Теплопроводность особенности теплопередачи: 100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

Содержание

2. Основные понятия о теплопередаче

q =

Q

=- λ

∂t

 

(2)

F τ

∂n

 

 

 

Величина q называется плотностью теплового потока

(удельным теп-

ловым потоком).

Знак минус, стоящий перед правой частью уравнений (1) и (2), указывает на то, что тепло перемещается в сторону падения температуры.

Коэффициент пропорциональности λ называется коэффициентом теп-

лопроводности, (Вт/м · К), (Дж/м · с · К).

Таким образом, коэффициент теплопроводности λ показывает, какое ко-

личество тепла проходит вследствие теплопроводности в единицу времени через единицу поверхности теплообмена при падении температуры на 1 градус на единице длины нормали к изотермической поверхности. Величина λ, харак-

теризующая способность тела проводить тепло путем теплопроводности, зависит от природы вещества, его структуры, температуры и некоторых других факторов. При обычных температурах и давлениях лучшими проводниками

тепла являются металлы и худшими – газы. Так, ориентировочные значения λ (Вт / м · К) для металлов при 00С составляют: для чистой меди – 394; для углеродистой стали– 52; длялегированнойстали– 25.

Для воздуха при 00С λ ≈ 0,027 Вт / м · К. Низкой теплопроводностью обладают теплоизоляционные и многие строительные материалы. Этот факт объясняется тем, что эти материалы имеют пористую структуру, причем в их ячейках заключен воздух, плохо проводящий тепло. Коэффициенты теплопроводности газов возрастают с повышением температуры. Для большинства жидкостей

значения λ, наоборот, уменьшаются при увеличении температуры. Следует отметить, что при определении количества тепла, передаваемого через слой газа или капельной жидкости вследствие теплопроводности, часто бывает необходимо учитывать влияние также конвекции и излучения, которые сопутствуют теплопроводности.

Уравнение теплопроводности плоской стенки

Рассмотрим передачу тепла теплопроводностью через плоскую стенку (рис. 1), длина и ширина которой несравненно больше ее толщины (δ), ось «х» расположена по нормали к поверхности стенки. Температуры наружных поверхностей стенки равны tст1 и tст2 , причем tст1 > tст2. При установившемся процессе количества тепла, подведенного к стенке и отведенного от нее, должны быть равны между собой и не должны изменяться во времени.

Теплопроводность, конвекция, излучение.. – физика, уроки

Предмет: Физика и астрономия

Класс: 8 рус

Тема: Теплопроводность, конвекция, излучение.

Тип урока: Комбинированный

Цель занятия:

Учебная: познакомить с понятием теплопередачи, с видами теплопередачи, объяснить, что передача теплоты при любом из видов теплопередачи всегда идет в одном направлении; что в зависимости от внутреннего строения теплопроводность различных веществ(твердых, жидких и газообразных) различна, что черная поверхность лучший излучатель и лучший поглотитель энергии.

Развивающая: развить познавательный интерес к предмету.

Воспитательная : воспитать чувство ответственности, способность грамотно и четко  выражать свои мысли, уметь держать себя и работать в коллективе

Межпредметная связь: химия, математика

Наглядные пособия: 21-30 рисунки, таблица теплопроводности

Технические средства обучения: проектор, компьютер

 

Структура урока

1.Организация урока(2 мин.)

– приветствие учащихся

– проверка явки учащихся и готовности класса к уроку.

2. Опрос домашнего задания(15 мин) Тема: Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

3. Объяснение нового материала. (15 мин)

            Способ изменения внутренней энергии при котором частицы более нагретого тела, имея большую кинетическую энергию, при контакте с менее нагретым телом передают энергию непосредственно частицам менее нагретого тела называют теплопередачей Существуют три способа теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однакопередача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении:от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного –увеличивается.

            Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретоготела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью.

В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т.е. от одной части тела к соседнтм частям тела и т.д. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них есть так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно. К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, нранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Большую теплопроводность имеют медб, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла.

Ужидкостей теплопроводность невелика. При нагревании жидкости внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: юолее быстрые молекулы проникают в менее нагретую область.

Вгазах, особенно в разреженных, молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

            Совершенным изолятором является вакуум, поптому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.

Взависимости от внутреннего состояния теплопроводность разных веществ(твердых, жидуих и газообразных) различна.

Теплопроводность зависит от характера переноса энергии в веществе и не связана перемещением самого вещества в теле.

Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя  воды нижний слой остается холдным. Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло.

Конвекцияэто процесс теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкости или газа.Конвекция в переводе с латинского означает «перемешивание». Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме.

Широко используемая в быту и технике ковекция является

естественной или свободной.

Когда для равномерного перемешивания жидкостей или газов их перемешивают насосом или мешалкой конвекция называется вынужденной.

            Теплоприемник –это прибор, представляющий собойплоскую цилиндрическую емкость из металла, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри нее имеется воздух , который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие.

В случае , когда теплота передается от нагретого тела к теплоприемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей вид теплопередачи называется излучением или лучистым теплообменом

Поглощением называетсяпроцесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела

Излучением(или лучистым теплообменом)- называется процесс передачи энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитных волн.

Чем больше температура тела, тем выше интенсивность излучения. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые  лучи могут распространяться и через вакуум.

Черная поверхность-лучший излучатель и лучший  поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности.

Хорошие поглотители энергии- хорошие излучатели, а плохие поглотители- плохие излучатели энергии.

4. Закрепление: (10 мин) вопросы для самопроверки, задания и упражнения

5. Задание на дом(2 мин) прочитать  и пересказ темы, Домашние эксперименталь

ные задания:1)Сравнение теплопроводности металла и стекла, воды и воздуха, 2)Наблюдение конвекции в жилом помещении.

6. Оценка знаний учащихся.(1 мин)

Основная литература: Физика и астрономия 8 класс

Дополнительная литература: Н. Д. Бытько «Физика» части 1 и 2

 

 

 

Просмотр содержимого документа
«Теплопроводность, конвекция, излучение.. »

Предмет: Физика и астрономия

Класс: 8 рус

Тема: Теплопроводность, конвекция, излучение.

Тип урока: Комбинированный

Цель занятия:

Учебная: познакомить с понятием теплопередачи, с видами теплопередачи, объяснить, что передача теплоты при любом из видов теплопередачи всегда идет в одном направлении; что в зависимости от внутреннего строения теплопроводность различных веществ(твердых, жидких и газообразных) различна, что черная поверхность лучший излучатель и лучший поглотитель энергии.

Развивающая: развить познавательный интерес к предмету.

Воспитательная : воспитать чувство ответственности, способность грамотно и четко выражать свои мысли, уметь держать себя и работать в коллективе

Межпредметная связь: химия, математика

Наглядные пособия: 21-30 рисунки, таблица теплопроводности

Технические средства обучения: __________________________________________________

_______________________________________________________________________

Структура урока

1.Организация урока(2 мин.)

– приветствие учащихся

– проверка явки учащихся и готовности класса к уроку.

2. Опрос домашнего задания(15 мин) Тема: Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

3. Объяснение нового материала. (15 мин)

Способ изменения внутренней энергии при котором частицы более нагретого тела, имея большую кинетическую энергию, при контакте с менее нагретым телом передают энергию непосредственно частицам менее нагретого тела называют теплопередачей Существуют три способа теплопередачи:

теплопроводность, конвекция и излучение.

Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однакопередача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении:от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного –увеличивается.

Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретоготела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью.

В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т.е. от одной части тела к соседнтм частям тела и т.д. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них есть так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно. К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, нранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Большую теплопроводность имеют медб, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла.

Ужидкостей теплопроводность невелика. При нагревании жидкости внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: юолее быстрые молекулы проникают в менее нагретую область.

Вгазах, особенно в разреженных, молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

Совершенным изолятором является вакуум, поптому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.

Взависимости от внутреннего состояния теплопроводность разных веществ(твердых, жидуих и газообразных) различна.

Теплопроводность зависит от характера переноса энергии в веществе и не связана перемещением самого вещества в теле.

Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя воды нижний слой остается холдным. Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло.

Конвекцияэто процесс теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкости или газа.Конвекция в переводе с латинского означает «перемешивание». Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме.

Широко используемая в быту и технике ковекция является естественной или свободной.

Когда для равномерного перемешивания жидкостей или газов их перемешивают насосом или мешалкой конвекция называется вынужденной.

Теплоприемник –это прибор, представляющий собойплоскую цилиндрическую емкость из металла, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри нее имеется воздух , который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие.

В случае , когда теплота передается от нагретого тела к теплоприемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей вид теплопередачи называется излучением или лучистым теплообменом

Поглощением называетсяпроцесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела

Излучением(или лучистым теплообменом)- называется процесс передачи энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитных волн.

Чем больше температура тела, тем выше интенсивность излучения. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распространяться и через вакуум.

Черная поверхность-лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности.

Хорошие поглотители энергии- хорошие излучатели, а плохие поглотители- плохие излучатели энергии.

4. Закрепление: (10 мин) вопросы для самопроверки, задания и упражнения

5. Задание на дом(2 мин) прочитать и пересказ темы, Домашние эксперименталь

ные задания:1)Сравнение теплопроводности металла и стекла, воды и воздуха, 2)Наблюдение конвекции в жилом помещении.

6. Оценка знаний учащихся.(1 мин)

Основная литература: Физика и астрономия 8 класс

Дополнительная литература: Н. Д. Бытько «Физика» части 1 и 2

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение

Поурочный план

Урок № 51

Дата проведения: 04.12.2020

Предмет: физика

Класс: 7-А, 7-Б

Учитель: Лешкевич Е.В.

Тема урока: Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение

Цель урока:

Изучить основные характеристики видов теплопередачи

Планируемые результаты, УУД

Личностные:

Формирование ответственного отношения к учению, готовности и способности, обучающихся к саморазвитию и самообразованию на основе мотивации к обучению и познанию.

Метапредметные:

Регулятивные: умеет слушать в соответствии с целевой установкой;

Познавательные: осознает познава­тельную задачу; читает и слушает, из­влекая нужную информацию

Коммуникативные: умение слушать указания учителя, слаженно работать в группе, вырабатывать правильное мнение.

Предметные:

Умение анализировать и сравнивать, формировать новые понятия

Тип урока

Урок совершенствования знаний, умений и навыков

Оборудование, информационное обеспечение:

Презентация, мультимедийный комплекс,

Ход урока

  1. Организационный момент

  2. Актуализация опорных знаний

Заполнение таблицы

Сравниваемые признаки

Виды теплопередачи

Теплопроводность

Конвекция

Излучение

Механизм передачи энергии

В какой среде возможен данный вид теплопередачи

Сопровождается ли переносом вещества?

Самопроверка по образцу

Сравниваемые признаки

Виды теплопередачи

Теплопроводность

Конвекция

Излучение

Механизм передачи энергии

От молекулы к молекуле в результате их теплового движения и взаимодействия

Струями жидкости или газа (теплые потоки поднимаются вверх благодаря Fарх)

Невидимыми лучами

В какой среде возможен данный вид теплопередачи

Во всех, но преимущественно в твердых телах

В жидкостях и газах

В газе, вакууме, любой среде

Сопровождается ли переносом вещества?

Нет

Да

Нет

  1. Проверка домашнего задания

Слушают выступления обучающихся по темам:

  1. «Разные виды теплопередачи в природе»,

  2. «Учёт и использование разных видов теплопередачи в быту»,

  3. «Что такое парниковый эффект?»,

  4. «Теплопередача и растительный мир»,

  5. «Теплопередача и животный мир»,

  6. «Термос: устройство и применение».

  1. Решение задач

Решение качественных задач с помощью презентации

Вопросы на теплопроводность:

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

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

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

Ответ: дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью.

в) обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания?

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

г) применяется ли воздух как строительный материал?

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

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

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

ж) зачем вставляют двойные рамы?

з) почему птицы чаще замерзают на лету?

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

Вопросы на конвекцию:

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

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

б) где лучше предусмотреть расположение форточки?

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

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

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

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

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

д) почему выше ламп накаливания чернеет абажур или потолок?

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

е) почему листья осины колеблются даже в безветренную погоду?

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

ж) можно ли с помощью вентилятора сохранить мороженое?

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

з) какие природные явления происходят за счет конвекции?

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

Вопросы на излучение:

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

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

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

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

в) почему колбу термоса делают зеркальной?

Ответ: чтобы исключить нагрев лучистой энергией.

  1. Первичная проверка понимания

Разгадайте кроссворд:

1. Величина, от которой зависит интенсивность излучения.

2. Вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме.

3. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

4. Основной источник энергии на Земле.

5. Смесь газов. Обладает плохой теплопроводностью.

6. Процесс превращения одного вида энергии в другой.

7. Металл, имеющий самую хорошую теплопроводностью.

8. Разреженный газ.

9. Величина, обладающая свойством сохранения.

10. Вид теплопередачи, который сопровождается переносом вещества.

И

Т

В

З

Е

С

А

Л

П

Р

Е

К

У

Л

С

А

Р

У

Э

К

Ч

О

О

В

Б

Е

У

Н

О

Е

П

Л

О

О

Б

М

Е

Н

Н

Е

Н

З

Т

Р

Р

В

И

Р

Ц

Д

А

О

Г

Е

Е

Е

Е

У

И

К

Д

Х

Я

Ц

А

И

Ч

Я

А

Разгадав кроссворд, вы получили еще одно слово, которое является синонимом к слову «теплопередача» – это слово… («теплообмен»). «Теплопередача» и «теплообмен» – одинаковые по смыслу слова. Используйте их, заменяя одно другим.

Т

Е

М

И

Т

В

П

З

Е

С

А

Е

Л

П

Р

Е

К

Р

У

Л

С

А

Р

У

Э

К

А

Ч

О

О

В

Б

Е

У

Н

О

Т

Е

П

Л

О

О

Б

М

Е

Н

У

Н

Е

Н

З

Т

Р

Р

В

Р

И

Р

Ц

Д

А

О

Г

Е

А

Е

Е

Е

У

И

К

Д

Х

Я

Ц

А

И

Ч

Я

А

  1. Закрепление изученного

Выполнение теста

  1. Итоги урока. Рефлексия

  2. Домашнее задание: читать п. 32; выучить определения.


