Теплопередача и теплопроводность это одно и тоже: Чем отличается теплопроводность от теплопередачи

Содержание

Чем отличается теплопроводность от теплопередачи

Тепло — это одна из форм энергии, которая заключена в движении атомов в веществе. Энергию этого движения мы и измеряем термометром, хоть и не напрямую.
Как и все другие виды энергии, теплота может передаваться от тела к телу. Происходит это всегда, когда есть тела разной температуры. При этом им необязательно даже находиться в соприкосновении, так существует несколько способов передачи тепла. А именно:

Теплопроводность. Это передача тепла при непосредственном контакте двух тел. (Тело может быть и одно, если его части разной температуры.) При этом чем больше разность температур тел и чем больше площадь их контакта — тем больше тепла передаётся каждую секунду. Помимо этого, количество передаваемого тепла зависит от материала — например, большинство металлов хорошо проводят тепло, а дерево и пластик — гораздо хуже. Величину, характеризующую эту способность передавать тепло, тоже называют теплопроводностью (более корректно – коэффициент теплопроводности), что может приводить к некоторой путанице.

Если необходимо измерить теплопроводность какого-либо материала, то обычно это проводят в следующем эксперименте: изготовляется стержень из интересующего материала и один его конец поддерживается при одной температуре, а другой — при отличной, например более низкой, температуре. Пусть, например, холодный конец будет помещён в воду со льдом — таким образом будет поддерживаться постоянная температура, а измеряя скорость таяния льда можно судить о количестве полученного тепла. Деля количество тепла (а вернее — мощность) на разность температур и поперечное сечение стержня и умножая на его длину, получаем коэффициент теплопроводности, измеряющийся, как следует из вышенаписанного, в Дж*м/К*м 2 *с, то есть в Вт/К*м. Ниже вы видите таблицу теплопроводности некоторых материалов.

Материал
Теплопроводность, Вт/(м·K)
Алмаз 1001—2600
Серебро 430
Медь 401
Оксид бериллия 370
Золото 320
Алюминий 202—236
Кремний 150
Латунь 97—111
Хром 107
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Оксид цинка 54
Сталь 47
Оксид алюминия 40
Кварц 8
Гранит 2,4
Бетон сплошной 1,75
Базальт 1,3
Стекло 1-1,15
Термопаста КПТ-8 0,7
Вода при нормальных условиях 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Древесина
0,15
Нефтяные масла 0,12
Свежий снег 0,10—0,15
Стекловата 0,032-0,041
Каменная вата 0,034-0,039
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,022

Как видно, теплопроводность различается на много порядков. Удивительно хорошо проводят тепло алмаз и оксиды некоторых металлов (по сравнению с другими диэлектриками), плохо проводят тепло воздух, снег и термопаста КПТ-8.

Но мы привыкли считать, что воздух хорошо проводит тепло, а вата — нет, хотя она может на 99% состоять из воздуха. Дело в конвекции. Горячий воздух легче холодного, и «всплывает» наверх, порождая постоянную циркуляцию воздуха вокруг нагретого или сильно охлаждённого тела. Конвекция на порядок улучшает теплопередачу: при её отсутствии было бы очень затруднительно вскипятить кастрюлю воды, не перемешивая её постоянно. А в диапазоне от 0°С до 4°С вода при нагревании

сжимается, что приводит к конвекции в противоположном от привычного направлении. Это приводит к тому, что независимо от температуры воздуха, на дне глубоких озёр температура всегда устанавливается равной 4°C

Для уменьшения теплоотдачи из пространства между стенками термосов откачивают воздух. Но надо отметить, что теплопроводность воздуха мало зависит от давления вплоть до 0,01мм рт.ст, то есть границы глубокого вакуума. Этот феномен объясняется теорией газов.

Ещё один способ теплопередачи — это излучение. Все тела излучают энергию в виде электромагнитных волн, но только достаточно сильно нагретые (

600°С) излучают в видимом нами диапазоне. Мощность излучения даже при комнатной температуре достаточно большая — порядка 40мВт с 1см 2 . В пересчёте на площадь поверхности человеческого тела (

1м 2 ) это составит 400Вт. Спасает лишь то, что в привычном нам окружении все тела вокруг также излучают с примерно той же мощностью. Мощность излучения, кстати, сильно зависит от температуры (как T 4 ) , согласно закону

Стефана-Больцмана. Расчёты показывают, что, например, при 0°С мощность теплового излучения примерно в полтора раза слабее, чем при 27°С.

В отличие от теплопроводности, излучение может распространяться в полном вакууме — именно благодаря нему живые организмы на Земле получают энергию Солнца. Если теплопередача излучением нежелательна, то её минимизируют, ставя непрозрачные перегородки между холодным и горячим объектами, либо уменьшают поглощение излучения (и испускание, кстати, в ровно той же степени), покрывая поверхность тонким зеркальным слоем металла, например, серебра.

  • Данные по теплопроводности взяты из Wikipedia, а туда они попали из справочников, таких, как:
  • «Физические величины» под ред. И. С. Григорьева
  • CRC Handbook of Chemistry and Physics
  • Более строгое описание теплопроводности можно найти в учебнике по физике, например в «Общей физике» Д.В.Сивухина (Том 2). В 4 томе есть глава, посвящённая тепловому излучению (в т.ч. закону Стефана-Больцмана)

Тепло — это одна из форм энергии, которая заключена в движении атомов в веществе. Энергию этого движения мы и измеряем термометром, хоть и не напрямую.
Как и все другие виды энергии, теплота может передаваться от тела к телу. Происходит это всегда, когда есть тела разной температуры. При этом им необязательно даже находиться в соприкосновении, так существует несколько способов передачи тепла. А именно:

Теплопроводность. Это передача тепла при непосредственном контакте двух тел. (Тело может быть и одно, если его части разной температуры.) При этом чем больше разность температур тел и чем больше площадь их контакта — тем больше тепла передаётся каждую секунду. Помимо этого, количество передаваемого тепла зависит от материала — например, большинство металлов хорошо проводят тепло, а дерево и пластик — гораздо хуже. Величину, характеризующую эту способность передавать тепло, тоже называют теплопроводностью (более корректно – коэффициент теплопроводности), что может приводить к некоторой путанице.

Если необходимо измерить теплопроводность какого-либо материала, то обычно это проводят в следующем эксперименте: изготовляется стержень из интересующего материала и один его конец поддерживается при одной температуре, а другой — при отличной, например более низкой, температуре. Пусть, например, холодный конец будет помещён в воду со льдом — таким образом будет поддерживаться постоянная температура, а измеряя скорость таяния льда можно судить о количестве полученного тепла. Деля количество тепла (а вернее — мощность) на разность температур и поперечное сечение стержня и умножая на его длину, получаем коэффициент теплопроводности, измеряющийся, как следует из вышенаписанного, в Дж*м/К*м 2 *с, то есть в Вт/К*м. Ниже вы видите таблицу теплопроводности некоторых материалов.

Материал
Теплопроводность, Вт/(м·K)
Алмаз 1001—2600
Серебро 430
Медь 401
Оксид бериллия 370
Золото 320
Алюминий 202—236
Кремний 150
Латунь 97—111
Хром 107
Железо 92
Платина 70
Олово 67
Оксид цинка 54
Сталь 47
Оксид алюминия 40
Кварц 8
Гранит 2,4
Бетон сплошной 1,75
Базальт 1,3
Стекло 1-1,15
Термопаста КПТ-8 0,7
Вода при нормальных условиях 0,6
Кирпич строительный 0,2—0,7
Древесина 0,15
Нефтяные масла 0,12
Свежий снег 0,10—0,15
Стекловата 0,032-0,041
Каменная вата 0,034-0,039
Воздух (300 K, 100 кПа) 0,022

Как видно, теплопроводность различается на много порядков. Удивительно хорошо проводят тепло алмаз и оксиды некоторых металлов (по сравнению с другими диэлектриками), плохо проводят тепло воздух, снег и термопаста КПТ-8.

Но мы привыкли считать, что воздух хорошо проводит тепло, а вата — нет, хотя она может на 99% состоять из воздуха. Дело в конвекции. Горячий воздух легче холодного, и “всплывает” наверх, порождая постоянную циркуляцию воздуха вокруг нагретого или сильно охлаждённого тела. Конвекция на порядок улучшает теплопередачу: при её отсутствии было бы очень затруднительно вскипятить кастрюлю воды, не перемешивая её постоянно. А в диапазоне от 0°С до 4°С вода при нагревании

сжимается, что приводит к конвекции в противоположном от привычного направлении. Это приводит к тому, что независимо от температуры воздуха, на дне глубоких озёр температура всегда устанавливается равной 4°C

Для уменьшения теплоотдачи из пространства между стенками термосов откачивают воздух. Но надо отметить, что теплопроводность воздуха мало зависит от давления вплоть до 0,01мм рт.ст, то есть границы глубокого вакуума. Этот феномен объясняется теорией газов.

Ещё один способ теплопередачи — это излучение. Все тела излучают энергию в виде электромагнитных волн, но только достаточно сильно нагретые (

600°С) излучают в видимом нами диапазоне. Мощность излучения даже при комнатной температуре достаточно большая — порядка 40мВт с 1см 2 . В пересчёте на площадь поверхности человеческого тела (

1м 2 ) это составит 400Вт. Спасает лишь то, что в привычном нам окружении все тела вокруг также излучают с примерно той же мощностью. Мощность излучения, кстати, сильно зависит от температуры (как T 4 ) , согласно закону

Стефана-Больцмана. Расчёты показывают, что, например, при 0°С мощность теплового излучения примерно в полтора раза слабее, чем при 27°С.

В отличие от теплопроводности, излучение может распространяться в полном вакууме — именно благодаря нему живые организмы на Земле получают энергию Солнца. Если теплопередача излучением нежелательна, то её минимизируют, ставя непрозрачные перегородки между холодным и горячим объектами, либо уменьшают поглощение излучения (и испускание, кстати, в ровно той же степени), покрывая поверхность тонким зеркальным слоем металла, например, серебра.

  • Данные по теплопроводности взяты из Wikipedia, а туда они попали из справочников, таких, как:
  • «Физические величины» под ред. И. С. Григорьева
  • CRC Handbook of Chemistry and Physics
  • Более строгое описание теплопроводности можно найти в учебнике по физике, например в «Общей физике» Д.В.Сивухина (Том 2). В 4 томе есть глава, посвящённая тепловому излучению (в т.ч. закону Стефана-Больцмана)

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте) , либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики.

Тема 1.2. Теплопередача и её виды.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА

ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТЕПЛООБМЕНА План лекции:. Теория теплообмена (основные понятия). Температурное поле. Температурный градиент 3. Дифференциальное уравнение теплообмена 4. Передача тепла через плоскую стенку

Подробнее

1. ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА (ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ)

ТЕПЛОФИЗИКА План лекции:. Теория теплообмена (основные понятия) 2. Температурное поле. Температурный градиент. 3. Дифференциальное уравнение теплообмена 4. Передача тепла через плоскую стенку в стационарных

Подробнее

Практическое занятие июня 2017 г.

12 июня 2017 г. Совместный процесс конвекции и теплопроводности называется конвективным теплообменом. Естественная конвекция вызывается разностью удельных весов неравномерно нагретой среды, осуществляется

Подробнее

Часть 1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Часть 1. ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ 1.1 Температурное поле Аналитическое исследование теплопроводности сводится к изучению пространственно-временного изменения температуры, т.е.

Подробнее

Л-1: ; Л-2: с

Лекция 8 Волновое движение Распространение колебаний в однородной упругой среде Продольные и поперечные волны Уравнение плоской гармонической бегущей волны смещение, скорость и относительная деформация

Подробнее

Практическое занятие мая 2017 г.

4 мая 2017 г. Теплопроводность это процесс распространения теплоты между соприкасающимися телами или частями одного тела с различной температурой. Для осуществления теплопроводности необходимы два условия:

Подробнее

Тема 6 Термодинамическая система

Тема 6 Термодинамическая система 1. Параметры состояния. 2. Термодинамическое равновесие. 3. Внутренняя энергия. 4. Работа и теплообмен, как формы передачи энергии. 5. Равновесные и неравновесные процессы.

Подробнее

ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ И ЖИДКОСТЯХ

Лекция 3 ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ И ЖИДКОСТЯХ Термины и понятия Внутреннее трение Диффузия Коэффициент вязкости Коэффициент диффузии Оболочка Теплопроводность Явление переноса 3.. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ

Подробнее

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ

ТЕПЛООБМЕН ИЗЛУЧЕНИЕМ 12 июня 2017 г. (лучистый теплообмен) свойственен всем телам, температура которых не равна абсолютному нулю. Энергия, излучаемая всем телом по всем направлениям и длинам волн в единицу

Подробнее

ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ И ЖИДКОСТЯХ

Сегодня среда, 9 июля 204 г. ЯВЛЕНИЯ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ И ЖИДКОСТЯХ Лекция 8 Содержание лекции: *Диффузия *Внутреннее трение. Вязкость *Теплопроводность газов 2 В кинетической теории газов мы рассматривали

Подробнее

Основные положения термодинамики

Основные положения термодинамики (по учебнику А.В.Грачева и др. Физика: 10 класс) Термодинамической системой называют совокупность очень большого числа частиц (сравнимого с числом Авогадро N A 6 10 3 (моль)

Подробнее

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. mw dq = dh Vdp + d 2

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА План лекции: 1. Дополнительные условия подобия при течении газов с большими скоростями. Особенности процесса теплоотдачи в высокоскоростной газовый поток. Методика расчета теплоотдачи в высокоскоростных

Подробнее

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕХОДА К РАВНОВЕСИЮ

ПРОЦЕССЫ ПЕРЕХОДА К РАВНОВЕСИЮ 1 Диффузия Тело, взаимодействующее со средой, меняет свое состояние так, чтобы прийти в равновесие с окружающими телами. Состояние тела при этом меняется: его внутренняя

Подробнее

Учитель: Горшкова Л.А. МБОУ СОШ 44 г. Сургут

Учитель: Горшкова Л.А. МБОУ СОШ 44 г. Сургут Цель: повторение основных понятий, законов и формул ТЕРМОДИНАМИКИ в соответствии с кодификатором ЕГЭ 1. Тепловое равновесие и температура. 2. Внутренняя энергия.

