 °C – 0 °C = 100 °C Время теплопередачи, t = 1 час = 3600 с Количество теплопередачи, Q = м L = 4000 × 80 = 320000 кал Скорость теплопередачи, q = Q ⁄ т = 320000 кал ⁄ 3600 с = 89 кал ⁄ с Формула для скорости теплопередачи имеет вид: q = K A (T h – T c ) ⁄ d Преобразуйте приведенную выше формулу в терминах K. = 3,7 × 10 -3 кал ⁄ см с °C Следовательно, теплопроводность камня равна 3,7 × 10 -3 кал ⁄ см с °C . Задача 2. Металлический стержень длиной 0,4 м и диаметром 0,04 м имеет один конец при температуре 373 К, а другой конец при 273 К. Рассчитайте общее количество тепла, переданного за 1 минуту. (Данный K = 385 Дж ⁄ м с °C) Решение: Дано: Теплопроводность, K = 385 Дж ⁄ м·с °C Длина стержня, d = 0,4 м , A = π D 2 ⁄ 4 = 0,001256 м 2 Разность температур, T ч – T c = 373 K – 273 K = 100 K Время теплопередачи = 60 с Формула для скорости теплопередачи имеет вид: Q ⁄ t = K A (T h – T c ) ⁄ d Q = K A t (T h – T c ) ⁄ d = (3801 × 5) ⁄ 0,4 Дж = 7,25 × 10 3 Дж Следовательно, общее количество теплопередачи равно 7,25 × 10 3 Дж . Задача 3: Алюминиевый стержень и медный стержень одинаковой длины 2,0 м и площадью поперечного сечения 2 см 2 сварены параллельно. Один конец выдерживают при температуре 10 °С, а другой — при 30 °С. Рассчитайте количество тепла, отводимого за секунду от горячего конца. (Теплопроводность алюминия составляет 200 Вт ⁄ м °C, а меди — 390 Вт ⁄ м °C). Решение: Дано: Теплопроводность алюминия, K AL = 200 Вт. Комбинированная теплопроводность для параллельного соединения, K = 200 Вт ⁄ м °C + 390 Вт ⁄ м °C = 590 Вт ⁄ м °C Длина стержня, d = 2 м Площадь стержня, A = 2 см 2 = 2 × 10 -4 м 2 Разность температур, Тл h – T c = 30 °C – 10 °C = 20 °C Формула для скорости теплопередачи: = (590 × 2 × 10 -4 × 20) ⁄ 2 Вт = 1,18 Вт Следовательно, общее количество теплопередачи равно 1,18 Вт . Задача 4: Средняя скорость, с которой энергия передается наружу через поверхность земли, составляет 50,0 мВт ⁄ м 2 , а средняя теплопроводность приповерхностных пород составляет 2,00 Вт ⁄ м К. Приняв температуру поверхности 20,0 °С, найти температуру на глубине 25,0 км. Решение: Дано: Средняя теплопроводность, k = 2,00 Вт м. M K Глубина, D = 25,0 км = 2,50 × 100009 4 
Однако технологические применения термоэлектричества пока ограничены их очень низкой эффективностью преобразования и отсутствием глубокого понимания термоэлектричества на микроскопических уровнях. Поэтому исследование термоэлектричества и управление им имеет принципиальное значение, особенно в наномасштабе. В этом кратком обзоре мы сначала кратко представим микроскопические методы изучения наномасштабного термоэлектричества, сосредоточившись в основном на сканирующей тепловой микроскопии (СТМ). SThM является мощным инструментом для картирования тепла решетки с нанометровым пространственным разрешением и, следовательно, для обнаружения наноразмерных процессов переноса и диссипации тепла. Затем мы рассмотрим недавние эксперименты с использованием этих методов для исследования термоэлектричества в различных системах наноматериалов, включая как (двухматериальные) гетеропереходы, так и (одноматериальные) гомопереходы с адаптированными коэффициентами Зеебека, а также спиновые эффекты Зеебека и Пельтье в магнитных материалах.