Адрес публикации: https://www.prodlenka.org/metodicheskie-razrabotki/472939-vidy-teploperedachi-teploprovodnost-konvekcij

Открытый урок по теме « Три вида теплопередачи – теплопроводность, конвекция, излучение»

Открытый урок по теме « Три вида теплопередачи – теплопроводность, конвекция, излучение»

Выполнил учитель физики Растяпин А.А.

Цели урока:

  • изучить виды теплопередачи- теплопроводность, конвекция. излучение; объяснить условия протекания данных процессов и выяснить их использование в быту, природе и технике;

  • продолжить формирование умения анализировать, сравнивать, обобщать , формировать техническую грамотность;

Тип урока: изучение и первичное закрепление нового материала.

Оборудование: компьютер, мультимедийный проектор, штатив, медный стержень с прикреплёнными к нему гвоздиками, спиртовка, теплоприёмник, жидкостный манометр, источник инфракрасного излучения, сосуд с водой.

Ход урока.

I.Организационный момент.

Здравствуйте ребята. Садитесь.

II.Создание проблемной ситуации. Постановка целей урока.

Ещё на заре цивилизации древний мыслитель и философ Китая Конфуций говорил, что:

Перед человеком к разуму три пути:

путь размышления- самый благотворный

путь подражания – самый лёгкий

путь личного опыта – самый тяжёлый

Тем самым подчеркивая особое место числа три. Эту мысль о числе 3 можно подчеркнуть и в современном мире: на улицах города можно увидеть трёхцветный светофор, Земля третья планета от Солнца. В физике число 3 также занимает особое место: Ньютон открыл 3 своих закона, три агрегатных состояний вещества, мы живём в трёхмерном пространстве.

Поэтому сегодня на уроке мы ещё раз подтвердим особое место числа 3 изучив три вида теплопередачи – теплопроводность, конвекцию, излучение.

Выясним особенности данных видов теплопередачи, условия их протекания и проявление в быту природе и технике.

Откройте свои рабочие тетради и запишите тему урока.

III. Изучение нового материала.

Изучим более подробно первый вид теплопередачи – теплопроводность.

Выходит ученик ( Никонова К) с табличкой теплопроводность и рассказывает о данном явлении.

Я теплопроводность!

Изучение меня происходило в основном опытным путем. Теплопроводность свойственно всем веществам во всех трех агрегатных состояниях в жидком, твёрдом и газообразном .

Самой высокой теплопроводностью обладают металлы и твердые тела, самой низкой теплопроводностью обладают газа.

У вас естественно возникает вопрос, как же происходит теплопроводность?

Теплопроводность в первую очередь связано с внутренней структуры тел и зависит от того как располагаются молекулы друг относительно друга как они движутся и как они взаимодействуют друг с другом.

При теплопроводности не происходит переноса вещества

вещество остается на месте оно никак не смещается

но передачи энергии происходит от частиц к частице или от одного тела другому телу при их непосредственном контакте.

Поэтому можно дать мне определение следующим образом :

Процесс передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной части тела к другой благодаря тепловому движению и взаимодействию частиц называется теплопроводностью.

Итак какие выводы мы можем сделать:

  • Белолипецкая – процесс передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной части тела к другой благодаря тепловому движению и взаимодействию частиц называется теплопроводностью.

  • Дубенская – при теплопроводности не происходит перенос вещества

  • Зубехин – наибольшей теплопроводностью обладают металлы

  • Киселёв – наименьшей теплопроводностью обладают газы

  • Камнева– жидкости плохие проводники тепла

Рассмотрим использование теплопроводности в быту и технике ( слайд – шоу)

Второй вид теплопередачи – конвекция.

Выходит ученик ( Плешивцева) с табличкой конвекция и рассказывает о данном явлении.

Я Конвекция!

Конвекции в переводе с латинского на русский язык означает как

«перенесение, перенос».

Для лучшего понимания меня как вида теплопередачи обратимся к опыту

Мы возьмем ложечку и в неё насыпи небольшое количество

марганцовки опустим эту ложечку в воду можно видеть как сейчас происходит небольшое окрашивания воды. Зажжём спиртовку и будем нагревать один конец сосуда, обратите внимание что сейчас будет

происходить. Жидкость нагревается температура ее увеличивается и увеличивается объем, плотность уменьшается и окрашенные потоки

жидкости начинает подниматься вверх ,чем дольше у нас горит спиртовка тем процесс происходит интенсивнее и соответственно мы наблюдаем как окрашенные жидкость доходит до перемычки и теперь распространяется по перемычке. Обратите внимание более нагретая часть жидкости поднимается вверх из другого колена более холодным

жидкость опускается вниз. Спустя некоторое время вся жидкость окрасится в розовый цвет. Так происходит процесс конвекции.

Итак какие выводы мы можем сделать:

  • Седова – при конвекции не происходит перенос вещества;

  • Терехова – конвекция может осуществляться только в жидкостях и газах;

Третий вид теплопередачи – излучение.

Выходит ученик ( Попова) с табличкой излучение и рассказывает о данном явлении.

Я излучение!

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

Излучение это явление передачи энергии отличный от теплопроводности и конвекции. Излучение играет в нашей жизни огромную роль. Дело все в том, что между солнцем и землей нет вещества, там в основном вакуум и поэтому поступления всей энергии от солнца на землю продолжается при помощи электромагнитных волн, а электромагнитные волны это и есть ни что иное, как один из видов излучение.

Итак какие выводы мы можем сделать:

  • Котельников – распространяется в любой прозрачной среде и даже в вакууме

  • Камнева – тёмные поверхности поглощают и излучают больше энергии чем светлые

IV. Первичное закрепление нового материала.

Сегодня утром на электронную почты школы пришло письмо адресованное вашему классу. Давайте прочитаем его

Уважаемые учащиеся 8 Б класса!

Администрация ИРО направляет ВАМ

задания первого тура конкурса

« Тепловые явления в нашей жизни».

  1. Задание №1

  2. Задание №2

  3. Задание №3

  4. Задание №4

Желаем удачи!

Выполняются задания №1, №2, №3.

3) На выполнение задания № 4 отводится 8 минут. После выполнения задания выполнить взаимопроверку.

IV. Итог урока Домашнее задание.

Учитель сегодня на уроке мы с вами познакомились с видами теплопередачи и проявления данных видов в природе, технике и быту.

Что было для вас положительного на уроке, а что отрицательного?

Откройте свои дневники и запишите домашнее задание:

Параграф 25,26; ТПО № 107,108, 109, 112,113.

Желающие ученики могут подготовить к следующему уроку небольшие сообщения о применении теплообмена в авиации, в сельском хозяйстве, промышленности.