Подробнее

Раздел 2. КОНВЕКИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН

Раздел 2. КОНВЕКИВНЫЙ ТЕПЛООБМЕН Основные понятия конвективного теплообмена Понятие конвективного теплообмена охватывает процесс теплообмена при движении жидкости или газа. При этом перенос теплоты осуществляется

Подробнее

Явления переноса в газах.

Лекция 6 Лукьянов И.В. Явления переноса в газах. Содержание: 1. Длина свободного пробега молекул. 2. Распределение молекул по длинам свободного пробега. 3. Диффузия. 4. Вязкость газа (внутреннее трение).

Подробнее

МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

1 МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА И ТЕРМОДИНАМИКА Основные положения и определения Два подхода к изучению вещества Вещество состоит из огромного числа микрочастиц – атомов и молекул Такие системы называют макросистемами

Подробнее

ПОДГОТОВКА к ОГЭ ЧАСТЬ 1

ПОДГОТОВК к ОГЭ ЧСТЬ 1 ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ 1.В твёрдых телах теплопередача может осуществляться путём 1.конвекции 2.излучения и конвекции 3.теплопроводности 4.конвекции и теплопроводности 2.Внутренняя энергия

Подробнее

Лабораторная работа 6

Лабораторная работа 6 ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ ГАЗОВ ПО СКОРОСТИ ОХЛАЖДЕНИЯ НАГРЕТОЙ НИТИ В состоянии равновесия температура T во всех точках системы одинакова. При отклонении температуры

Подробнее

18. Модель турбулентности Прандтля

Лекция 18 18.1 Гипотеза Буссинеска 18. Модель турбулентности Прандтля Гипотеза Буссинеска, основывающаяся на концепции вихревой вязкости, заключается в том, что тензор турбулентных напряжений (6.0) можно

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 13 ОХЛАЖДЕНИЕ И ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ

ЛЕКЦИЯ 13 ОХЛАЖДЕНИЕ И ЗАЩИТНЫЕ ПОКРЫТИЯ В авиационной и ракетной технике часто возникает необходимость защиты стенки конструкции от воздействия высокотемпературного газового потока. Они могут быть защищены

Подробнее

Лекция 7 ( ) ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ

Лекция 7 (9.05.05) ПРОЦЕССЫ ПЕРЕНОСА В ГАЗАХ Всякая термодинамическая система, под которой мы понимаем совокупность большого числа молекул, при неизменных внешних условиях приходит в состояние термодинамического

Подробнее

Виктория Наседкина. Введение

Охлаждение помещений с помощью гидротермальных источников энергии Виктория Наседкина Введение В настоящее время можно заметить, что даже в средней полосе России лето становится очень жарким. Перегрев помещений,

Подробнее

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА План лекции: 1. Техническая термодинамика (основные положения и определения) 2. Внутренние параметры состояния (давление, температура, плотность). Понятие о термодинамическом

Подробнее

3. Элементы теории размерности

Лекция 4 3. Элементы теории размерности 3.1 П-теорема Понятие размерности физической величины тесно связано с процессом измерения, в котором физическую величину сравнивают с некоторым ее эталоном (единица

Подробнее

Óðàâíåíèå òåïëîïðîâîäíîñòè

Óðàâíåíèå òåïëîïðîâîäíîñòè Âîë åíêî Þ.Ì. Ñîäåðæàíèå ëåêöèè Задача о нагреве стержня, вывод уравнения теплопроводности. Краевые условия. Метод Фурье решения уравнения теплопроводности для бесконечного стержня.

Подробнее

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность. Основы теории теплопередачи и способы передачи тепла

Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. Существуют следующие виды теплопередачи : теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность – это процесс передачи энергии от одного тел а к другому или от одной части тела к дpугой благодаря тепловому движению частиц. Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другом у или от одной части телa к другой передается энергия.

Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.

Ещё более плохой теплопроводность ю обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.

Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими – сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.

Конвекция

Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.

Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла, то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.

Конвекция – вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа. Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.

Излучение

Третий вид теплопередачи – излучение . Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.

Опыты также показывают, что чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.

Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле. Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.

Теплопередача в природе позволяет существовать Вселенной в том виде, к которому все мы привыкли. Трудно сказать, как бы выглядел мир, исчезни процесс теплопередачи хоть на мгновение. Давайте подробнее рассмотрим, какие существуют виды теплопередачи и что понимается под этим термином.

Согласно общепринятому определению, теплопередача представляет собой физический процесс, при котором тепловая энергия тем или иным способом распределяется между несколькими телами с различной степенью нагрева. Процесс прекращается при выравнивании их температур, или, другими словами, при достижении

Перечислим, какие бывают базовые виды теплопередачи: конвекция, теплопроводность, излучение. Все остальные возможные разновидности представляют собой сочетание двух или нескольких базовых способов. Этот момент всегда необходимо учитывать.

Конвекция знакома каждому с детства. Само латинское слово «convectio» означает перенос. Следовательно, при конвекции имеет место перенос тепла потоками самого вещества. Она характерна для газов и жидкостей, хотя иногда происходит в некоторых сыпучих материалах. Представим жаркий летний день: над поверхностью нагретой земли заметно легкое марево – это искажение объясняется восходящими воздушными потоками. С наступлением ночи, когда нагревающее действие прекращается, начинается процесс выравнивания температур поверхности земли и воздуха: почва сообщает тепловую энергию нижним (это смешанный механизм передачи тепла), которые поднимаются вверх, замещаясь более холодными воздушными массами. Вот другой пример: помещаем кипятильник в емкость с водой и включаем его в сеть. При внимательном наблюдении заметны движущиеся потоки воды. Горячие массы смещаются от источника тепла, а на их место поступают более холодные.

Что может быть лучше интересной беседы за чашкой горячего чая холодным зимним вечером? При этом достаточно на мгновение отвлечься и взяться за выглядывающий край металлической ложки, чтобы быстро отдернуть руку, избегая ожога. Причина проста – некоторые виды теплопередачи очень быстро нагрели металл ложки до температуры воды в чашке. Речь идет о теплопроводности. Ситуаций, в которых можно встретиться с таким видом передачи тепла, огромное количество. Дадим определение: теплопроводность – это перенос тепловой энергии от более нагретого участка тела к более холодному посредством составляющих тело частиц (электроны, атомы, молекулы). Частный случай – передача тепла между разными объектами, находящимися в соприкосновении. Разные материалы обладают различной теплопроводностью. Так, если нагреть один конец то второй будет холодным. А вот если проделать такой опыт с металлическим прутом, то результат будет противоположный. Данная разница обусловлена различием во внутренней структуре материалов.

Рассматривая нельзя не упомянуть передачу тепла излучением. Источник тепла генерирует электромагнитные колебания с длиной волны до 1000 мкм (инфракрасная часть спектра). Интенсивность лучистого потока и температура нагретого тела находятся в прямой зависимости. Чтобы понять, как излучение переносит тепло, достаточно провести небольшой эксперимент – разжечь костер и поместить между собой и огнем прозрачное стекло. Несмотря на преграду, тепло все равно будет передаваться. Или посмотрите на кошку, которая зимой лежит на подоконнике под лучами солнца, греясь. Все просто – в этих примерах тепловая энергия передается излучением. Одна из особенностей такого способа передачи тепла – независимость от промежуточных сред. Если при конвекции перенос происходит самим веществом (газом), а при теплопроводности – частицами, то излучение не нуждается в «посредниках». Так, Солнце передает свое тепло через вакуум именно посредством излучения.

Теплопередачей или теорией теплообмена называют науку, изучающую законы переноса теплоты в твердых, жидких и газообразных телах.

Основы учения о теплоте были заложены русским ученым

М.В. Ломоносовым, в середине XVIII в. создавшим механическую теорию теплоты и основы закона сохранения и превращения материи и энергии. В дальнейшем развитии учения о теплоте разрабатывались его общие положения.

В настоящее время теплопередача вместе с технической термодинамикой составляет теоретические основы теплотехники.

3.2. Основные виды теплообмена

Различные тела могут обмениваться внутренней энергией в форме теплоты. Процесс теплообмена – это самопроизвольный процесс переноса (передачи) теплоты в пространстве при неоднородном распределении температур. Разность температур – это необходимое условие теплообмена, причем тепло распространяется от тел с большей температурой к телам с меньшей температурой. Перенос теплоты при наличии разности температур может быть осуществлен внутри твердого тела, в жидкой, газообразной среде, на границе твердого тела с окружающей его средой, в двух средах, разделенных перегородкой.

Исследования показывают, что теплообмен является сложным процессом. Однако ради простоты изучения различают три элементарных вида теплообмена: теплопроводность (кондукцию), конвекцию и тепловое излучение.

Теплопроводностью называется перенос теплоты внутри тела соприкасающимися, беспорядочно движущимися микрочастицами (атомами, молекулами, электронами). То есть частицы, соприкасаясь, разносят тепло. Можно наблюдать, как при нагревании металлического стержня с одного конца теплота постепенно распространяется по всему стержню. Объясняется это тем, что в нагреваемом конце стержня тепловое движение молекул, атомов и свободных электронов постепенно ускоряется, а это значит, что внутренняя кинетическая энергия их увеличивается. При соударениях часть их энергии передается дальше по стержню, что и приводит к распространению теплоты по всему стержню. В жидкостях (капельных и газообразных) процесс переноса теплоты теплопроводностью очень невелик.

Конвекция – перенос теплоты при перемещении объемов текущей среды (жидкости или газа) в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой. Различают свободную и вынужденную конвекции. При свободной конвекции перемещение жидкости происходит под действием разности плотностей отдельных частей жидкости при нагревании, например, перенос теплоты от наружной поверхности горячей батареи холодному воздуху в помещении. Если перемещение вызывается искусственно вентилятором, насосом, мешалкой и т.д., то такая конвекция называется вынужденной. При этом распространение теплоты, т.е. прогревание всей массы жидкости, происходит значительно быстрее, чем при свободной.

Тепловое излучение – процесс переноса теплоты в виде электромагнитных волн с двойным взаимным превращением – тепловой энергии в лучистую и обратно.

Для переноса теплоты теплопроводностью и конвекцией необходима материальная среда, для передачи теплоты излучением такая среда не нужна.

При теплообмене между двумя телами внутренняя энергия тела с более высокой температурой уменьшается, а тела с менее высокой температурой, на столько же увеличивается. Процесс теплообмена протекает тем интенсивнее, чем больше разность температур тел, обменивающихся энергией. При ее отсутствии процесс теплообмена прекращается и наступает тепловое равновесие.

Рассмотренные формы переноса теплоты во многих случаях осуществляются совместно двумя, а чаще – тремя способами. Например, обмен теплотой между твердой поверхностью и жидкостью (или газом) происходит путем теплопроводности и конвекции одновременно и называется конвективным теплообменом или теплоотдачей. В паровых котлах в процессе переноса теплоты от топочных газов к внешней поверхности кипятильных труб одновременно участвуют все три вида теплообмена – теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. От внешней поверхности кипятильных труб к внутренней через слой сажи, металлическую стенку и слой накипи теплота переносится путем теплопроводности. Наконец, от внутренней поверхности труб к воде теплота переносится путем теплопроводности и конвекции. В практических расчетах такие сложные процессы иногда целесообразно рассматривать как одно целое. Так, например, передачу теплоты от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку называют процессом теплопередачи.

Рассмотрим каждый из трех способов переноса теплоты (теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение), а также и объединяющий их сложный процесс переноса теплоты.

Теплопроводность

Процесс теплопроводности неразрывно связан с распределением температуры внутри тела. Поэтому, при его изучении, прежде всего необходимо установить понятия температурного поля и градиентатемпературы.

Температура, как известно, характеризует тепловое состояние тела и определяет степень его нагретости. Совокупность значений температуры для всех точек пространства в данный момент времени называется температурным полем. Если температура меняется во времени, поле называется неустановившимся (нестационарным), а если не меняется – установившимся (стационарным).

При любом температурном поле в теле всегда имеются точки с одинаковой температурой. Геометрическое место таких точек образует изотермическую поверхность . Так как в одной и той же точке пространства одновременно не может быть двух различных температур, то изотермические поверхности друг с другом не пересекаются; все они или замыкаются на себе или кончаются на границах тела. Следовательно, изменение температуры в теле наблюдается лишь в направлениях, пересекающих изотермические поверхности (например, направление х, рис. 1)

Рис 1. К определению температурного градиента.

При этом более резкое изменение температуры получается в направлении нормали n к изотермической поверхности. Предел отношения изменения температуры к расстоянию между изотермами по нормали называется градиентом температур : = (1)

Температурный градиент является вектором, направленным по нормали к изотермической поверхности в сторону возрастания температуры. Температурный градиент показывает, насколько интенсивно (резко) меняется температура в толще тела и является важной величиной, определяющей многие физические явления (появление трещин в хрупком теле от неравномерного нагрева, термические деформации и т.д.)

Теплота самопроизвольно переносится только в сторону убывания температуры. Количество теплоты, переносимое через какую-либо изотермическую поверхность в единицу времени, называется тепловым потоком .

Тепловой поток, отнесенный к единице площади изотермической поверхности, называется плотностью теплового потока :

(2)

Величины Q и q являются векторами, направленными по нормали к изотермической поверхности, причем за положительное направление принимается направление в сторону уменьшения температуры. Векторы теплового потока и градиента температур противоположны.