Далее мы представим перспективы многообещающих применений нашего недавно разработанного сканирующего шумового микроскопа (SNoiM) для непосредственного исследования неравновесного переноса горячих зарядов (вместо тепла решетки) в термоэлектрических устройствах. Ожидается, что SNoiM вместе с SThM сможет обеспечить более полное и всестороннее понимание микроскопических механизмов в термоэлектрике. В заключении сделаны выводы и взгляды на дальнейшее развитие микроскопических исследований в термоэлектрике. Примеры задач теплопроводности
В любой момент времени атомы находятся во многих состояниях движения. Тепло или тепловая энергия производится движением молекул и атомов и присутствует во всей материи. Что такое проводимость?
Проводимость может происходить в твердых телах, жидкостях и газах. Уравнение теплопроводности
Примеры задач
Сляб обрабатывают паром на нижней поверхности при температуре 100 °С. Найти теплопроводность камня, если 4000 г льда расплавляется за 1 час, если скрытая теплота плавления льда равна 80 кал/г. 
(89 × 10) ⁄ (2400 × 100) кал ⁄ см с °C
M
ТЕММЕР = 20,0 °C = (20 + 273) K = 293 K
Коэффициент теплопередачи на единицу площади, q ⁄ A = 50,0 мВт ⁄ м 2 = 50,0 × 10 -3 Вт ⁄ м 2 Формула для скорости теплопередачи имеет вид: q = K A (T ч – T c ) ⁄ d Преобразуйте приведенную выше формулу в виде T h . T H = Q D ka + T C = (50,0 × 10 -3 × 2,00 × 10 4 ) ⁄ 2,00) + 293 = (500 + 293) K = 893 – 273 К = 520 °С Отсюда температура на глубине 25,0 км составляет 520 °С . Задача 5. Энергия, теряемая стальным листом толщиной 10 см, составляет 50 Вт. Принимая разницу температур в 10,0 К, найдите площадь листа. (Теплопроводность стали = 45 Вт ⁄ м К). Решение: Дано: Теплопроводность, К = 45 Вт/м·К Толщина плиты, d = 10 см = 0,1 м = 10,0 К Потери энергии в секунду, q = 50 Вт Формула для скорости теплопередачи: формула через A. A = q d ⁄ K (T H – T C ) = (50 × 0,1) ⁄ (45 × 10,0) M 2 = 0,011 M 2 Отсутствие площади SLAB – 0,011 M 2 Отсутствие. Задача 6: Одна грань алюминиевого куба со стороной 5 метров поддерживается при 60 ºC, а другой конец поддерживается при 0 ºC. Все остальные поверхности покрыты адиабатическими стенками. Найдите количество теплоты, прошедшее через куб за 2 с. Решение: Дано: Длина ребра куба, d = 5 м Площадь поверхности куба, A = d 2 = (5 м) 2 0 9 0 0 2 9002 Разность температур, T h – T c = 60 ºC – 0 ºC = 60 ºC Теплопроводность, K = 209 Вт ⁄ м ºC Время теплопередачи, t = 2 с 3 Формула для
(Теплопроводность алюминия 209Вт ⁄ м ºC).
q = K A (T h – T c ) ⁄ d
= (209 × 25 × 60) ⁄ 5 Дж
= 62700 Дж
= 62,7 кДж
= 62,7 кДж
равно 9,1 куб. КДж .
Задача 7: Алюминиевый стержень и медный стержень одинаковой длины 2,0 м и площадью поперечного сечения 2 см 2 последовательно сварены. Один конец выдерживают при температуре 10 °С, а другой — при 30 °С. Рассчитайте количество тепла, отводимого за секунду от горячего конца. (Теплопроводность алюминия составляет 200 Вт ⁄ м °C, а меди — 390 Вт ⁄ м °C).
Решение:
Дано:
Теплопроводность алюминия, K AL = 200 Вт. Комбинированная теплопроводность для параллельного соединения, 1 ⁄ K = 1 ⁄ 200 Вт ⁄ м °C + 1 ⁄ 390 Вт ⁄ м °C
K = (200 × 390) ⁄ (200 + 390) Вт ⁄ м °C
= 132,2 Вт ⁄ м °C
Длина стержня, d = 2 м
Площадь стержня, A = 2 см 2 = 2 × 10 -4 м 2
Разность температур, T ч – T c = 30 °C – 10 °C = 20 °C
Формула для скорости теплопередачи дается как:
q = K A (T h – T c ) ⁄ d
= (132,2 × 2 × 10 -4 × 20) ⁄ 2 Вт
9003 W00,9064 = 0,2 общая сумма теплопередачи 0,2644 Вт .
Тепловые свойства фононов в наноструктурах
Крайний срок подачи рукописи 06 октября 2022 г.