Проект ” Виды теплопередачи в быту и технике” физика 8 класс | Проект по физике (8 класс):

КРАЕВОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ КАЗЕННОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

«ВЕЧЕРНЯЯ (СМЕННАЯ) ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №1»

ПРОЕКТ

ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ

                                                                     

                                                                      Авторы проекта:

                                                                       учащиеся 8 класса               

                                                        Голейников Иван

                                           Егоров Ян

                                                           Кондратьев Степан

                                                          Марчченко Сергей

                                                                    Колединцев Константин

                                                          Мельников Роман

                                                              Решетников Рустам                

                                                          Суховской Рустам

                                                           Теленчинов Юрий

 

                                                                            Руководитель проекта:      

                                                          учитель физики

                                                                                            Добровольский Анатолий Андреевич

Рубцовск

2019

СОДЕРЖАНИЕ

Введение ………………………………………………………………………………………………………….. . 3

1. Теплопередача и ее виды

     1.1 Что такое теплопередача ……………………………………………………………………….. … 4

     1.2  Виды теплопередачи ………………………………………………………………………………..  4

     1.3  Теплопроводность ………………………………………………………………………………….. . 4

     1.4  Излучение ………………………………………………………………………………………………..  5

     1.5  Конвекция ………… …………………………………………………………………………………….  8

     1.6  Все виды теплопередачи одновременно …………………………………………………….  9

 2. Заключение …………………………………………………………………………………………………….. 11

 3. Информационные ресурсы ………………………………………………………………………………. 13

2

ВВЕДЕНИЕ.

   

   В нашей повседневной жизни мы привыкли пользоваться бытовой техникой, различной аппаратурой и гаджетами, жить в комфортных условиях. Однако, мы практически не задумываемся над тем благодаря каким закона физики работают наши  «помощники» и самое главное не представляют ли они опасность для человека и окружающей среды. Поэтому изучение данной темы актуально.

  Проблема – изучить насколько воздействие бытовых приборов, аппаратуры и гаджетов опасно для человека и способах снижения вреда от этого воздействия. 

   Объект исследования — теплопередача.

   Предмет исследования — причины возникновения  и последствия воздействия теплопередачи на организм человека.  

 Цель — всесторонне изучить информацию по видам теплопередачи, использованию излучения, теплопроводности и конвекции в быту и технике, выявить влияние теплопередачи на организм человека.  

   Задачи:

      1.   Изучить явление теплопередачи.

  1. Рассмотреть виды теплопередачи и их применение в быту и технике.
  2. Проанализировать насколько воздействие теплопередачи опасно для человека.
  3. Определить способы снижения вреда от этого воздействия.

   Гипотезы:

  1. явление теплопередачи не имеет применения в быту и технике;
  1. возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.
  2. оно влияет на организм человека и может быть смертельно опасно.

   Методы исследования – поиск, изучение источников информации (книги, статьи, сайты), наблюдение, анализ.

 Теоретическая значимость нашей исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы  для снижения влияния явления теплопередачи на организм человека.

  Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем биологии и физики для объяснения тем и проведения занимательного урока охраны здоровья.

   Этапы работы:

подготовительный (сентябрь 2019 г.) – сбор информации по теме исследования из различных источников, планирование работы;

проведение наблюдений (сентябрь-октябрь 2019 г.) – проведение наблюдений за применением данного явления в быту и технике;

подведение итогов эксперимента (октябрь 2019 г.) – анализ собранных данных, выводы.

   Тип проекта — информационный.

3

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

1. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ЕЕ ВИДЫ

1.1 Что такое теплопередача

   Процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому  называется теплопередачей.

       Каждый предмет может служить «мостиком», по которому перейдет тепло от тела более нагретого к телу менее нагретому. Таким «мостиком» может быть ложка, опущенная в стакан с горячим чаем. Металлические предметы очень хорошо проводят тепло. Конец ложки в стакане становится теплым уже через секунду. Если нужно перемешать какую-либо горячую смесь, то ручку у мешалки делают из дерева или пластмассы. Эти тела проводят тепло во много раз хуже, чем металлы. «Мостиком» для перехода тепла могут быть и жидкости. Но они проводят тепло хуже твердых тел.

1.2 Виды теплопередачи

    Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. (Слайд 2). Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однако передача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении: от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного — увеличивается.. Внутренняя энергия может передаваться не только непосредственно от одного тела к другому, как, например, от горячей воды к опущенной в нее холодной ложке, но и через промежуточные тела. Так, через стенку чайника часть внутренней энергии от горячей электроплиты передается воде; через металлические трубы отопительной системы тепло передается воздуху, находящемуся в помещении и т.д. Внутренняя энергия может передаваться и от более нагретой части одного и того же тела к другой его части, менее нагретой.

1.3 Теплопроводность

   Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретого тела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью. (Слайд 3).  

  Металлы имеют большую теплопроводность, особенно медь, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла. Это происходит из-за того, что молекулы, обладающие большей энергией, передают часть своей энергии соседним молекулам. В результате все тело постепенно нагревается. Само вещество при этом не перемещается [1].

  Нагревание металлического стержня, к которому с помощью пластилина прикреплены гвоздики. (Слайд 4). При нагревании конца стержня пламенем свечи гвоздики начинают последовательно отпадать. Это происходит потому, что молекулы, находящиеся у конца стержня приобретают при нагревании большую энергию и передают ее соседним молекулам. Постепенно эта энергия передается следующим молекулам и стержень нагревается.

  В жидкостях внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: более быстрые молекулы проникают в менее нагретую область. У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. (Слайд 5). 

     В газах, особенно разреженных, молекулы находятся на достаточно больших

расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

4

Явление диффузии при теплопередаче в газах проявляется больше, чем в жидкостях. Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.  (Слайд 6).

    В зависимости от внутреннего строения теплопроводность разных веществ (твердых, жидких, газообразных) различна.  (Слайд 7).

Примеры:

1. Птицы зимой сидят нахохлившись. Перья задерживают воздух, а он обладает плохой теплопроводностью. Снег, особенно рыхлый, обладает очень плохой теплопроводностью. Этим объясняется то, что сравнительно тонкий слой снега предохраняет озимые посевы от вымерзания.  Погреба утепляют соломой. Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом. Люди зимой носят шубы. 

2. Ручки чайников, сковородок и т.д. из пластмассы, т.к. она плохо нагревается; корпус посуда из металла – он лучше проводит тепло и еда быстрее нагревается. в момент прикосновения к железной ручке кастрюли с кипящей водой можно получить ожог.

3. Пористые вещества (пенопласт, минеральная вата, паралон и т.д.) – хорошая теплоизоляция, т.к. воздух обладает плохой теплопроводностью. Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена. У термоса внутренняя поверхность зеркальная, а между внутренним и внешним сосудами пустота. (слайд 8)

1.4  Излучение

 

   Когда вы сидите перед костром, вас согревает исходящее от него тепло. То же самое происходит, если поднести ладонь к горящей лампочке, не дотрагиваясь до нее. Вы тоже почувствуете тепло. Самые крупные примеры теплопередачи в быту и природе возглавляет солнечная энергия. Каждый день тепло солнца проходит через 146 млн. км пустого пространства вплоть до самой Земли. Это движущая сила для всех форм и систем жизни, которые существуют на нашей планете сегодня. Без этого способа передачи мы были бы в большой беде, и мир был бы совсем не тот, каким мы его знаем. Излучение – это передача тепла с помощью электромагнитных волн, будь то радиоволны, инфракрасные, рентгеновские лучи или даже видимый свет. Все объекты излучают и поглощают лучистую энергию, включая самого человека, однако не все предметы и вещества справляются с этой задачей одинаково хорошо. (Слайд 9).

   Излучение – это разница между поглощенным и отраженным количеством тепла. Эта способность сильно зависит от цвета, черные объекты поглощают больше тепла, чем светлые.

   

     Виды излучения. (Слайд 10).

1.Тепловое. При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет (Солнце, лампа накаливания, пламя и др.) (Слайд 11).