Основной закон теплопроводности (закон Фурье) формулируется следующим образом: плотность теплового потока пропорциональна градиенту температуры: (3)

где коэффициент теплопроводности, характеризующий способность тел проводить теплоту и зависящий от химического состава и физического строения вещества, его температуры, влажности и пористости. Влага, заполняя поры тела, увеличивает теплопроводность, а пористость наоборот, уменьшает ее, так как чем пористее тело, тем больше в нем содержится воздуха, а теплопроводность воздуха, как и вообще всех газов, низкая (в 20 – 25 раз меньше теплопроводности воды).

Приближенные значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов приведены в приложении в табл. 1.

Основы теплопередачи

К атегория:

Передвижные электростанции

Основы теплопередачи

Теплопередачей или теплообменом называется процесс переачи тепловой энергии (теплоты) как внутри тела от более нагретых его частиц к менее нагретым, так и от одних тел к другим. Теплопередача играет большую роль в работе теплосиловых установок и их агрегатов, паровых котлов и машин, двигателей внутреннего сгорания, радиаторов и др.

Теплообмен представляет собой сложный процесс и может осуществляться теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводностью называется передача тепловой энергии от одних соприкасающихся частиц или тел к другим. Этим способом теплота передается главным образом в твердых телах, но может передаваться в жидкостях и газах.

Молекулы, обладающие большой кинетической энергией, при столкновении с молекулами, имеющими меньшую кинетическую энергию, передают последним часть своей тепловой энергии.

В металлах теплота передается колебаниями мельчайших частиц, а в жидкостях и газах – перемешиванием.

Если нагревать воду или газ (в закрытом сосуде сверху), то теплота верхних слоев воды или газа будет передаваться холодным нижним слоям только в результате теплопроводности.

Конвекцией называется передача теплоты путем перемешивания между собой частиц газа или жидкости и перемещения их из области одних температур в область других температур. Передача теплоты совместным действием теплопроводности и конвекции называется конвективным теплообменом.

Конвективный теплообмен возможен между металлической стенкой и газом или жидкостью, омывающими эту стенку. Частицы газа или жидкости, соприкасающиеся с горячей стенкой, нагреваются в результате теплопроводности; вследствие разности плотностей нагретых и холодных частиц возникает подъемная сила, под действием которой нагретые частицы перемещаются вверх и переносят с собой некоторое количество теплоты. Такая передача теплоты называется естественной или свободной конвекцией.

При вынужденном перемещении частиц жидкости или газа (с помощью насоса или вентилятора) интенсивность теплообмена значительно увеличивается; такая теплопередача называется принудительной конвекцией.

Конвекция всегда сопровождается теплопроводностью, которая в неподвижном теплоносителе невелика, так как газы и жидкости -плохие проводники теплоты.

Примером конвективного теплообмена может служить нагревание воды в паровом котле: передача теплоты от нагретой стенки котла к воде осуществляется главным образом естественной конвекцией и лишь в незначительной части – теплопроводностью.

Тепловым излучением или лучеиспусканием называется передача тепловой энергии от одного тела к другому электромагнитными волнами. Часть тепловой энергии каждого-тела превращается в лучистую энергию, которая в виде электромагнитных волн распространяется во ‘все стороны. Встречая на> своем пути другие тела, лучистая энергия частично поглощается ими, превращаясь снова в тепловую энергию (теплоту).

В практических условиях теплообмен осуществляется не одним каким-либо способом, а одновременно всеми. Такой теплообмен принято называть сложным.

Теплопроводность. Рассмотрим часто встречающуюся на практике передачу теплоты теплопроводностью через плоскую стенку. Процесс передачи теплоты будем считать стационарным, т.е. температура в различных точках стенки с течением времени не изменяется.

Следовательно, коэффициент теплопроводности представляет собой количество теплоты, передаваемое через стенку толщиной 1 м и площадью 1 м2 при разности температур 1 °С в течение 1 ч.

Коэффициент теплопроводности зависит от структуры, удельного веса, влажности и температуры вещества. При расчетах значения коэффициентов теплопроводности берут из справочников.

Рис. 1. Схема передачи теплоты через однослойную, стенку

Конвекция. Рассмотрим теплообмен конвекцией между жидкостью и стенкой.

Коэффициент теплоотдачи а может быть определен только опытным путем. Так как коэффициент теплоотдачи зависит от значительного количества факторов, для его определения требуется проведение большого числа опытов.

Для сокращения количества опытов разработана так называемая «теория подобия». Теория подобия дает возможность проводить опыты не на самих аппаратах, для которых нужно определить коэффициент теплоотдачи, а «а уменьшенных и упрощенных моделях, что требует меньших затрат и может быть выполнено в более короткие сроки.

Тепловое излучение. Передача теплоты излучением не требует непосредственного соприкосновения тел и может происходить при значительном расстоянии между ними.

Каждое тело непрерывно излучает и поглощает лучистую энергию. Лучистая энергия является результатом сложных молекулярных и внутримолекулярных процессов, порождаемых энергией других видов. Источником теплового излучения является тепловая энергия. Количество возникающей лучистой энергии зависит от физических свойств и температуры излучающего тела.

Излучение тел представляет собой электромагнитные колебания с длиной волны от долей микрона до десятков километров: космические, рентгеновы, ультрафиолетовые, световые, инфракрасные и другие лучи. Свойства этих лучей различны; для теплотехники представляют интерес такие лучи, которые поглощаются телами и энергия которых снова превращается в тепловую. Такими свойствами обладают световые и инфракрасные лучи, длины волн которых колеблются от 0,4 до 40 мкм.

Попадая на какое-либо тело, лучистая энергия частично поглощается им, частично отражается от него и частично проходит сквозь тело. Тело, полностью поглощающее попадающую на него лучистую энергию, называется абсолютно черным, полностью отражающее – абсолютно белым. Тела, которые полностью пропускают через себя лучистую энергию, называются прозрачными (или диатермичными).

Абсолютно черных и абсолютно белых тел в природе не существует. Поэтому обычно принято называть тела серыми. К абсолютно черным телам близки бархат, черное сукно и сажа, которые поглощают до 95-98% теплового излучения. К абсолютно белым телам близки полированные медь и алюминий, которые поглощают только 2-4% теплового излучения. Приме-

В теплотехнике, как было указано выше, часто происходит сложный теплообмен: например, между продуктами сгорания топлива и стенкой (топка парового котла, камера сгорания и цилиндр дизеля). При этом теплообмен осуществляется конвекцией и излучением.

Теплообмен излучением наиболее интенсивно происходит при температурах выше 600 °С; при меньших температурах теплота передается в основном конвекцией и теплопроводностью.

Многоатомные газы также способны излучать и поглощать лучистую энергию. В продуктах сгорания топлива содержатся трехатомные газы СОг и НгО, а также двухатомные N2, Ог и СО.

Газы излучают и поглощают лучистую энергию в определенных интервалах длин волн.

Закономерности излучения различных газов различны. Однако для упрощения практических расчетов количество энергии, излучаемой газом, принято определять по закону Стефана-Больц-мана. Степень черноты газов берется из таблиц или графиков.

В теплотехнике наиболее часто передача тепла от одной среды (греющей) к другой (нагреваемой) осуществляется через однослойную или многослойную стенку. Такой общий процесс передачи тепла может быть расчленен на несколько простейших процессов.

Рассмотрим процесс передачи тепла от греющей среды к нагреваемой через плоскую трехслойную стенку (рис. 2). Будем считать, что тепловой поток направлен слева направо, температура греющей среды (жидкости или газа) tu а температура нагреваемой среды (жидкости или газа) t2.

От греющей среды к поверхности первого слоя стенки теплота передается только конвекцией или конвекцией и излучением, через трехслойную стенку – теплопроводностью и, наконец, от третьего слоя стенки к нагреваемой среде- конвекцией. На всех указанных этапах передачи теплоты от греющей среды к нагреваемой тепловой поток будет одинаковым.

Коэффициент теплопередачи выражает собой количество теплоты, которое передается от греющей среды к нагреваемой череа стенку площадью 1 м2 при разности температур 1°С в течение 1 ч. Значение коэффициента теплопередачи для трехслойной стенки определяют по формуле

Рис. 2. Схема теплопередачи через трехслойную стенку

Теплообмен – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
Теплообмен всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой .
Когда температуры тел выравниваются, теплообмен прекращается.
Теплообмен может осуществляться тремя способами:

  1. теплопроводностью
  2. конвекцией
  3. излучением

Теплопроводность

Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
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.
Нагревание кастрюли на электрической плитке происходит через теплопроводность.
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 .
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 из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.

Конвекция

Конвекция – это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.
Пример явления конвекции : небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться. Это явление можно объяснить таким образом. 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.
При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.
Различают два вида конвекции:

  • естественная (или свободная)
Возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется. Наблюдается при перемешивании жидкости 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.

Излучение

Излучение – электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, находящимся при определенной температуре.
Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно черного тела, описывается законом Стефана – Больцмана.
Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.
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 и излучают 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.

Удельная теплоемкость вещества — формулы, определение, обозначение

Нагревание и охлаждение

Эти два процесса знакомы каждому. Вот нам захотелось чайку, и мы ставим чайник, чтобы нагреть воду. Или ставим газировку в холодильник, чтобы охладить.

Логично предположить, что нагревание — это увеличение температуры, а охлаждение — ее уменьшение. Все, процесс понятен, едем дальше.

Но не тут-то было: температура меняется не «с потолка». Все завязано на таком понятии, как количество теплоты. При нагревании тело получает количество теплоты, а при нагревании — отдает.

Количество теплоты — энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче.

Виу-виу-виу! Внимание!

Обнаружено новое непонятное слово — теплопередача.
Минуточку, давайте закончим с количеством теплоты.

В процессах нагревания и охлаждения формулы для количества теплоты выглядят так:

Нагревание

Q = cm(tконечная – tначальная)

Охлаждение

Q = cm(tначальная – tконечная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует и изменение температуры, о котором мы сказали выше, и удельная теплоемкость, речь о которой пойдет дальше.

А вот теперь поговорим о видах теплопередачи.

Виды теплопередачи

Теплопередача — процесс передачи теплоты (обмена энергией).

Здесь все совсем несложно, видов всего три: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Тот вид теплопередачи, который можно охарактеризовать, как способность тел проводить энергию от более нагретого тела к менее нагретому.

Речь о том, чтобы передать тепло с помощью соприкосновения. Признавайтесь, грелись же когда-нибудь возле батареи. Если вы сидели к ней вплотную, то согрелись вы благодаря теплопроводности. Обниматься с котиком, у которого горячее пузо, тоже эффективно.

Порой мы немного перебарщиваем с возможностями этого эффекта, когда на пляже ложимся на горячий песок. Эффект есть, только не очень приятный. Ну а ледяная грелка на лбу дает обратный эффект — ваш лоб отдает тепло грелке.

Конвекция

Когда мы говорили о теплопроводности, мы приводили в пример батарею. Теплопроводность — это когда мы получаем тепло, прикоснувшись к батарее. Но все вещи в комнате к батарее не прикасаются, а комната греется. Здесь вступает конвекция.

Дело в том, что холодный воздух тяжелее горячего (холодный просто плотнее). Когда батарея нагревает некий объем воздуха, он тут же поднимается наверх, проходит вдоль потолка, успевает остыть и спуститься обратно вниз — к батарее, где снова нагревается. Таким образом, вся комната равномерно прогревается, потому что все более горячие потоки сменяют все менее холодные.


Излучение

Пляж мы уже упоминали, но речь шла только о горячем песочке. А вот тепло от солнышка — это излучение. В этом случае тепло передается через волны.

Если мы греемся у камина, то получаем тепло конвекцией или излучением?🤔

Обоими способами. То тепло, которое мы ощущаем непосредственно от камина (когда лицу горячо, если вы расположились слишком близко к камину) — это излучение. А вот прогревание комнаты в целом — это конвекция.

Удельная теплоемкость: понятие и формула для расчета

Формулы количества теплоты для нагревания и охлаждения мы уже разбирали, но давайте еще раз:

Нагревание

Q = cm(tконечная – tначальная)

Охлаждение

Q = cm(tначальная – tконечная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

В этих формулах фигурирует такая величина, как удельная теплоемкость. По сути своей — это способность материала получать или отдавать тепло.

С точки зрения математики удельная теплоемкость вещества — это количество теплоты, которое надо к нему подвести, чтобы изменить температуру 1 кг вещества на 1 градус Цельсия:

Удельная теплоемкость вещества

c= Q/m(tконечная – tначальная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Также ее можно рассчитать через теплоемкость вещества:

Удельная теплоемкость вещества

c= C/m

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

C — теплоемкость вещества [Дж/˚C]

m — масса [кг]

Величины теплоемкость и удельная теплоемкость означают практически одно и то же. Отличие в том, что теплоемкость — это способность всего вещества к передаче тепла. То есть формулу количества теплоты для нагревания тела можно записать в таком виде:

Количество теплоты, необходимое для нагревания тела

Q = C(tконечная – tначальная)

Q — количество теплоты [Дж]

c — удельная теплоемкость вещества [Дж/кг*˚C]

m — масса [кг]

tконечная — конечная температура [˚C]

tначальная — начальная температура [˚C]

Онлайн-курсы физики в Skysmart не менее увлекательны, чем наши статьи!

Таблица удельных теплоемкостей

Удельная теплоемкость — табличная величина. Часто ее указывают в условии задачи, но при отсутствии в условии — можно и нужно воспользоваться таблицей. Ниже приведена таблица удельных теплоемкостей для некоторых (многих) веществ.