Крайний срок подачи рукописи для продления 5 ноября 2022 г.
Фонон, как основной носитель теплопроводности в полупроводниках, является единицей коллективного возбуждения решеточных колебаний в твердых телах, оказывающим существенное влияние на многие физические свойства, такие как сверхпроводимость, сверхток, электрофононное взаимодействие, термоэлектрическое преобразование, люминесцентные свойства, квантовые фазовый переход и так далее. В частности, в микроэлектронике, оптоэлектронной информации и других смежных областях технология теплопроводности имеет широкое перспективное применение. В промышленности технология теплопередачи и разработка соответствующих материалов даже становятся ключом к успеху всей системы оборудования. Поэтому изучение свойств теплопереноса для приложений полупроводниковых устройств имеет большое научное значение.
Изучение переноса тепла важно из-за большого потенциала применения. Материалы с высокой теплопроводностью используются для отвода тепла в микроэлектронике, а материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться, например, в теплозащитном покрытии или термоэлектрическом преобразовании энергии.
2) Экспериментальные и теоретические исследования физики электрон-фононного взаимодействия и свойств материалов, фононно-стимулированной подвижности носителей и т.
д. 3) Экспериментальные и теоретические исследования эффективности термоэлектрического преобразования энергии или создания термоэлектрических материалов.
4) Ab initio и молекулярно-динамическое моделирование теплопроводности на основе квантового или классического метода.
5) Теоретическое моделирование теплопроводности с использованием переносного подхода Больцмана, подхода неравновесной функции Грина, теории Кубо и т.д.
6) Новые тепловые функциональные устройства, фононные устройства и т. д.
Ключевые слова
: физические свойства, связанные с фононами, физика электрон-фононного взаимодействия, теория и моделирование квантового переноса, физика полупроводниковых приборов, термоэлектрические энергетические материалы и устройства Важное примечание :
Все вклады в эту тему исследования должны быть в рамках раздела и журнала, в который они представлены, как это определено в их заявлениях о миссии.
Frontiers оставляет за собой право направить рукопись, выходящую за рамки рассмотрения, в более подходящий раздел или журнал на любом этапе рецензирования.
Фонон, как основной носитель теплопроводности в полупроводниках, является единицей коллективного возбуждения решеточных колебаний в твердых телах, оказывающим существенное влияние на многие физические свойства, такие как сверхпроводимость, сверхток, электрофононное взаимодействие, термоэлектрическое преобразование, люминесцентные свойства, квантовые фазовый переход и так далее. В частности, в микроэлектронике, оптоэлектронной информации и других смежных областях технология теплопроводности имеет широкое перспективное применение. В промышленности технология теплопередачи и разработка соответствующих материалов даже становятся ключом к успеху всей системы оборудования. Поэтому изучение свойств теплопереноса для приложений полупроводниковых устройств имеет большое научное значение.
Изучение переноса тепла важно из-за большого потенциала применения. Материалы с высокой теплопроводностью используются для отвода тепла в микроэлектронике, а материалы с низкой теплопроводностью могут использоваться, например, в теплозащитном покрытии или термоэлектрическом преобразовании энергии. За последние несколько десятилетий понимание теплового переноса материалов обычно основывается на динамической теории кристаллической решетки, тогда как для наноструктурированных систем существенную роль играет квантовый эффект. В этом исследовательском курсе мы в основном будем заниматься физическими свойствами, связанными с фононами, исследовать основы тепловых, термоэлектрических и электронных транспортных свойств объемных и низкоразмерных материалов и, таким образом, служить для разработки полупроводниковых устройств в практических приложениях. Мы приглашаем ученых предоставить высококачественные оригинальные исследовательские статьи или обзорные статьи о последних достижениях в этой области, которые могут способствовать развитию.