2.Электролюминесценция. При разряде в газе электрическое поле увеличивает кинетическую энергию электронов. Быстрые электроны возбуждают атомы в результате неупругого ударения с ними. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. (трубки для рекламных надписей, северное сияние и др.) (Слайд 12).

 Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком.

5

Например: – воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. – если же нужно использовать солнечную энергию для нагревания некоторых приборов на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный

цвет. Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются. Созданы материалы, с помощью которых можно превращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения — тепловизорах. (Слайд 13) 

    Электромагнитное поле всегда возникает при движении свободных электронов в проводнике, поэтому передача электрической энергии сопровождается интенсивным электромагнитным излучением (ЭМИ).

    К настоящему времени, по данным экологов и врачей-гигиенистов известно, что все диапазоны электромагнитного излучения оказывают влияние на здоровье и работоспособность людей и имеют определенные последствия [8]. Воздействие электромагнитных полей на человека в силу их большой распространенности более опасна, чем радиация. Особенно опасно действие электромагнитных излучений на детей, подростков, беременных женщин и лиц с ослабленным здоровьем [9].

  Наиболее быстро реагирующими на излучение являются ткани организма, которые подвержены интенсивному клеточному делению. Вследствие облучения такие ткани, как правило, либо мутируют, либо подвергаются интенсивному разрушению. В организме человека такие ткани — это, прежде всего гонады (половые железы), красный костный мозг, щитовидная железа, слизистые оболочки. А также такие клетки (ткани) имеются в мышцах, хрусталиках глаз и так далее [8,10].

  1.  Результаты измерений ЭМИ от бытовых приборов

            Название электроприбора                                    Уровень излучения

Расстояние от электроприбора, при котором ЭМИ в норме (м)

Электрическое          (норма 25В/м)

      Магнитное                 (норма 250 нТл)

Микроволновая печь               2992

                                                   13240                         2,5 м

Кухонная плита                        1540

(индукционная)                         10955                         1 м

Компьютер                                196

                                                    790                            0,7 м

Чайник                                       218

                                                    3643                          0,5м

6

Стиральная машина                 210

                                                    420                            1 м

Телевизор                                  37

                                                    967                            1,5 м

  1. Утюг                                           656
  2.                                                     2359                          0,5 м
  3. Вывод: на основании проделанных измерений видно, что у всех бытовых электроприборов при работе превышается норма ЭМИ, причем в рейтинге самых опасных является микроволновая печь, при этом безопасное расстояние от нее является целых 2,5 метра.

Меры предосторожности

  • включать электроприборы по очереди, а не все разом: мобильный телефон, компьютер, СВЧ-печь, телевизор должны работать в разное время,
  • не группировать электроприборы в одном месте, распределить их так, чтобы они не усиливали ЭМП друг друга,
  • не располагать эти приборы рядом с обеденным, рабочим столом, местами отдыха, сна

      Пожалуй, одним из самых распространенных электроприборов в повседневности является сотовый телефон. При работе сотовой связи ее основные компоненты – сотовый телефон и базовая станция – создают электромагнитное поле. И владелец сотового телефона, и человек, не имеющий его, но живущий вблизи объектов сотовой связи, находятся в этом электромагнитном поле. Во время работы, когда связь с абонентом установлена, мобильный телефон окружен довольно мощным электромагнитным полем. Оно проникает в тело человека и поглощается, прежде всего, тканями головы – кожным покровом, ухом, частью головного мозга, включая зрительный анализатор.

Сотовый телефон марки Soni

  1. Уровень излучения
  2. Расстояние от электроприбора, при котором ЭМИ в норме (м)
  3. Электрическое      (норма 25В/м)
  4.   Магнитное           (норма 250 нТл)
  5. Входящий вызов                                          1857
  6.                       7600                    0,7 м
  7. Исходящий вызов                                        2756
  8.                       9360                    0,8 м
  9. Телефонный разговор                                 1750
  10.                        6430                    0,7 м
  11. СМС сообщение                                           326
  12.                        877                      0,5 м

7

Вывод: Проанализировав результаты таблицы видно, что ЭМИ от сотового телефона превышает норму, причем значение исходящего вызова больше, чем входящего.  это связанно с поиском базовой станции во время исходящего вызова. Наименее опасным является СМС связь. ( Слайд 14,15).

  1. Применение рентгеновских лучей  (слайд 16)

Медицинская диагностика.
Досмотр багажа и грузов.
Дефектоскопия изделий и материалов.
Рентгеноспектральный анализ.
Рентгеноструктурный анализ.

Рентгеновская микроскопия.
Рентгеновская астрономия.
Рентгеновские лазеры.

  1.  Конвекция

   Конвекция (от лат. Convectiō — «перенесение») — вид теплообмена (теплопередачи), при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, молекулы в нижней части набирают энергию и начинают двигаться быстрее, что приводит к уменьшению плотности, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз,(более плотная жидкость) начинает тонуть, после чего процесс повторяется снова и снова.  Цикл продолжается до тех пор, пока существует источник тепла в нижней части.

    Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на  Солнце. 

  При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

    Конвекцией также называют перенос теплоты, массы или электрических зарядов движущейся средой.     (Слайд 17).

    Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии. Яркие примеры конвекции – перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения. (слайд 18).

   Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха.

8

Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты. Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа.

  Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника. Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений. (Слайд 19).

   Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии. На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые воздушные массы при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих

 потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки. Хорошие примеры конвекции – образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой. При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы. Именно по этой причине промышленные трубы, посредством которых происходит выброс вредных веществ в атмосферу, делают максимально высокими.

   Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить:

  1. движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления;
  2.  образование и движение облаков;
  3. процесс движения ветра, муссонов и бризов;
  4. смещение тектонических земных плит;
  5. процессы, которые приводят к свободному газообразованию. (Сдайд 20)

  Приготовление пищи. Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов. Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи. Естественно, для хозяек, которые готовят в духовом шкафу всего лишь несколько раз в год, бытовой прибор с функцией конвекции нельзя назвать техникой первой необходимости. Однако для тех, кто не может жить без кулинарных экспериментов, такое устройство станет просто незаменимым на кухне. (Слайд 21).

  1.6  Все виды теплопередачи одновременно

  

   В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Типичный пример — термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому, например, горячий чайник, снятый с плиты, при соприкосновении с окружающим

9

воздухом через некоторое время остывает. Чтобы помешать телу остывать (или нагреваться), нужно предотвратить возможный теплообмен, причем во всех его трех проявлениях (при конвекции, теплопроводности и излучении). Это достигается путем помещения тела в специальный сосуд – сосуд Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром. Сосуды Дьюара вначале применялись лишь для хранения легкоиспаряющихся сжиженных газов (например, жидкого гелия). Впоследствии их стали применять и в бытовых целях – для сохранения при неизменной температуре помещаемых в них пищевых продуктов. Такие сосуды Дьюара стали называть термосами. Термоса, предназначенный для хранения жидкостей, состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок. Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением. 

(Слайд 22)

   Это можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение). (Слайд 23).

10

2.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  2.1 В самом начале нашего проекта мы поставили перед собой цель — всесторонне изучить информацию по видам теплопередачи, использованию излучения, теплопроводности и конвекции в быту и технике, выявить влияние теплопередачи на организм человека. В связи с этим было выдвинуто три гипотезы:

  1.  явление теплопередачи не имеет применения в быту и технике;
  1. возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.
  2. теплопередача влияет на организм человека и может быть смертельно опасна.