Газы

C, Дж/(кг·К)

Азот N2

1051

Аммиак Nh4

2244

Аргон Ar

523

Ацетилен C2h3

1683

Водород h3

14270

Воздух

1005

Гелий He

5296

Кислород O2

913

Криптон Kr

251

Ксенон Xe

159

Метан Ch5

2483

Неон Ne

1038

Оксид азота N2O

913

Оксид азота NO

976

Оксид серы SO2

625

Оксид углерода CO

1043

Пропан C3H8

1863

Сероводород h3S

1026

Углекислый газ CO2

837

Хлор Cl

520

Этан C2H6

1729

Этилен C2h5

1528

Металлы и сплавы

C, Дж/(кг·К)

Алюминий Al

897

Бронза алюминиевая

420

Бронза оловянистая

380

Вольфрам W

134

Дюралюминий

880

Железо Fe

452

Золото Au

129

Константан

410

Латунь

378

Манганин

420

Медь Cu

383

Никель Ni

443

Нихром

460

Олово Sn

228

Платина Pt

133

Ртуть Hg

139

Свинец Pb

128

Серебро Ag

235

Сталь стержневая арматурная

482

Сталь углеродистая

468

Сталь хромистая

460

Титан Ti

520

Уран U

116

Цинк Zn

385

Чугун белый

540

Чугун серый

470

Жидкости

Cp, Дж/(кг·К)

Азотная кислота (100%-ная) Nh4

1720

Бензин

2090

Вода

4182

Вода морская

3936

Водный раствор хлорида натрия (25%-ный)

3300

Глицерин

2430

Керосин

2085…2220

Масло подсолнечное рафинированное

1775

Молоко

3906

Нефть

2100

Парафин жидкий (при 50С)

3000

Серная кислота (100%-ная) h3SO4

1380

Скипидар

1800

Спирт метиловый (метанол)

2470

Спирт этиловый (этанол)

2470

Топливо дизельное (солярка)

2010

Задача

Какое твердое вещество массой 2 кг можно нагреть на 10 ˚C, сообщив ему количество теплоты, равное 7560 Дж?

Решение:

Используем формулу для нахождения удельной теплоемкости вещества:

c= Q/m(tконечная – tначальная)

Подставим значения из условия задачи:

c= 7560/2*10 = 7560/20 = 378 Дж/кг*˚C

Смотрим в таблицу удельных теплоемкостей для металлов и находим нужное значение.

Металлы и сплавы

C, Дж/(кг·К)

Алюминий Al

897

Бронза алюминиевая

420

Бронза оловянистая

380

Вольфрам W

134

Дюралюминий

880

Железо Fe

452

Золото Au

129

Константан

410

Латунь

378

Манганин

420

Медь Cu

383

Никель Ni

443

Нихром

460

Олово Sn

228

Платина Pt

133

Ртуть Hg

139

Свинец Pb

128

Серебро Ag

235

Сталь стержневая арматурная

482

Сталь углеродистая

468

Сталь хромистая

460

Титан Ti

520

Уран U

116

Цинк Zn

385

Чугун белый

540

Чугун серый

470

Ответ: латунь

Сравнение теплоотдачи радиаторов | Lammin

Теплоотдача радиаторов — показатель, который определяет эффективность системы обогрева жилых, производственных и офисных помещений. Она зависит от многих факторов и является важным критерием при выборе батарей.

Зависимость теплоотдачи от различных факторов

Теплоотдача или тепловая мощность отражает количество тепла, которое передается отопительным прибором в единицу времени. Она влияет на микроклимат в помещении и обеспечивает создание комфортных условий.

Первичные факторы

Величина тепловой мощности одной секции батареи указывается в технической документации, прилагаемой производителями оборудования для водяной системы отопления. Она зависит от следующих факторов:

  • Материала изготовления. Каждый металл имеет определенный коэффициент теплопроводности, влияющий на теплоотдачу. Самыми высокими показателями отличаются медь и серебро, но их не используют для производства батарей из-за значительной стоимости.
  • Температуры теплоносителя, циркулирующего в сети обогрева. Чем она выше, тем больше тепла отдает прибор отопления.
  • Площади теплообмена. Ее величина определяется особенностями конструкции радиаторов, количеством секций и габаритными размерами.

Чтобы повысить эффективность функционирования сети обогрева, можно остановить свой выбор на радиаторах из металла, который имеет более высокую теплопроводность. Среди материалов, используемых для массового производства батарей, таким является алюминий. Еще один способ ускорить нагрев воздуха в помещениях до комфортных показателей — увеличить температуру теплоносителя. Его можно использовать в автономных сетях частных домов, учитывая при этом технические характеристики радиаторов и условия эксплуатации.

Подбирая изделия по площади теплообмена, следует отдавать предпочтение моделям с большим межосевым расстоянием и с ребристой поверхностью, которая значительно повышает эффективность обогрева.

Вторичные факторы

На уровень тепловой мощности приборов отопления и скорость нагрева помещений влияют и другие факторы, среди которых:

  • месторасположение;
  • способ подключения;
  • цветовое решение и вид покрытия батарей;
  • климатическая зона.

Поскольку на окна может приходиться до 26% от общих потерь тепла, то самый оптимальный вариант размещения радиаторов — под ними. Такое расположение отопительных приборов способствует созданию тепловой завесы и позволяет уменьшить утечку тепла из помещения. Использование декоративных экранов, закрывающих батареи, снижает их эффективность на 5-7% при наличии снизу пространства для доступа воздуха, и на 20% — при его отсутствии.

В целом общая тепловая мощность приборов отопления, установленных в помещении, должна быть больше потерь тепла примерно на 10-20%. В этом случае обеспечивается поддержание в комнатах комфортной температуры без лишних затрат.

Способ подключения радиаторов определяется их типом. Наиболее эффективными считаются модели с боковым односторонним и диагональным подключением. Первый вариант востребован, если количество секций не превышает 12, а второй целесообразно использовать при подсоединении более габаритных батарей. Изменение способа подключения, как и повышение температуры теплоносителя или увеличение габаритных размеров помогает повысить уровень теплоотдачи. Прежде чем воспользоваться одним из этих методов, следует произвести перерасчет мощности.

Эффективность обогрева системы также зависит от наличия пыли на поверхности, циркуляции воздуха в помещении и способа отделки стены. Чем больше отражающие свойства поверхности, тем лучше теплоотдача.

Сравнение теплоотдачи

При выборе радиаторов по материалу изготовления недостаточно оценивать их возможности по величине теплоотдачи. Сравнение приборов нужно проводить, учитывая особенности отопительной сети и ее основные технические параметры.

Стальные

У стальных батарей наименьший показатель тепловой мощности среди аналогичных изделий из других металлов. Это обусловлено низким коэффициентом теплопроводности, которым отличается конструкционная сталь. Кроме того, панельные приборы отопления имеют небольшую площадь теплообмена, которую нельзя увеличить путем добавления секций. Такой вариант изменения габаритных размеров можно использовать только для секционных моделей из стали. Для них также характерно следующее:

  • чувствительность к составу теплоносителя и склонность к заиливанию при использовании загрязненной воды;
  • низкая стойкость к гидравлическим ударам;
  • образование коррозии при сливе рабочей среды.

Стальные приборы отопления целесообразно применять при обустройстве автономной сети отопления.

Чугунные

Коэффициент теплопроводности чугуна составляет 50-56 Вт/(м*К), поэтому приборы из этого металла отличаются большей эффективностью обогрева, чем стальные аналоги. Затрудняет передачу тепла и повышенная толщина стенок. Мощность моделей старого образца составляла 60-80 Вт, а у новых изделий она варьируется в пределах 140-160 Вт. Передача тепла в основном осуществляется путем излучения, а на конвекцию приходится не более 20%. Чугунные модели отличаются большим весом и хрупкостью, которая приводит к разрушению изделий под воздействием гидравлических ударов. Они медленно нагреваются и также остывают. Радиаторы из чугуна не чувствительны к качеству теплоносителя, способны выдерживать до 9 атм и востребованы в автономных системах отопления частных домов и загородных коттеджей.

Алюминиевые

Самая лучшая теплопроводность у алюминия: она составляет 230 Вт/(м*К). Поэтому по теплоотдаче алюминиевые батареи превосходят аналогичные свойства приборов отопления, выпускаемых из других материалов. Максимальная эффективность обогрева достигается благодаря особым свойствам металла и значительной полезной площади, увеличенной за счет оребрения поверхности. Передача тепла осуществляется путем конвекции и излучения.

Выбирая алюминиевые приборы отопления, нужно учитывать следующие недостатки изделий:

  • склонность к появлению коррозии из-за электрохимических процессов, причиной которых является низкое качество теплоносителя;
  • неспособность выдерживать гидравлические удары и рабочее давление выше 9 атм.

Их используют при прокладке автономных сетей для малоэтажных домов. Батареи из алюминия отличаются малым весом и предоставляют возможность подобрать модель с нужным количеством секций.

Биметаллические

Биметаллические приборы отопления представляют собой конструкцию, для изготовления которой служат два металла. В результате получают изделия, которые почти не уступают по уровню теплоотдачи аналогам из алюминия. Причина снижения эффективности заключается в особой конструкции. Сердечник производят из конструкционной стали, поэтому он отличается сравнительно небольшой теплопроводностью. Однако стальной элемент быстро нагревает алюминиевые панели, что обеспечивает интенсивное распространение тепла и высокую теплоотдачу. К другим преимуществам биметаллических радиаторов относятся:

  • устойчивость к появлению ржавчины и низкая чувствительность к качеству теплоносителя;
  • высокое рабочее давление, достигающее не менее 20-35 атм;
  • способность сохранять свои параметры при возникновении гидравлических ударов в сети;
  • простая форма, благодаря которой значительно упрощаются уход и обслуживание.

Биметаллические изделия можно устанавливать в автономных системах частных домов, но наиболее эффективно их использование в центральных сетях многоквартирных зданий. Сравнение радиаторов на примере продукции Lammin представлено в таблице.

Сравнение приборов отопления с межосевым расстоянием 350 мм

Вид батарей

Теплоотдача секции, Вт

Максимально допустимая температура, °C

Биметаллические Eco

110

110

Алюминиевые Eco

115

110

Биметаллические Premium

130

110

Алюминиевые Premium

135

110

Подбор радиаторов по тепловой мощности

После сравнения теплопередачи разных типов батарей и оценки условий эксплуатации изделий подбирают оптимальный вариант. Однако в техническом паспорте приборов отопления этот параметр указывается по отношению к одной секции или к их общему количеству. Чтобы выбрать радиатор, который оптимально подойдет для помещения по габаритным размерам, нужно провести предварительный расчет. Для этого нужно воспользоваться формулой, позволяющей определить нужное количество секций с учетом обогреваемой площади помещения и величины теплоотдачи одной секции.

Особенности радиаторов Lammin

Приборы отопления, выпускаемые компанией Lammin, представлены алюминиевыми и биметаллическими моделями двух серий — Eco и Premium. Для них характерен высокий показатель тепловой мощности, который достигается:

  • в изделиях из алюминия благодаря использованию уникального сплава, содержащего помимо основного металла добавки в виде цинка, железа и кремния;
  • в биметаллических моделях за счет особой конструкции, состоящей из стальных труб и алюминиевого корпуса с высоким коэффициентом теплопроводности.

Среди других преимуществ радиаторов Lammin можно выделить надежную защиту внутренней поверхности в виде прочного и гладкого слоя, препятствующего оседанию частиц. Их окрашивают методом двухступенчатой окраски, что позволяет сохранить привлекательный вид на протяжении длительного времени.

Показатели теплоотдачи и другие характеристики радиаторов Lammin с разным межосевым расстоянием приведены в таблице.

Тип батарей

Межосевое расстояние, мм

Показатель теплоотдачи 1 секции, Вт

Рабочая температура,

°C

Биметаллические Premium

350

130

110

Биметаллические Premium

500

153

110

Алюминиевые Premium

350

135

110

Алюминиевые Premium

500

165

110

Биметаллические Eco

350

110

110

Биметаллические Eco

500

139

110

Алюминиевые Eco

200

115

110

Алюминиевые Eco

350

115

110

Алюминиевые Eco

500

133

110

Теплообмен человека

Почему человеку бывает холодно, а лягушке даже на Монблане не нужен пуховик?  Согреет ли нас гусиная кожа, и за что производители одежды должны благодарить гомеостаз?

Кто из нас, взбираясь на гору с тяжеленным рюкзаком, не ворчал по поводу излишне теплой одежды? А потом, вечером, не пытался в ней же согреться у костра? Почему в одной и той же куртке может быть и холодно, и жарко, и как на ощущение климатического комфорта влияет температура окружающего воздуха или интенсивность физической активности? О том, почему греет одежда, мы рассказывали в статье «Кто согревает теплую одежду». В этой статье мы поговорим о том, почему человек вообще нуждается в одежде, и зачем она должна его греть.

Голландец Вим Хоф (Wim Hof) по прозвищу «Ледяной человек» (The Iceman) прославился своей слабой чувствительностью к холоду. Он установил несколько рекордов, связанных с продолжительностью пребывания человека в экстремально холодных условиях. Айсмен провел 72 минуты в емкости с холодной водой и льдом, взошел на французский Монблан босиком и совершил еще множество «хладнокровных» поступков, недоступных большинству простых людей.

В отличие от Вима Хофа, другое живое существо — обычная лягушка — на Монблан не забирается, но прочие низкотемпературные подвиги совершает постоянно, что, однако, не делает ее знаменитой. Можно, конечно, предположить, что Iceman, в отличие от лягушки, преуспел в вопросах PR, однако истина в другом. Лягушка, как и многие другие представители животного мира и рыб, является существом холоднокровным. Человек, наоборот, принадлежит к довольно большой теплокровной группе. Холодно- и теплокровные организмы приспосабливаются к среде и реагируют на изменение температурных условий по-разному.

Гомеостаз

В XIX веке французский медик Клод Бернар (Claude Bernard) вывел принципы, которые затем легли в основу теории гомеостаза. Согласно этой теории живой организм образует единую энергетическую систему с окружающей средой и стремится сохранить постоянство своей внутренней среды.

Эволюция предложила разные варианты обеспечения гармонии между организмом и окружающей средой. Например, уже знакомая нам лягушка хладнокровно решила, что температура ее тела будет практически такой же, как у воды и воздуха вокруг нее. В результате лягушка нормально живет при температуре ее собственного лягушачьего тела от 0 до 25 градусов по Цельсию. Животные подобные лягушке при сильном понижении температуры способны впадать в анабиоз — состояние, когда жизнедеятельность организма замедляется почти до полной остановки. Некоторые из таких животных, например сибирский углозуб, даже зимуют в глыбе льда, замерзая до весны вместе с водой, в которой они плавали. Такой способ приспособления к условиям окружающей среды называется конформационным.