  2.2 Наша работа в рамках проекта позволяет сделать вывод о том что  явление теплопередачи имеет широкое применения в быту и технике.

    Так явления теплопроводности широко используется в строительстве. Пористые вещества (пенопласт, минеральная вата, паралон и т.д.) – хорошая теплоизоляция, т.к. воздух обладает плохой теплопроводностью. Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена.  Ручки чайников, сковородок и т.д. из пластмассы, т.к. она плохо нагревается; корпус посуды из металла – он лучше проводит тепло и еда наоборот быстрее нагревается. Люди зимой носят шубы.

   Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком. Например: – воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. – если же нужно использовать солнечную энергию для нагревания некоторых приборов на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный цвет. Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета).  Созданы материалы, с помощью которых можно превращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения — тепловизорах.  

    Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах.

       В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Типичный пример — термос. Это, так-же, можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение).

     2.3 В процессе нашего исследования мы выяснили что излучение является самым опасным видом теплопередачи для организма человека. Все диапазоны электромагнитного излучения оказывают влияние на здоровье и работоспособность людей и имеют определенные последствия. Воздействие электромагнитных полей на человека в силу их большой распространенности более опасна, чем радиация. Особенно опасно действие электромагнитных излучений на детей, подростков, беременных женщин и лиц с ослабленным здоровьем. У всех бытовых электроприборов при работе превышается норма ЭМИ, причем в рейтинге самых опасных является микроволновая печь, при этом безопасное расстояние от нее является целых 2,5 метра. ЭМИ от сотового телефона превышает норму, причем значение исходящего вызова больше, чем входящего.  это связанно с поиском базовой станции во время исходящего вызова. Наименее опасным является СМС связь.

11

Меры предосторожности

 1) включать электроприборы по очереди, а не все разом: мобильный телефон, компьютер, СВЧ-печь, телевизор должны работать в разное время.

 2) не группировать электроприборы в одном месте, распределить их так, чтобы они не усиливали ЭМП друг друга.

 3) не располагать эти приборы рядом с обеденным, рабочим столом, местами отдыха, сна. (Слайд 24)

  2.4 Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем физики для объяснения тем «Виды теплопередачи. Теплопроводность. Конвекция. Излучение» и проведения занимательного урока охраны здоровья.

    Таким образом, мы считаем, что поставленная нами цель достигнута, задачи решены.

  2.5 За время работы над проектом, нами была изучена лишь небольшая часть практического применения теплопередачи в быту и технике. В дальнейшем, мы продолжим наши исследования в этом направлении при более детальном изучении в старших классах электромагнитных волн.

12

3.  ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ

 

1. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1977.

2. http://уроки.мирфизики.рф

3. https://infourok.ru/

4. https://fb.ru/

5. https://fb.ru/article/303040/primeryi-teploperedachi-v-prirode-v-byitu

6. http://class-fizika.ru/u8-5.html

7. http://900igr.net/prezentacija/fizika/shkala-elektromagnitnykh-voln-196339/vidy-izluchenija-2.html

8. Влияние электромагнитного излучения на живые организмы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://doza.net.ua/pages/ru_ref_emf.htm.

9. Воздействие электромагнитного излучения электроприборов на человека [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://malahit-irk.ru/index.php/2011-01-13-09-04-43/119-2011-05-06-12-21-20.html.

10. Общие показатели самочувствия и возникающие симптомы при воздействии ЭМП [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.libma.ru/zdorove/mobilnik_ubiica/p3.php#metkadoc12.

11. http://yandex.ru/clck/jsredir?from=yandex.ru

12. https://ru.wikipedia.org/wiki

13.https://fb.ru/article/177287/yavlenie-konvektsii-i-primeryi-konvektsii 

14.http://obuchonok.ru/znachimost” target=”_blank”>Практическая значимость работы 

13

Виды теплообмена | Физика

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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


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

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

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность. Примеры теплопередачи в природе, в быту

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

ПО ФИЗИКЕ В 8 КЛАССЕ

Поддерживать интерес к предмету

Формировать коммуникативные умения работы учащихся

Формировать уважение к одноклассникам

Требования ФГОС ООО

(предполагаемые результатами обучения)

Личностные

Убеждать в возможности познания природы в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества;

Уважение к творцам науки и техники;

Отношение к физике как элементу общественной культуры.

Метапредметные

ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ

Анализ проблемного эксперимента;

Выполнение действий по алгоритму;

Формирование мыслительных операций познания: сравнения, обобщения, моделирования, абстрагирования, анализа

РЕГУЛЯТИВНЫЕ:

Принятие учебной цели;

Составление последовательности действий по открытию нового знания;

Ориентировка в ситуации принятия решения.

КОММУНИКАТИВНЫЕ:

Умение рассуждать, вести диалог, слушать учителя;

Предметные

Понимание физических основ теплопроводности разных тел и их применение;

Формирование умения объяснять результаты эксперимента, оперируя знаниями по теме

Тема: ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Цель: положительный настрой на работу на уроке

Здравствуйте ребята, надеюсь, что у всех хорошее настроение. Все готовы к уроку? Итак, начинаем урок. Посмотрите в окно, какая красивая осень. Скоро наступят холода, а мы готовы к ним? Что нужно делать, чтобы не замерзнуть зимой. Как сберечь растения от морозов? Ответить на эти вопросы нам поможет сегодняшний урок.

Проверяют готовность к уроку.

Отвечают на вопросы, рассуждают.

II этап. Актуализация знаний

Цель: Повторить ранее изученный материал, для подведения к изучению новой темы

Перечислите способы изменения внутренней энергии.

Назовите виды теплопередачи.

Совершение работы и теплопередача.

Теплопроводность, конвекция, излучение.

II . Мотивация к деятельности

Разгадайте ребус

Теплопроводность

Цель: побуждение интереса к предмету


Изучение нового материала

Цель: познакомить с понятием теплопроводности, процессом передачи, использование.

Как вы думаете, какая тема нашего урока? Какие вопросы мы будем рассматривать?

1. Теплопроводность

Демонстрация опытов. На основе их делаются вывода

1.В стакан с горячей водой опущена ложка. Что произойдет с ложкой?

2.Почему ложка нагрелась?

3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному?

Какой вывод можно сделать?

Нагревание ложки в горячем чае – пример теплопроводности.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

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

Проведем опыты:

    Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным.

    Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.

    Нагреваем конец металлического стержня, то скоро весь стержень нагреется.

    Закрепим конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать свободный конец проволоки пламенем спиртовки.

    Что наблюдаем?

    Как происходит передача тепла?

    Как долго будет происходить передача тепла по проволоке?

    Что можно сказать про скорость движения молекул на участке, расположенном ближе к пламени?

    Почему нагревается следующий участок проволоки?

    Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Что наблюдаем? Как вы думаете горячее ли дно. Потрогайте. Какой вывод? Д а невелика за исключением ртути и расплавленных металлов.

    Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх. Палец при этом долго не почувствует тепла.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые вещества. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум

Запишем основные особенности теплопроводности:

    в твердых телах, жидкостях и газах;

    само вещество не переносится;

    приводит к выравниванию температуры тела;

    разные тела – разная теплопроводность

Тема урока теплопроводность.