Сибирский углозуб может зимовать в глыбе льда, замерзая вместе с водой, в которой плавал

Человек, в отличие от лягушки, нормально функционирует только если температура его собственного тела постоянна и не изменяется вслед за температурой окружающей среды. Этот способ адаптации называется регуляторным и достигается с помощью развитой физиологической системы терморегуляции, управляющей теплообменом. Эта система следит за внутренней температурой организма человека, и если она отклоняется от нормальных 37 ºС в ту или другую сторону, то запускаются механизмы коррекции. Дрожание на холоде или потение в жару — внешние проявления работы таких механизмов.

У обоих вариантов гомеостаза есть свои преимущества и недостатки. Холоднокровные животные меняют «стиль жизни» в зависимости от внешних условий и могут переносить низкие температуры в течение длительного времени, снижая свою активность практически до нуля. Теплокровные, наоборот, тратят значительные силы на поддержание стабильной внутренней температуры тела, но это дает им возможность сохранять обычную активность при довольно широком диапазоне внешних температур.

Теплообмен

Что же такое теплообмен? К чему все эти мучения с потением или, наоборот, что приятного в мурашках на коже?

Теплообмен — это перенос тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Такой процесс всегда имеет одно направление и необратим. То есть перенос тепла от нагретого утюга к брюкам возможен, а вот брюки нагретому утюгу передать тепло не смогут. Процесс теплообмена по своему принципу похож на поведение жидкости в сообщающихся сосудах: жидкость будет перетекать из одного сосуда в другой до тех пор, пока уровень жидкостей в двух сообщающихся сосудах не станет одинаковым. Так и тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому до тех пор, пока их температура не станет одинаковой.

Три вида теплообмена

Теплообмен принято делить на три вида: теплопроводность, лучистый теплообмен и конвекция.

1. Теплопроводность — это непосредственный перенос тепла от более нагретого к менее нагретому. Горячий кофе передает тепло чашке, а чашка — рукам. Это будет происходить до тех пор, пока температура напитка, чашки и рук не сравняется. И наоборот, если емкость с напитком холодна (например, фужер с коньяком), то тепло передается в обратном направлении — от рук к напитку. Именно благодаря теплопроводности хороший коньяк, нагреваясь, становится очень хорошим.

Холодные уши — вовсе не признак дурака. Так устроен любой человек

Человеческое тело отдает свое тепло не только коньяку, но и окружающей среде — воздуху или другим холодным предметам, с которыми человек соприкасается. Различные зоны человеческого тела делают это по-разному. Например, верхняя часть, особенно голова и шея, отдают много тепла, а ноги и участки тела с большим количеством подкожного жира — мало. Кстати, именно поэтому упитанные люди мерзнут меньше худых.

2. Лучистый теплообмен — это вариант теплообмена без непосредственного контакта тел. Так нас греет солнце или любой другой нагретый предмет, даже не прикасаясь к которому, мы можем сказать, что от него исходит жар.

Солнце греет нас на расстоянии благодаря лучистому теплообмену

3. Конвекция — вид теплообмена, осуществляемого движущимися потоками одного и того же вещества. Благодаря конвекции перемешивается вода в стоящем на огне чайнике. То же самое происходит с теплым воздухом под одеждой. Поднимаясь вдоль тела и выходя наружу, он уступает место воздуху с улицы, и мы начинаем мерзнуть.

Виды конвекции в чайнике и туристе

Роль механизмов регуляции теплообмена

Внутренняя температура тела человека поддерживается за счет теплопродукции — производства тепла в ходе обмена веществ и мышечной деятельности. Здоровый организм не замечает эту температуру, но даже небольшое — в половину градуса — ее изменение является поводом для того, чтобы забраться в постель, потребовать тишины, глинтвейна и оплаченного больничного листа.

Но не менее важна для человека и температура среды его обитания.

Голый человек способен продолжительно и эффективно функционировать лишь в довольно узком диапазоне температур окружающей среды — в районе 27 ºС. Если температура окружающей среды поднимается выше 27 градусов, возникает риск гипертермии (перегрева). В таких случаях система терморегуляции человека увеличивает теплоотдачу за счет испарения влаги, вырабатываемой потовыми железами. Кроме этого осуществляется перераспределение кровотока от внутренних органов к внешней поверхности тела.

И наоборот, когда температура окружающей среды заметно и продолжительно опускается ниже 27 градусов, организм включает механизмы терморегуляции, которые уменьшают потери тепла и увеличивают теплопродукцию.

К таким механизмам относятся:

  • Дрожание — быстрое непроизвольное сокращение мышц, в процессе которого выделяется тепло для согрева внутренних органов.

  • Отток крови от внешней, охлажденной поверхности тела. Такой отток не позволяет крови отдавать тепло, необходимое для работы внутренних органов. Этот эффект проявляется, в частности, как замерзание пальцев рук и ног.

  • Гусиная кожа — мурашки, которые вызываются напряжением микромыщц, отвечающих за положение волосков на коже. У человека это наследие предков является классическим атавизмом, но у наших прародителей эти мышцы поднимали шерсть, увеличивая высоту волосяного покрова. Это удерживало воздух у кожи, который как теплоизолятор уменьшал тепловые потери.

Однако возможности терморегуляции не безграничны, и при дальнейшем устойчивом понижении температуры среды возникает риск различных нарушений в функционировании организма, развиваются симптомы гипотермии (переохлаждения), появляется дискомфорт, чувство «замерзания». Поэтому когда температурные условия выходят за определенные границы, собственных возможностей организма становится недостаточно, и человеку требуется посторонняя помощь. Одним из главных помощников человека в обеспечении температурного комфорта является одежда. Как именно она помогает, читайте в материале «Кто согревает теплую одежду».

Резюме:

  • Способность человека поддерживать стабильное состояние организма при изменениях окружающей среды называется гомеостазом.

  • Человек — существо теплокровное и нормально функционирует лишь при внутренней температуре 37 ºС и внешней 27 ºС.

  • При изменении этих температур в ту или иную сторону включаются механизмы естественной терморегуляции человеческого организма, усиливающие или, наоборот, ослабляющие теплообмен.

  • Возможности естественной терморегуляции ограниченны, и при значительном изменении температуры окружающей среды человек может столкнуться с проблемами переохлаждения или перегрева.

  • Одежда является одним из основных способов обеспечения температурного комфорта в условиях широкого диапазона температур окружающей среды.

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение

Излучение

Излучение — электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, находящимся при определенной температуре.
Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно черного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.
Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.
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 и излучают 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.

Другие заметки по физике

Презентация на тему: ” ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ Это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее.” — Транскрипт:

2

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

3

Это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части. Само вещество не перемещается вдоль тела- переносится лишь энергия.

4

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

5

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

6

Хорошая теплопроводность металлов приносит пользу в быту.

7

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

8

Снег предохраняет озимые посевы от вымерзания.

9

В быту используется плохая теплопроводность: ручки чайников, подносы, посуда из закаленного стекла.

10

КОНВЕКЦИЯ

11

Это перенос тепла струями жидкости или газа. Конвекция в твердых телах и вакууме происходить не может

12

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

13

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

14

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

15

охлаждается корпус космического корабля, обеспечивается водяное охлаждение двигателей внутреннего сгорания.

16

Солнце нагревает Землю, моря, океаны. Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность, ни конвекция! Почему?

17

Как передаётся тепло от костра человеку, ведь теплопроводность воздуха мала, а конвекционные потоки направлены вверх?

18

передача энергии с помощью тепловых (инфракрасных) лучей.

19

Механизм излучения Нагретые тела излучают электромагнитные волны в различных диапазонах. Излучение может распространяться и в вакууме

20

Около 50% энергии излучаемой Солнцем является лучистой энергией, эта энергия – источник жизни на Земле.

21

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

22

В быту широко используют электрические обогреватели. ИЗЛУЧЕНИЕ

23

сушка и нагрев материалов, приборы ночного видения ( бинокли, оптические прицелы), создание системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Применение в технике

24

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОНВЕКЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЕ

25

Придумайте опыт по рисунку. Объясните наблюдаемое явление. Какой из воробьёв изображён летом, а какой- зимой?

26

Где и почему именно там размещают батареи в помещениях?

27

Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

28

Какой из чайников быстрее остынет?

29

Зачем самолёты красят серебряной краской?

30

Почему в одинаковых условиях металл на морозе кажется холоднее дерева и горячее – при нагреве? В какой обуви больше мёрзнут ноги зимой: в просторной или тесной? Объясните. t0Ct0C ρвρв 40С40С Почему водоёмы зимой не промерзают до дна? Попробуйте ответить, используя график изменения плотности воды с температурой. Зачем жители Средней Азии в жару носят ватные халаты и папахи? Деревянная ложка в стакане с горячей водой нагревается меньше, чем металлическая. Почему? В каком чайнике скорее нагреется вода: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь? (Чайники одинаковые)

31

Как образуются бризы? День Ночь Наблюдаются ли конвективные потоки у поверхности Луны? Марса? Что теплее: земля или воды океана? Днем? Ночью?

32

В какой одежде менее жарко летом: в белой или тёмной? Каким способом нагревается вода в ведре? А сами туристы? Как змея обнаруживает свою добычу?

33

Какие виды теплопередачи устраняет пробка? Вакуум? Зеркало? Зеркало Вакуум Пробка

Конвекция

Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.Пример явления конвекции: небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться. Это явление можно объяснить таким образом. 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.При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.Различают два вида конвекции:

естественная (или свободная)

Для того, чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу.Конвекция в твердых телах происходить не может.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. В твёрдых телах теплопередача может осуществляться путём

1) конвекции
2) излучения и конвекции
3) теплопроводности
4) конвекции и теплопроводности

2. Теплопередача путём конвекции может происходить

1) только в газах
2) только в жидкостях
3) только в газах и жидкостях
4) в газах, жидкостях и твёрдых телах

3. Каким способом можно осуществить теплопередачу между телами, разделёнными безвоздушным пространством?

1) только с помощью теплопроводности
2) только с помощью конвекции
3) только с помощью излучения
4) всеми тремя способами

4. Благодаря каким видам теплопередачи в ясный летний день нагревается вода в водоёмах?

1) только теплопроводность
2) только конвекция
3) излучение и теплопроводность
4) конвекция и теплопроводность

5. Какой вид теплопередачи не сопровождается переносом вещества?

1) только теплопроводность
2) только конвекция
3) только излучение
4) только теплопроводность и излучение

6. Какой(-ие) из видов теплопередачи сопровождается(-ются) переносом вещества?

1) только теплопроводность
2) конвекция и теплопроводность
3) излучение и теплопроводность
4) только конвекция

7. В таблице приведены значения коэффициента, который характеризует скорость процесса теплопроводности вещества, для некоторых строительных материалов.

В условиях холодной зимы наименьшего дополнительного утепления при равной толщине стен требует дом из

1) газобетона
2) железобетона
3) силикатного кирпича
4) дерева

8. Стоящие на столе металлическую и пластмассовую кружки одинаковой вместимости одновременно заполнили горячей водой одинаковой температуры. В какой кружке быстрее остынет вода?

1) в металлической
2) в пластмассовой
3) одновременно
4) скорость остывания воды зависит от её температуры

9. Открытый сосуд заполнен водой. На каком рисунке правильно изображено направление конвекционных потоков при приведённой схеме нагревания?

10. Воду равной массы нагрели до одинаковой температуры и налили в две кастрюли, которые закрыли крышками и поставили в холодное место. Кастрюли совершенно одинаковы, кроме цвета внешней поверхности: одна из них чёрная, другая блестящая. Что произойдёт с температурой воды в кастрюлях через некоторое время, пока вода не остыла окончательно?

1) Температура воды не изменится ни в той, ни в другой кастрюле.
2) Температура воды понизится и в той, и в другой кастрюле на одно и то же число градусов.
3) Температура воды в блестящей кастрюле станет ниже, чем в чёрной.
4) Температура воды в чёрной кастрюле станет ниже, чем в блестящей.

11. Учитель провёл следующий опыт. Раскалённая плитка (1) размещалась напротив полой цилиндрической закрытой коробки (2), соединённой резиновой трубкой с коленом U-образного манометра (3). Первоначально жидкость в коленах находилась на одном уровне. Через некоторое время уровни жидкости в манометре изменились (см. рисунок).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт излучения.
2) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт конвекции.
3) В процессе передачи энергии давление воздуха в коробке увеличивалось.
4) Поверхности чёрного матового цвета по сравнению со светлыми блестящими поверхностями лучше поглощают энергию.
5) Разность уровней жидкости в коленах манометра зависит от температуры плитки.

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Внутреннюю энергию тела можно изменить только в процессе теплопередачи.
2) Внутренняя энергия тела равна сумме кинетической энергии движения молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия.
3) В процессе теплопроводности осуществляется передача энергии от одних частей тела к другим.
4) Нагревание воздуха в комнате от батарей парового отопления происходит, главным образом, благодаря излучению.
5) Стекло обладает лучшей теплопроводностью, чем металл.

Оцените статью:

(0 голосов, среднее: 0 из 5)

Поделитесь с друзьями!

Методы теплопередачи | Безграничная физика

Теплопроводность – это передача тепла через физический контакт.

Цели обучения

Оцените, почему определенные характеристики необходимы для эффективной проводимости

Ключевые выводы

КЛЮЧЕВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  • В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда быстро движущиеся или вибрирующие атомы и молекулы взаимодействуют с соседними частицами, передавая часть своей кинетической энергии.
  • Теплопроводность является наиболее важной формой теплопередачи внутри твердого объекта или между твердыми телами, находящимися в тепловом контакте.
  • Проводимость наиболее значительна в твердых телах и меньше в жидкостях и газах из-за пространства между молекулами.
  • Скорость теплопередачи за счет теплопроводности зависит от разницы температур, размера площади контакта, толщины материала и тепловых свойств материала(ов), находящегося в контакте.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
  • теплопроводность : мера способности материала проводить тепло

Проводка

Теплопроводность — это передача тепла через неподвижное вещество посредством физического контакта.(Материя неподвижна в макроскопическом масштабе — мы знаем, что существует тепловое движение атомов и молекул при любой температуре выше абсолютного нуля.) Тепло, передаваемое от электрической плиты ко дну кастрюли, является примером теплопроводности.

Некоторые материалы проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. Например, подушка в вашей комнате может иметь ту же температуру, что и металлическая дверная ручка, но дверная ручка на ощупь холоднее. В общем, хорошие проводники электричества (такие металлы, как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества (дерево, пластик и резина) плохо проводят тепло.

Микроскопическое описание проводимости

В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда быстро движущиеся или вибрирующие атомы и молекулы взаимодействуют с соседними частицами, передавая часть своей кинетической энергии. Тепло передается за счет теплопроводности, когда соседние атомы вибрируют друг относительно друга или когда электроны перемещаются от одного атома к другому. Теплопроводность является наиболее важным средством передачи тепла внутри твердого тела или между твердыми телами, находящимися в тепловом контакте. Проводимость больше в твердых телах, потому что сеть относительно близких фиксированных пространственных отношений между атомами помогает передавать энергию между ними посредством вибрации.

Жидкости и газы обладают меньшей электропроводностью, чем твердые тела. Это связано с большим расстоянием между атомами в жидкости или (особенно) в газе: меньшее количество столкновений между атомами означает меньшую проводимость.

Микроскопическая иллюстрация проводимости : Молекулы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на поверхности контакта, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этом рисунке молекула в области более низких температур (справа) имеет низкую энергию до столкновения, но ее энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью.Напротив, молекула в области более высоких температур (левая сторона) имеет высокую энергию перед столкновением, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

(средняя) кинетическая энергия молекулы в горячем теле выше, чем в более холодном. При столкновении двух молекул происходит передача энергии от горячей молекулы к холодной (см. рисунок выше). Совокупный эффект от всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от горячего тела к более холодному. Таким образом, тепловой поток зависит от разницы температур [латекс]\текст{Т}=\текст{Т}_\текст{горячее}-\текст{Т}_\текст{холодное}[/латекс].Поэтому от кипятка вы получите более сильный ожог, чем от горячей водопроводной воды. И наоборот, если температуры одинаковы, чистая скорость теплопередачи падает до нуля и достигается равновесие. В связи с тем, что число соударений увеличивается с увеличением площади, теплопроводность зависит от площади поперечного сечения. Если вы коснетесь холодной стены ладонью, ваша рука остынет быстрее, чем если вы просто коснетесь ее кончиком пальца.

Факторы, влияющие на скорость теплопередачи посредством теплопроводности

Помимо температуры и площади поперечного сечения, еще одним фактором, влияющим на теплопроводность, является толщина материала, через который передается тепло.Перенос тепла с левой стороны на правую осуществляется за счет серии столкновений молекул. Чем толще материал, тем больше времени требуется для передачи того же количества тепла. Если вам станет холодно ночью, вы можете взять более толстое одеяло, чтобы согреться.

Влияние толщины на теплопроводность : Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольным стержнем. Температура материала: [латекс]\текст{Т}_2[/латекс] слева и [латекс]\текст{Т}_1[/латекс] справа, где [латекс]\текст{Т}_2 [/latex] больше, чем [latex]\text{T}_1[/latex].Скорость теплопередачи за счет теплопроводности прямо пропорциональна площади поверхности [латекс]\текст{А}[/латекс], разности температур [латекс]\текст{Т}_2-\текст{Т}_1[/латекс] , и проводимость вещества [латекс]\текст{к}[/латекс]. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине [латекс]\текст{d}[/латекс].

Наконец, скорость теплопередачи зависит от свойств материала, описываемых коэффициентом теплопроводности. Все четыре фактора включены в простое уравнение, которое было выведено и подтверждено экспериментами.Скорость кондуктивной теплопередачи через пластину материала, такую ​​как на рисунке выше, определяется как [латекс]\frac{\text{Q}}{\text{t}}=\frac{\text{kA }(\text{T}_2−\text{T}_1)}{\text{d}}[/latex], где [latex]\text{Q}/\text{t}[/latex] – скорость теплопередачи в Джоулях в секунду (Ватт), [latex]\text{k}[/latex] — теплопроводность материала, [latex]\text{A}[/latex] и [latex]\text{ d}[/latex] — его площадь поверхности и толщина, а [latex]\left(\text{T}_2−\text{T}_1\right)[/latex] — разность температур на плите.

Конвекция — это передача тепла макроскопическим движением жидкости, такой как двигатель автомобиля, который охлаждается водой в системе охлаждения.

Цели обучения

Проиллюстрировать механизмы конвекции с фазовым переходом

Ключевые выводы

КЛЮЧЕВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  • Конвекция обусловлена ​​крупномасштабным потоком вещества в жидкостях. Твердые тела не могут передавать тепло путем конвекции.
  • Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с повышением температуры.Этот принцип применим в равной степени к любой жидкости.
  • Конвекция может передавать тепло намного эффективнее, чем теплопроводность. Воздух — плохой проводник и хороший изолятор, если пространство достаточно маленькое, чтобы предотвратить конвекцию.
  • Конвекция часто сопровождает фазовые переходы, например, когда пот испаряется с вашего тела. Этот массовый поток при конвекции позволяет человеку охлаждаться, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

естественная конвекция : Метод переноса тепла.Жидкость, окружающая источник тепла, получает тепло, становится менее плотной и поднимается вверх. Окружающая, более холодная жидкость перемещается, чтобы заменить ее. Затем эта более холодная жидкость нагревается, и процесс продолжается, образуя конвекционный поток.

положительная обратная связь : петля обратной связи, в которой выходной сигнал системы усиливается с чистым положительным усилением в каждом цикле.

Пример

Расчет теплопередачи конвекцией: конвекция воздуха через стены дома.

Большинство домов негерметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через трещины и щели, по проводке к выключателям и розеткам и так далее.Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час.

Предположим, что дом среднего размера имеет внутренние размеры 12,0 м × 18,0 м × 3,00 м в высоту и весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в единицу времени в ваттах, необходимую для нагрева поступающего холодного воздуха на 10,0 ºC, заменив, таким образом, тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия:

Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы [латекс]\текст{Q}=\текст{mc}\Delta\text{T}[/латекс].Тогда скорость теплопередачи равна [латекс]\текст{Q}/\текст{t}[/латекс], где [латекс]\текст{t}[/латекс] — время оборота воздуха. Нам дано, что [латекс]\Delta\text{T}[/латекс] составляет 10,0ºC, но мы все еще должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить [латекс]\текст{Q}[ /латекс]. Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельной теплоемкости азота и кислорода, которое составляет [латекс]\text{c}=\text{cp}\cong1000 \text{J}/\text{kg}\cdot\ text{C}[/latex] (обратите внимание, что для этого процесса необходимо использовать удельную теплоемкость при постоянном давлении).6 \text{Дж}}{1800 \текст{с}}=4,64 \текст{кВт}[/латекс].

Эта скорость теплопередачи равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью 100-ваттными лампочками.

Недавно построенные дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не 30 минут для дома в этом примере. Обычно используются зачистка от атмосферных воздействий, уплотнение и улучшенные уплотнители окон. В очень холодном (или жарком) климате иногда принимаются более экстремальные меры для достижения жесткого стандарта более 6 часов на один оборот воздуха.Еще более длительное время оборота вредно для здоровья, поскольку для снабжения кислородом для дыхания и разбавления бытовых загрязнителей требуется минимальное количество свежего воздуха. Термин, используемый для обозначения процесса проникновения наружного воздуха в дом через щели вокруг окон, дверей и фундамента, называется «инфильтрацией воздуха».

Конвекция

Конвекция (показана на ) — это согласованное коллективное движение ансамблей молекул внутри жидкостей (например, жидкостей, газов). Конвекция массы не может происходить в твердых телах, так как в твердых телах не может происходить ни объемного течения, ни значительной диффузии.Вместо этого диффузия тепла в твердых телах называется теплопроводностью, которую мы только что рассмотрели.

Конвекционные камеры : Конвекционные камеры в гравитационном поле.

Конвекция управляется крупномасштабным потоком вещества. В случае Земли атмосферная циркуляция вызвана потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам. (Обратите внимание, что вращение Земли вызывает изменения направления воздушного потока в зависимости от широты.). Примером конвекции является автомобильный двигатель, охлаждаемый потоком воды в системе охлаждения, при этом водяной насос поддерживает поток холодной воды к поршням.

Хотя конвекция обычно более сложна, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и выполнить некоторые простые, реалистичные расчеты ее эффектов. Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с повышением температуры. Этот принцип применим в равной степени к любой жидкости.Например, кастрюля с водой на плите согревается таким образом; океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую.

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

Конвекция и изоляция

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

Конвекция и фазовые превращения

Некоторые интересные явления происходят, когда конвекция сопровождается изменением фазы.Он позволяет нам охлаждаться за счет потоотделения, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Тепло от кожи требуется для того, чтобы пот испарился с кожи, но без притока воздуха воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим воздухом, и таким образом продолжается испарение.

Другой важный пример комбинации фазового перехода и конвекции возникает при испарении воды из океана. Тепло отводится от океана при испарении воды.Если водяной пар конденсируется в виде капель жидкости при образовании облаков, в атмосферу выделяется тепло (это выделение тепла является скрытой теплотой). Таким образом, происходит общий перенос тепла из океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков — огромных кучевых облаков, поднимающихся в стратосферу на высоту до 20,0 км. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии, и эта энергия позволяет воздуху становиться более плавучим (теплее, чем его окружение) и подниматься вверх.По мере того, как воздух продолжает подниматься, образуется больше конденсата, который, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, так как процесс усиливает и ускоряет сам себя. Эти системы иногда вызывают сильные бури с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы.

Кучевые облака : Кучевые облака образуются из-за водяного пара, который поднимается из-за конвекции. Подъем облаков управляется механизмом положительной обратной связи.

Радиация

Излучение – это передача тепла посредством электромагнитной энергии

Цели обучения

Объясните, как энергия электромагнитного излучения соответствует длине волны

Ключевые выводы

КЛЮЧЕВЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  • Энергия электромагнитного излучения зависит от длины волны (цвета) и изменяется в широких пределах: меньшей длине волны (или более высокой частоте) соответствует более высокая энергия.4[/latex], где [латекс]\ сигма=5.{4}}[/latex] — постоянная Стефана-Больцмана, [latex]\text{A}[/latex] — площадь поверхности объекта, а [latex]\text{T}[/latex] — его абсолютная температура в кельвинах.
  • Чистая скорость теплопередачи связана с температурой объекта и температурой его окружения. Чем больше разница, тем выше чистый тепловой поток.
  • Температура объекта очень важна, потому что испускаемое излучение пропорционально этой величине в четвертой степени.
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ
  • черное тело : Теоретическое тело, аппроксимируемое отверстием в полой черной сфере, которое поглощает все падающее электромагнитное излучение и не отражает его; имеет характерный спектр излучения.
  • излучательная способность : Склонность поверхности к излучению энергии, обычно измеряемая на определенной длине волны.

Радиация

Вы можете почувствовать передачу тепла от огня или солнца. Тем не менее пространство между Землей и Солнцем в значительной степени пусто, без какой-либо возможности передачи тепла путем конвекции или теплопроводности.Точно так же вы можете сказать, что духовка горячая, не прикасаясь к ней и не заглядывая внутрь — она просто согревает вас, когда вы проходите мимо.

В этих примерах тепло передается излучением. Горячее тело излучает электромагнитные волны, которые поглощаются нашей кожей, и для их распространения не требуется никакой среды. Мы используем разные названия для электромагнитных волн разных длин волн: радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи.

Излучение от пожара : Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение.Видимый свет, хотя и драматический, передает относительно небольшую тепловую энергию. Конвекция передает энергию от наблюдателей по мере подъема горячего воздуха, в то время как проводимость здесь пренебрежимо медленная. Кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, поэтому вы можете почувствовать присутствие огня, не глядя на него прямо.

Энергия электромагнитного излучения зависит от его длины волны (цвета) и изменяется в широких пределах; меньшая длина волны (или более высокая частота) соответствует более высокой энергии.Мы можем записать это как:

[латекс]\текст{E}=\текст{hf}=\frac{\text{hc}}{\lambda}[/latex]

, где [латекс]\текст{E}[/латекс] — энергия, [латекс]\текст{f}[/латекс] — частота, [латекс]\лямбда[/латекс] — длина волны, а [латекс ]\text{h}[/latex] — константа.

Поскольку при более высоких температурах излучается больше тепла, изменение температуры сопровождается изменением цвета. Например, электрический элемент в печи светится от красного до оранжевого, а высокотемпературная сталь в доменной печи светится от желтого до белого.Излучение, которое вы чувствуете, в основном инфракрасное, температура которого еще ниже.

Излучаемая энергия зависит от ее интенсивности, которая представлена ​​высотой распределения.

Спектр излучения: (а) График спектров электромагнитных волн, излучаемых идеальным излучателем при трех различных температурах. Интенсивность или скорость испускания излучения резко возрастает с температурой, а спектр смещается в сторону видимой и ультрафиолетовой частей спектра.Заштрихованная часть обозначает видимую часть спектра. Очевидно, что сдвиг в сторону ультрафиолета с температурой приводит к смещению видимого изображения от красного к белому и к синему при повышении температуры. (b) Обратите внимание на изменения цвета, соответствующие изменениям температуры пламени.