Что такое теплопроводность. Процесс передачи энергии способом теплопроводности. У каких тел хорошая и плохая теплопроводность. Где применяются знания о теплопроводности.

Учащиеся в тетрадь записывают тему урока в тетрадь.

Она нагреется.

Вода отдала часть тепла ложке, а часть окружающему воздуху.

– В результате движения и взаимодействия частиц

Вывод: Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому (от горячей воды к холодной ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке – от ее нагретого конца к холодному.

Записывают определение.

Вывод. Дерево обладает плохой теплопроводностью.

Вывод. Стекло имеет плохой теплопроводностью.

Вывод. Металлы имеют большую теплопроводность.

Гвоздики начинают постепенно один за другим падать, сначала те, которые ближе к пламени.

От горячего конца проволоки к холодному.

Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется.

Скорость движения молекул увеличивается. -В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает.

Вода у поверхности закипела.

Дно чуть теплое.

Вывод. У жидкостей теплопроводность невелика.

Вывод. Теплопроводность у газов еще меньше.

Теплопроводность у различных веществ различна.

Записывают основные особенности теплопроводности

Называют, какие тела обладающие хорошей, плохой теплопроводностью. Заполняют таблицу в тетради

Закрепление

Цель: закрепить материал, познакомиться, где в жизни мы применяем знания теплопроводности.

Вспомним сказку

Примеры теплопроводности :

Отрывок из сказки «Мороз Иванович»

Рукодельница принялась взбивать снег, чтоб старику было мягче спать, а меж тем у ней, бедной, руки окостенели и пальчики побелели, как у бедных людей, что зимой в проруби бельё полощут: и холодно, и ветер в лицо, и бельё замерзает, колом стоит, а делать нечего – работают бедные люди.

Ничего, – сказал Мороз Иванович, – только снегом пальцы потри, так и отойдут, не ознобишь. Я ведь старик добрый; посмотри-ка, что у меня за диковинки. Тут он приподнял свою снежную перину с одеялом, и Рукодельница увидела, что под периною пробивается зелёная травка. Рукодельнице стало жаль бедной травки.

Вот ты говоришь, – сказала она, – что ты старик добрый, а зачем ты зелёную травку под снежной периной держишь, на свет божий не выпускаешь?

Не выпускаю потому, что ещё не время; ещё трава в силу не вошла. Осенью крестьяне её посеяли, она и взошла, и кабы вытянулась уже, то зима бы её захватила, и к лету травка бы не вызрела. Вот я и прикрыл молодую зелень моею снежной периной, да ещё сам прилёг на неё, чтобы снег ветром не разнесло; а вот придёт весна, снежная перина растает, травка заколосится, а там, смотришь, выглянет и зерно, а зерно крестьянин соберёт да на мельницу отвезёт…

    Почему люди сажают озимые и не боятся, что они замерзнут?

    Зачем кусты растений нам зиму укрывают опилками?

    Чем мы пользуемся на кухне, чтобы не обжечься?

    Из чего делают сковороды, кастрюли? Почему?

    Почему шерстяная одежда лучше предохраняет от холода, чем синтетическая?

    Интересные факты из биологии . Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу даже в Заполярье. Под такой одеждой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 40 0 . И чем севернее живет шмель, тем он крупнее и лохматее. Почему шубка спасает шмеля от замерзания?

    Как только устанавливаются холода, пчелы скучиваются на сотах с медом и образуют плотный шар. Прижавшись друг к другу, они всю зиму поддерживают температуру около 12 0 С. Таким образом, зимой пчелы сами себя греют. А вот вентиляция им необходима, ведь в противном случае вся влага, выдыхаемая пчелами, оседает внутри улья в виде инея. Почему пчелам удается согреть себя зимой?

    Какой кирпич – сплошной или пористый – лучше обеспечивают теплоизоляцию здания? Ответ обоснуйте.

    При одинаковой температуре гранита и кирпича кирпич на ощупь кажется теплее гранита. Какой из этих строительных материалов обладает лучшим теплоизоляционным свойством?

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

Рассмотренные примеры нам помогут сделать вывод и заполнить таблицу

Слушают текст, называют тела, обладающие хорошей и плохой теплопроводностью.

Снег – пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.

Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью.

Сковороды и кастрюли делают из веществ с хорошей теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

Ручки чайников, кастрюль делают из материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.

Опилки являются плохим проводником тепла. Растения укрывают опилками, чтобы они не замерзли.

Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло.

Шубка шмеля плохо проводит тепло, так как между ворсинками находится воздух, у которого теплопроводность мала.

Между пчелами остается воздух, который плохо проводит тепло и предохраняет от вымерзания.

Проведем мини исследовательскую работу. Узнаем верно ли выражение: ШУБА ГРЕЕТ?!

Как будем выполнять работу?

Для этого нам необходимо термометр, и лоскут меха. Измерим температуру помещения, затем на некоторое время положим термометр в лоскут

Делают вывод

Первичная проверка знаний

Цель: проверить на каком уровне понят материал?

    Как называется явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте?

    1. Теплоемкостью

      Теплородностью

      Теплопроводностью

    Выберите верное высказывание.

    1. При теплопроводности происходит перенос вещества от одного тела к другому

      При теплопроводности НЕ происходит перенос вещества от одного тела к другому

      Понятие теплопроводности не существует

    Которое из перечисленных веществ обладает наибольшей теплопроводностью?

    1. Древесина

      Стекло

      Медь

Отвечают в карте ученика.

Итог урока

Вспомним вопросы в начале урока. Готовы ли мы к зиме? С каким явлением мы сегодня познакомились? В чем заключается это явление?

Домашнее задание. П 4, (всем), подготовить доклад «Теплопроводность в природе, быту и технике.» (по желанию)

Спасибо за работу на уроке.

Отвечают на вопросы

1

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

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

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

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

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

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

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

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

Цели проекта:

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

Основная часть

Теоретическая часть

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

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

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

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

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

Практическая часть

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Прибор для показа различной теплопроводности твердых веществ.

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

Порядок изготовления прибора:

1. проволоки изогнуть в виде буквы «Г»;

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

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

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

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

Вывод. Разные твердые вещества обладают различной теплопроводностью.

Теплопроводность у различных веществ различна.

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

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

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

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

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

Распушил небольшой комок ваты и обернул им шарик термометра.

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

Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!

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

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

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

Заключение

У различных веществ различная теплопроводность.

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

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

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

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

1. Почему птицы в холодную погоду распушают свои перья?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Библиографическая ссылка

Беляевский И.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 1. – С. 72-76;
URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=143 (дата обращения: 07.11.2017).

1. Введение.

Проект разработан в соответствии со стандартом среднего общего образования по физике. При написании данного проекта рассмотрено изучение тепловых явлений, применение их в быту и технике. Помимо теоретического материала большое внимание уделено исследовательской работе – это опыты, которые отвечают на вопросы «Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела», «Одинаковая ли теплопроводность различных веществ», «Почему струи теплого воздуха или жидкости поднимаются вверх», «Почему тела с темной поверхностью нагреваются сильнее»; поиск и обработка информации, фотографий.Время работы над проектом: 1 – 1,5 месяца.Цели проекта:* практическая реализация имеющихся у школьников знаний о тепловыхявлениях;* формирование навыков самостоятельной исследовательской деятельности;* развитие познавательных интересов;* развитие логического и технического мышлений;* развитие способностей к самостоятельному приобретению новых знаний по физике в соответствии с жизненными потребностями и интересами;

2. Основная часть.