Теплообмен

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение. Скорость передачи тепла излучением во многом определяется цветом объекта. Черный — самый эффектный, а белый — наименее.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают носить черную одежду. Точно так же черный асфальт на парковке будет жарче, чем соседний серый тротуар в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем серый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем серый. Так, в ясную летнюю ночь асфальт будет холоднее серого тротуара, потому что черный излучает энергию быстрее, чем серый.

Идеальный излучатель, часто называемый черным телом, имеет тот же цвет, что и идеальный поглотитель, и улавливает все падающее на него излучение.Напротив, белый — плохой поглотитель, а также плохой излучатель. Белый предмет отражает все излучение, как зеркало. (Совершенно отполированная белая поверхность выглядит зеркально, а разбитое зеркало выглядит белым.)

Между температурой идеального излучателя и длиной волны, при которой он испускает наибольшее количество излучения, существует хитрая связь. Он называется законом смещения Вина и определяется как:

[латекс]\lambda_max\text{T}=\text{b}[/латекс]

, где [латекс]\текст{b}[/латекс] — константа, равная [латекс]2.{-3} \text{m}\cdot\text{K}[/latex].

Серые объекты обладают одинаковой способностью поглощать все части электромагнитного спектра. Цветные объекты ведут себя похожим, но более сложным образом, что придает им определенный цвет в видимом диапазоне и может делать их особенными в других диапазонах невидимого спектра. Возьмем, к примеру, сильное поглощение инфракрасного излучения кожей, что позволяет нам быть очень чувствительными к нему.

Хорошие и плохие излучатели : Черный предмет является хорошим поглотителем и хорошим излучателем, а белый (или серебристый) предмет – плохим поглотителем и плохим излучателем.{4}}[/latex] — постоянная Стефана-Больцмана, A — площадь поверхности объекта, T — его абсолютная температура в градусах Кельвина. Символ e обозначает коэффициент излучения объекта, который является мерой того, насколько хорошо он излучает. У идеального угольно-черного (или черного тела) излучателя [латекс]\текст{e}=1[/латекс], тогда как у идеального рефлектора [латекс]\текст{е}=0[/латекс]. Реальные объекты попадают между этими двумя значениями. Например, нити накаливания вольфрамовой лампочки имеют [латекс]\текст{е}[/латекс] около 0,5, а сажа (материал, используемый в тонерах для принтеров) имеет (наибольшую известную) излучательную способность около 0.99.

Интенсивность излучения прямо пропорциональна четвертой степени абсолютной температуры — очень сильная температурная зависимость. Кроме того, излучаемое тепло пропорционально площади поверхности объекта. Если расколоть угольки костра, произойдет заметное увеличение излучения из-за увеличения площади излучающей поверхности.

Чистая скорость теплопередачи

Чистая скорость передачи тепла излучением (поглощение минус излучение) связана как с температурой объекта, так и с температурой окружающей его среды.4)[/латекс]

, где e — коэффициент излучения только объекта. Другими словами, не имеет значения, является ли окружение белым, серым или черным; баланс излучения в объект и из него зависит от того, насколько хорошо он излучает и поглощает излучение. Когда [латекс]\текст{Т}_2>\текст{Т}_1[/латекс], количество [латекс]\текст{Q}_\текст{нет}/\текст{т}[/латекс] положительно ; то есть чистая передача тепла происходит от более горячих объектов к более холодным объектам.

 

Как передается тепло? Проводимость — Конвекция — Излучение

Что такое тепло?

Вся материя состоит из молекул и атомов.Эти атомы всегда находятся в разных видах движения (поступательном, вращательном, колебательном). Движение атомов и молекул создает тепло или тепловую энергию. Вся материя обладает этой тепловой энергией. Чем большее движение имеют атомы или молекулы, тем больше тепла или тепловой энергии они будут иметь.

Это анимация, сделанная из короткого молекулярно-динамического имитация воды. Зеленые линии представляют собой водородные связи между кислородом и водород. Обратите внимание на плотную структуру воды

Водородные связи намного слабее, чем ковалентная связь.Однако при большом количестве водорода облигации действуют в унисон, они окажут сильный сопутствующий эффект. В этом случае в воде показано здесь.

Жидкая вода частично заказана структура, в которой постоянно образуются и распадаются водородные связи. Из-за короткого промежутка времени (порядка нескольких пикосекунд) мало связей

Что такое температура?

Из приведенного выше видео, показывающего движение атомов и молекул, видно, что одни из них движутся быстрее, чем другие.Температура – ​​это среднее значение энергии для всех атомов и молекул в данной системе. Температура не зависит от количества вещества в системе. Это просто среднее значение энергии в системе.

Как передается тепло?

Тепло может перемещаться из одного места в другое тремя способами: проводимостью, конвекцией и излучением. И теплопроводность, и конвекция требуют вещества для передачи тепла.

Если между двумя системами существует разница температур, тепло всегда найдет способ перейти от более высокой системы к более низкой.

ПРОВОДНИК-

Теплопроводность – это передача тепла между веществами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Чем лучше проводник, тем быстрее будет передаваться тепло. Металл хорошо проводит тепло. Проводимость возникает, когда вещество нагревается, частицы получают больше энергии и сильнее вибрируют. Затем эти молекулы сталкиваются с соседними частицами и передают им часть своей энергии.Затем это продолжается и передает энергию от горячего конца к более холодному концу вещества.

КОНВЕКЦИЯ

Тепловая энергия передается от горячих мест к холодным путем конвекции. Конвекция возникает, когда более теплые области жидкости или газа поднимаются к более холодным областям жидкости или газа. Более холодная жидкость или газ занимают место более теплых областей, которые поднялись выше. Это приводит к непрерывной схеме циркуляции.Вода, кипящая в кастрюле, является хорошим примером этих конвекционных потоков. Другой хороший пример конвекции находится в атмосфере. Поверхность земли прогревается солнцем, теплый воздух поднимается вверх, а внутрь поступает прохладный.

ИЗЛУЧЕНИЕ-

Излучение — это метод теплопередачи, который не зависит от какого-либо контакта между источником тепла и нагретым объектом, как в случае теплопроводности и конвекции. Тепло может передаваться через пустое пространство с помощью теплового излучения, часто называемого инфракрасным излучением.Это тип электромагнитного излучения . В процессе излучения не происходит обмена масс и не требуется никакой среды. Примерами излучения является тепло от солнца или тепло, выделяемое нитью накаливания лампочки.

 

ИСТОЧНИКИ И ВЫБОР ЧИТАТЕЛЯ —

Тепло и температура от Cool Cosmo — НАСА

Вот хороший апплет, показывающий движение молекул — вы можете контролировать температуру и видеть в этом апплете, как меняются движения молекул.

Важные температуры в кулинарии и кулинарных навыках

Разница между кондуктивной конвекцией и излучением

Когда мы хотим обсудить разницу между проводимостью, конвекцией и излучением, все эти факторы связаны с передачей тепла. Теплопроводность – это процесс передачи тепла посредством прямого контакта. Конвекция — это способ передачи тепла, который включает движение молекул. Излучение — это способ передачи тепла посредством электромагнитных волн

.

Что такое проводимость?

Теплопроводность – это процесс передачи тепла через непосредственный контакт вещества из-за градиента температуры.Способ теплопередачи очень распространен в твердых телах и незначителен в жидкостях. Теплопередача переходит от одной частицы к другой, в то время как вещество остается бездействующим. Режим теплообмена происходит в однородных непроводящих твердых телах.

Проще говоря, всякий раз, когда два объекта находятся в непосредственном контакте друг с другом, будет происходить передача тепла от более горячего объекта к более холодному благодаря теплопроводности. Далее, объекты, которые позволяют теплу легко проходить через них, называются проводниками.Происходит в твердых телах за счет молекулярных столкновений. Он использует нагретое твердое вещество для переноса. Это происходит из-за разницы температур. Это медленный процесс. Оно не подчиняется никакому закону отражения или преломления.

Примеры ситуации с проводимостью:

  1. Прикосновение к горящей плите
  2. Ощущение прохлады от кубиков льда
  3. Вскипятить воду, вставив в нее раскаленный кусок железа

Что такое конвекция?

Конвекция — это способ теплопередачи, который включает движение молекул от горячей температуры к более низкой температуре.Режим теплопередачи довольно распространен в жидкостях. Способ теплопередачи происходит естественным или даже может быть принудительным. Естественная конвекция управляется гравитацией.

Гравитация играет большую роль в естественной конвекции, когда вещество нагревается снизу, что приводит к расширению более горячей части. За счет плавучести более горячее вещество поднимается вверх, так как оно менее плотное, а более холодное заменяет его, опускаясь на дно, за счет большой плотности, которое при нагревании движется вверх, и процесс продолжается.При конвекции при нагревании вещества его молекулы рассеиваются и расходятся.

Примеры ситуаций с конвекцией:

  1. Иногда мы наблюдаем изменения в воздухе, иногда жарко, когда температура высокая, а иногда прохладно, когда ожидается дождь.

Что такое радиация?

Излучение — это способ передачи тепла, который происходит посредством электромагнитных волн без участия какой-либо среды. Тепло не требует физического контакта для передачи потока частиц.Однако способ передачи тепла следует закону отражения и закону преломления. Обычно это происходит из-за небольшого повышения температуры. Это происходит во всех состояниях вещества.

 Всякий раз, когда вы чувствуете тепло, не касаясь предмета, это происходит из-за излучения. Более того, цвет, ориентация поверхности и т. д. — это некоторые свойства поверхности, от которых сильно зависит излучение.

В этом процессе энергия передается через электромагнитные волны, называемые лучистой энергией.Горячие объекты обычно излучают тепловую энергию в более прохладное окружение. Лучистая энергия способна перемещаться в вакууме от источника к более холодным местам.

Примеры ситуаций с излучениями:

  1. Тепло от солнца, согревающего ваше лицо
  2. Тепло от лампочки
  3. Тепло от огня

Разница между теплопроводностью, конвекцией и излучением

ПРОВОДНИК КОНВЕКЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЕ
Теплопроводность объясняет процесс передачи тепла между объектами путем прямого контакта. Конвекция относится к форме теплопередачи, при которой передача энергии происходит внутри жидкости. Излучение помогает в механизме передачи тепла без какого-либо физического контакта между объектами.
Теплопроводность помогает теплу перемещаться между объектами, находящимися в прямом контакте. Конвекция помогает теплу проходить через жидкости. Радиация помогает теплу течь через пустые пространства.
Возникает в твердых телах в результате молекулярных столкновений. Происходит в жидкостях из-за фактического течения материи. Происходит на расстоянии и не нагревает промежуточное вещество.
Используется нагретое твердое вещество для переноса. Используется промежуточное вещество. Использует электромагнитные волны.
Это вызвано разницей температур. Это происходит из-за разницы в плотности Возникает от всех объектов, при температуре выше 0 К.
Это медленный процесс Это медленный процесс Это быстрый процесс
Не подчиняется законам отражения или преломления Не следует ни одному закону отражения или преломления Это следует закону отражения или преломления
1. Прикосновение к плите, когда она горит 2. Ощущение прохлады от кубиков льда 3. Вскипятить воду, просунув в нее раскаленную железку. Иногда мы наблюдаем изменения в воздухе, иногда жарко, когда температура высокая, а иногда прохладно, когда ожидается дождь. 1. Солнечное тепло согревает лицо 2. Тепло от лампочки 3. Тепло от костра 4. Тепло от чего-либо еще теплее, чем его окружение.

Заключение

Термодинамика изучает теплоперенос и связанные с ним изменения. Теплопроводность есть не что иное, как передача тепла от более горячей части к более холодной. Конвекция – это передача тепла за счет движения жидкости вверх и вниз. Излучение возникает, когда тепло проходит через пустое пространство.https://www.youtube.com/watch?v=HpCvWuvCUoA


NWS JetStream – Передача тепловой энергии

Источником тепла для нашей планеты является Солнце. Энергия солнца передается через космос и через земную атмосферу на земную поверхность. Поскольку эта энергия нагревает поверхность земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Существует три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:

  • излучение
  • проводимость
  • конвекция

Радиация

Если вы стояли перед камином или возле костра, вы чувствовали передачу тепла, известную как излучение.Ближайшая к огню сторона вашего тела нагревается, в то время как другая сторона остается незатронутой жаром. Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с этой передачей тепла. Точно так же работают лампы накаливания, которые поддерживают температуру пищи. Радиация – это перенос тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.

Большая часть электромагнитного излучения, поступающего на Землю от Солнца, невидима. Только небольшая часть приходит как видимый свет. Свет состоит из волн разной частоты.Частота — это количество повторений события в течение заданного времени. В электромагнитном излучении его частота – это количество электромагнитных волн, проходящих мимо точки каждую секунду.

Наш мозг интерпретирует эти разные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Солнечные волны, которые мы не видим, — это инфракрасные волны, частота которых ниже, чем у красного, и ультрафиолетовые волны, частота которых выше, чем у фиолетового света.[подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла в нашем теле.

Большая часть солнечной радиации поглощается атмосферой, а большая часть того, что достигает земной поверхности, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, такие как асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета. Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем более светлые объекты.

Урок: тает в сумке, а не в руке

Проводка

Теплопроводность – это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества.Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретым на плите? Через некоторое время ручка ложки станет горячей.

Это связано с передачей тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются вместе, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.

Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.

Конвекция

Конвекция – это передача тепловой энергии в жидкости.Этот тип нагрева чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.

Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечные лучи падают на землю, нагревая скалы. По мере того, как температура породы повышается из-за теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. По мере подъема пузырек остывает, а тепло, содержащееся в пузыре, уходит в атмосферу.

По мере того, как горячая воздушная масса поднимается, воздух заменяется окружающим более холодным и плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальными кучевыми облаками, или большими циклами в тропосфере, охватывающими большие участки земли. Конвекционные потоки ответственны за многие погодные условия в тропосфере.

Краткие факты

Не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца вызывает солнечные ожоги, которые приводят к раку кожи.Солнечное тепло не приводит к солнечному ожогу.

По данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, достигающих земли: ультрафиолетовых лучей А (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB). Чрезмерное воздействие любого из них может привести к раку кожи. Каждый из этих лучей не только вызывает рак кожи, но и делает следующее:

  • Лучи UVA могут преждевременно состарить кожу, вызывая появление морщин и пигментных пятен, и могут проникать через оконное стекло.
  • Лучи UVB являются основной причиной солнечных ожогов и блокируются оконным стеклом.

Безопасного способа загара не существует. Сюда входит излучение от искусственных источников, таких как солярии и солнечные лампы. Каждый раз, когда вы загораете, вы повреждаете кожу. По мере накопления этого повреждения вы ускоряете старение кожи и увеличиваете риск развития всех видов рака кожи.

Даже в пасмурные дни ультрафиолетовое излучение может проходить сквозь облака и вызывать солнечные ожоги, если вы достаточно долго находитесь на открытом воздухе.

Разница между теплопроводностью, конвекцией и излучением в табличной форме

Существует три режима теплопередачи, теплопроводности, конвекции и излучения.В процессе кондуктивности теплопередача от горячего тела к холодному за счет свободных электронов. При конвекции теплопередача происходит за счет собственно движения молекул, а при излучении теплопередача осуществляется в виде электромагнитных волн.
Существует три различных способа передачи тепла. Если вы узнаете разницу между проводимостью, конвекцией и излучением, то вы находитесь в правильном месте. Итак, побудьте с нами несколько минут.

Проводка Конвекция Радиация
Теплопередача путем теплопроводности — это процесс, при котором тепло передается от горячего тела к холодному за счет свободных электронов. Конвекционная теплопередача – это процесс, при котором теплопередача в жидкостях происходит за счет фактического движения молекул. Излучение – это процесс теплопередачи, при котором тепло передается без какой-либо среды или напрямую.
Возникает из-за разницы температур. Это происходит из-за разницы в плотности. Происходит во всех объектах, при температуре выше 0К.
Встречается только в твердых телах. Встречается в жидкостях и газах (флюидах). Возникает во всех твердых телах, жидкостях и газах при температуре выше ок или абсолютной температуры.
Этот процесс имеет низкую скорость. Это также медленный процесс. Это быстрый процесс.
Проводимость не подчиняется законам отражения. Конвекция, как и теплопроводность, не подчиняется законам отражения. Как и два других вида теплопередачи, проводимости и конвекции, излучение также не подчиняется законам отражения.

Что такое теплопроводность?

Передача тепла через тело, не связанная с излучением или потоком материала. В газах перенос вызван столкновениями между молекулами с более высокой энергией в областях с более высокими температурами с молекулами с более низкой энергией в соседних более холодных областях.

Как происходит теплопроводность?

В диэлектрических твердых телах колебания молекул передаются через тело подобно волнам в результате упругой связи между частицами.
Эти волны имеют ту же природу, что и звук, но имеют гораздо более высокие частоты, а их энергии квантуются как фононы.
В результате фононы переносят больше энергии от более горячих частей к более холодным, чем наоборот.
Теории теплопроводности рассматривают фононы, как если бы они были молекулами газа, движущимися в пространстве, занимаемом твердым телом, и рассеянными неровностями материала.
Проводимость в неметаллических жидкостях имеет промежуточный характер между проводимостью в твердых телах и в газах.
См. также: Теплопроводность

Что такое конвекция тепла?

Процесс передачи тепла в жидкости за счет движения самой жидкости. Существует два типа конвекции тепла:

  • Естественная или свободная конвекция: Когда движение жидкости обусловлено исключительно присутствием в ней горячего тела, вызывающего градиенты температуры и, следовательно, плотности, жидкость таким образом движется под действием силы тяжести.
  • Принудительная конвекция: В этом типе конвекции относительное движение между горячим телом и жидкостью поддерживается некоторым внешним фактором.

См. также: Конвекционный ток

Что такое тепловое излучение?

Излучение — один из способов теплопереноса, при котором тепло передается непосредственно в виде волн. Тепло, достигаемое на Земле от Солнца, является примером радиационного переноса тепла.
См. Также: Излучение абсолютно черного тела

Посмотрите видео, чтобы узнать о разнице между методами теплопередачи теплопроводностью, конвекцией и излучением.
Похожие темы

примеров конвекции в повседневной жизни


В этом посте вы узнаете о конвекции тепла и примерах конвекции.
Если вы хотите получить выгоду от этого поста, вам понравится этот пост.
Комплектация:

  • Определение конвекции
  • Примеры
  • Приложения
  • Еще лот…

Продолжайте читать…
W
Перенос тепла путем фактического движения молекул из горячего места в холодное называется конвекцией. Морской бриз, бриз с суши и конвекционное течение – вот несколько примеров конвекции. Конвекция происходит только в жидкостях и газах.
Жидкости и газы являются плохими проводниками тепла. Однако передача тепла через жидкости (жидкости или газы) легко осуществляется другим методом, называемым конвекцией.
Почему надутый горячим воздухом воздушный шар, показанный на рисунке .поднимается вверх? жидкость или газ становятся легче (менее плотными) по мере расширения при нагревании. Горячая жидкость или газ поднимается вверх над нагретой поверхностью. Более холодная жидкость или газ из окружающей среды заполняет места, которые, в свою очередь, нагреваются. Таким образом, вся жидкость нагревается. Поэтому передача тепла через жидкости происходит за счет фактического движения нагретых молекул от горячих частей жидкости к холодным.

Конвекция тепла в жидкостях

В отличие от твердых частиц частицы в жидкостях и газах перемещаются из одного места в другое. Возьмите стакан и положите в него небольшие кусочки бумаги.
Наполните стакан водой наполовину. Нагрейте химический стакан спиртовкой. Мы увидим, что кусочки бумаги поднимаются на поверхность воды, двигаются в стороны и опускаются на дно. Вода в стакане тоже нагревается. Молекулы воды поглощают тепловую энергию со дна стакана и поднимаются вверх.Другие окружающие молекулы воды опускаются на дно, чтобы поглотить тепловую энергию. Из приведенного выше эксперимента мы также можем определить конвекцию как: «Перенос тепла, при котором молекулы среды фактически движутся к источнику тепловой энергии для поглощения тепла, а затем удаляются от него, называется конвекцией».

Происходит ли конвекция в твердых телах?

Конвекция возникает в жидкостях и газах только потому, что их молекулы могут свободно двигаться. Молекулы твердого тела удерживаются близко друг к другу. Они не могут свободно двигаться.Молекулы твердого тела удерживаются близко друг к другу. Они не могут свободно двигаться, поэтому конвекция в твердых телах невозможна.

Чем отличается наземный бриз от морского бриза?

Сухопутный бриз:
Сухопутный и морской бризы являются результатом конвекции. В жаркий день температура суши повышается быстрее, чем моря. Это связано с тем, что удельная теплоемкость земли намного меньше по сравнению с водой. Воздух над землей нагревается и поднимается вверх.холодный воздух с моря начинает двигаться в сторону суши. Его называют морским бризом.
Морской бриз:
Ночью земля остывает быстрее, чем море. Поэтому воздух над морем теплее, поднимается вверх, а холодный воздух с суши начинает двигаться к морю, как показано на рисунке. Это называется морским бризом.

ПЛАНИРОВАНИЕ:

Что заставляет планер оставаться в воздухе?
Планер, похожий на небольшой самолет без двигателя. Пилоты-планеристы используют восходящее движение потоков горячего воздуха за счет конвекции тепла.Эти восходящие потоки горячего воздуха называются термиками . полет на планере по этим термикам. Восходящее движение воздушных потоков в термиках помогает им долго оставаться в воздухе.
Как термики помогают птицам часами летать, не хлопая крыльями?
Птицы расправляют крылья и кружат в этих термиках. Восходящее движение воздуха помогает птицам подниматься вместе с ним. Орлы, ястребы и грифы — опытные альпинисты . После свободного полета птицы могут часами летать, не хлопая крыльями.Они планируют от одного термика к другому и, таким образом, преодолевают большие расстояния, и им почти не нужно взмахивать крыльями.

Примеры конвекции

  • Водяной насос в доме, где горячая вода разделяется для эффективного ее распределения, проходя через устройство (насос), чтобы она попадала в душ, и человек мог купаться в необходимом количестве.
  • В домашних духовках используется конвекционная технология, позволяющая человеку регулировать желаемый уровень температуры при приготовлении холодных блюд.Внутри будет циркулировать поток горячего воздуха.
  • Конвекция происходит на дне океанов, где энергия воды встречается с холодной поверхностью, что приводит к возникновению океанских течений.
  • Когда вулкан извергается, это происходит потому, что сила тяжести притягивает его горячие жидкости к поверхности, а остальные жидкости опускаются.
  • Конвекционные печи передают тепло, создавая полностью естественную циркуляцию воздуха, благодаря чему тепло равномерно распределяется по всему помещению.
  • Тепловые аэростаты поддерживаются в воздухе благодаря горячему воздуху, выходящему из двигателя, но если они остывают, то шары начинают схлопываться.
  • Когда человек купается в очень горячей воде, стекло в душе запотевает.
  • Фен оснащен двигателем, который служит вентилятором для нагнетания воздуха через горячий резистор. Следовательно, он передает тепло за счет принудительной конвекции.

Применение конвекции

  • Бытовая система водоснабжения основана на конвекции.Он работает как:

Нагрев воды в котле газовыми горелками. Горячая вода расширяется и становится менее плотной. Отсюда она поднимается и течет в верхнюю половину цилиндра.
Для замены горячей воды холодная вода из цистерны попадает в нижнюю половину цилиндра и далее в котел из-за разницы давлений.
Переливная труба крепится к цилиндру на тот случай, если температура воды станет слишком высокой и вызовет сильное расширение горячей воды.
Кран горячей воды, выходящий из переливной трубы, должен быть ниже бачка, чтобы из-за перепада давления между бачком и краном вода вытекала из крана.

Нагревательный змеевик электрического чайника всегда размещается на дне чайника.
При включении питания вода возле нагревательного змеевика нагревается, расширяется и становится менее плотной. Таким образом, нагретая вода поднимается вверх, а более холодные области в верхней части водоема опускаются, заменяя нагретую воду.

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

Холодильники работают почти так же, как кондиционер. Морозильная установка размещена вверху для охлаждения воздуха, будучи плотным. Опускается, а теплый воздух снизу поднимается.Это создает конвекционные потоки внутри шкафа, которые помогают охлаждать содержимое внутри.

Узнать больше о конвекции посмотреть видео:

Просмотр:

 

DK Наука: теплопередача

Тепловая энергия может передаваться из одного места в другое с помощью трех основных процессов. В КОНВЕКЦИИ тепловая энергия переносится движением частиц вещества. В ПРОВОДНОСТИ тепло передается вибрирующими частицами.В ИЗЛУЧЕНИИ тепло переносится непосредственно электромагнитными волнами. Когда горячий предмет касается холодного, тепло переходит от горячего к холодному. Когда объекты передают тепло, они остывают до более низкой температуры, если тепловая энергия, которую они теряют, постоянно не восполняется.

Другой процесс передачи тепла называется испарением. Когда собака высовывает язык и тяжело дышит (штаны), влага на языке превращается в водяной пар? он испаряется. Тепловая энергия необходима для превращения жидкости в газ, поэтому тепло отводится от языка собаки в процессе.Это помогает охладить собаку. Люди охлаждаются, потея через поры (крошечные отверстия) в своей коже, которые таким же образом отводят тепло от их тел.

Конвекция похожа на невидимую конвейерную ленту, которая может передавать тепло через жидкости (жидкости и газы). Когда часть жидкости нагревается, она расширяется. Это делает его легче и менее плотным, чем жидкость вокруг него, поэтому он поднимается вверх. Поднимаясь, он удаляется от источника тепла. Затем он начинает остывать и двигаться вниз, прежде чем снова запустить цикл.

Горелка у основания шара нагревает воздух внутри. Когда воздух нагревается, он движется вверх, охлаждается и движется по кругу, известному как конвекционный поток. Когда воздушный шар наполнен горячим воздухом, он отрывается от земли, потому что горячий воздух внутри него менее плотный и легкий, чем холодный воздух снаружи.

Днем солнечный свет нагревает землю быстрее, чем море. Теплый воздух поднимается с суши за счет конвекции, движется к морю и охлаждается, создавая круговой поток.Вот почему на уровне земли в течение дня морские бризы дуют с моря на сушу. Ночью земля остывает быстрее, чем море. Теплый воздух поднимается с моря, конвекционные потоки меняются на противоположные, и бриз дует с суши на море.

БИОГРАФИЯ: АЛЕКСАНДР ФОН ГУМБОЛЬТ Немецкий, 1769-1859

Исследователь Александр фон Гумбольдт объяснил, как океаны циркулируют с помощью конвекции. Вода нагревается и поднимается на экваторе, где Земля самая горячая, затем течет по поверхности, прежде чем охладиться и опуститься на полюсах.Он дал свое имя течению Гумбольдта, которое проходит вдоль побережья Южной Америки.

Тепло распространяется через твердые тела путем теплопроводности. Если один конец металлического стержня нагреть, тепловая энергия быстро перемещается по стержню. Горячие частицы не движутся по стержню, а вибрируют и передают энергию своим соседям. Материалы, которые проводят электричество, также являются хорошими проводниками тепла. Металлы хорошо проводят тепло, а дерево, пластик и стекло — плохо.

Кастрюли изготавливаются из металла, часто из алюминия.Этот металл является хорошим проводником тепла, поэтому быстро передает тепловую энергию от плиты к пище. Ручки кастрюль часто делают из дерева или пластика. Эти материалы плохо проводят тепло и называются изоляторами.

Вся световая и тепловая энергия, которую мы получаем на Земле, исходит от Солнца и распространяется в космосе в виде невидимых электромагнитных волн, известных как излучение.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.