2.1. Теоретическая часть

В жизни мы действительно ежедневно встречаемся с тепловыми явлениями. Однако не всегда мы задумываемся, что эти явления можно объяснить, если хорошо знать физику. На уроках физики мы познакомились со способами изменения внутренней энергии: теплопередачей и совершением работы над телом или самим телом. При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не сравняются (не наступит тепловое равновесие). При этом механическая работа не совершается. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей. При теплопередаче энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Обратный процесс самопроизвольно (сам по себе) никогда не происходит, т. е. теплообмен необратим. Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе: эволюцию звезд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и др. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

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

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

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

2.2. Практическая часть.

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

Опыт №1

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

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

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

Опыт №2

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

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

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

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. На шта-ти-ве го-ри-зон-таль-но за-креп-лён стер-жень. На стержне через оди-на-ко-вые про-ме-жут-ки вер-ти-каль-но за-креп-ле-ны с по-мо-щью воска металлические гвоздики.

К краю стерж-ня под-но-сят свечу. По-сколь-ку край стерж-ня на-гре-ва-ет-ся, то по-сте-пен-но стер-жень про-гре-ва-ет-ся. Когда тепло до-хо-дит до места креп-ле-ния гвоздиков со стерж-нем, сте-а-рин пла-вит-ся, и гвоздик па-да-ет. Мы видим, что в дан-ном опыте нет пе-ре-но-са ве-ще-ства, со-от-вет-ствен-но, на-блю-да-ет-ся теп-ло-про-вод-ность.

Опыт №3

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

Прибор для показа различной теплопроводности твердых веществ.

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

Порядок изготовления прибора:

    проволоки изогнуть в виде буквы «Г»;

    укрепить их с внешней стороны банки при помощи резиновых колец;

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

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

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

Вывод. Разные твердые вещества обладают различной теплопроводностью.

Теплопроводность у различных веществ различна.

Опыт №4

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

Опыт №5

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

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

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

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

Опыт №6

Распушил небольшой комок ваты и обернул им шарик термометра.Теперь подержал некоторое время термометр на определенном расстоянии от пламени и заметил, как поднялась температура. Затем тот же комок ваты сжал и туго обмотал им шарик термометра и снова поднес к лампе. Во втором случае ртуть поднимется гораздо быстрее. Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!

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.

3. Заключение.

У различных веществ различная теплопроводность.

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

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

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

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

1.Почему птицы в холодную погоду распушают свои перья?

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4. Список используемой литературы.

Печатные издания:

1.А.В. Перышкин Физика 8 класс -М: Дрофа,2012г.

2.М.И.Блудов Беседы по физике часть1 -М: Просвещение 1984г.

Интернет – ресурсы:

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

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

Теплопроводность – это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная пе­редача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

Рассмотрим ряд опытов с нагревом твердого тела, жидкости и газа.

Закрепим в штативе толстую медную проволоку, а к проволоке прикрепим воском или плас­тилином несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Причем сначала отпадают те, что находятся ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Объясняется это следующим обра­зом. Сначала увеличивается скорость движения тех частиц металла, которые находятся ближе к пламени. Температура проволоки в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д., пока не прогреется вся проволока.

Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, пере­носится лишь энергия.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой. Положим в нее кусочек льда и станем нагревать верхнюю часть пробирки. Вода у поверхности скоро закипит. Лед же на дне пробирки за это время почти не растает. Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и жидких металлов.

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышко. Палец при этом долго не чувствует тепла.

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Следовательно, теплопроводность газов еще меньше.

Итак, теплопроводность различных веществ различна.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. Если теплопро­водность различных веществ сравнивать с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она меньше примерно в 5 раз, у воды – в 658 раз, у пористого кирпича – в 848 раз, у свежевыпав-шего снега – почти в 4000 раз, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти – почти в 10 ООО раз, а у воздуха она меньше примерно в 20 000 раз. Плохой теплопроводностью обладают также воло­сы, перья, 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, ручки для кастрюль, сковородок изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а зна­чит, предохраняют помещения от охлаждения. На применении вакуума в качестве теплоизоля­ционного «материала» основано устройство термоса, или сосуда Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром.

Исследование характеристик теплопередачи полой композитной термобарьерной конструкции при высоких температурах: AIP Advances: Vol 11, No 6

I. ВВЕДЕНИЕ

Раздел:

ChooseНаверх страницыРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕ < 1 1. Краевский В.К. Тепловой баланс модельной головки слитка // Матер.науч. Форум 649 , 533–538 (2010). https://doi.org/10.4028/www.scientific.net/msf.649.533Улучшение эффекта изоляции зависит от типа изоляционного материала и структуры границы изоляции. Установка воздушных слоев в середине твердых материалов является распространенным средством повышения теплоизоляции. 2,3 2. Ю. Дж. Лю, М. Г. Шен, З. К. Лв, «Исследование изоляционного эффекта полого стояка», Металлургия 57 (3), 146–148 (2018).3. Т. Чжан и Х. Ян, «Оценка схемы теплопередачи и повышение тепловых характеристик изоляционных воздушных слоев в ограждающих конструкциях», Appl.Энергия 250 , 834–845 (2019). https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2019.05.070 Для невысоких температурных режимов, таких как теплоизоляция зданий, роль пустотелых конструкций в теплоизоляции очевидна. Однако для мест с высокой температурой, таких как затвердевание слитка, процесс теплопередачи в системе изоляции полых конструкций очень сложен из-за влияния поверхностного излучения и изменения теплопроводности с температурой. Полые конструкции широко используются в теплоизоляция трубопроводов и ограждающих конструкций.В 2000 г. Zhang 4 4. JW Zhang и CJ Wan, «Характеристика нового типа полой теплоизоляции, используемой для тепловых трубопроводов», Build. Энергетическая среда. 1 , 41–42 (2000). проанализировали теплоизоляционные характеристики полых конструкций от механизма теплопередачи и предложили практический метод расчета конструкции полой изоляции. В 2006 году дель Коз Диас применил метод конечных элементов (FEM) для нелинейного комплексного анализа теплопередачи легкобетонных пустотелых кирпичных стен.Нелинейность обусловлена ​​граничным условием излучения внутри внутренних отверстий кирпичей. Явления проводимости и конвекции были учтены в его исследовании для трех различных значений проводимости строительного раствора и двух значений для кирпича. 5 5. Х. Х. дель Коз Диас, П. Х. Гарсия Ньето, А. Мартин Родригес и др. , «Нелинейный термический анализ легкобетонных полых кирпичных стен методом конечных элементов и экспериментальная проверка», Appl. Терм. англ. 26 (8–9), 777–786 (2006). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2005.10.012 В 2007 году в статье дель Коза Диаса оптимизация стен была проведена на основе конечно-элементного анализа пяти геометрий пустотелых кирпичей с помощью массы общий тепловой КПД и эквивалентная теплопроводность. 6 6. Х. Х. дель Коз Диас, П. Х. Гарсия Ньето, К. Бетегон Биемпика и др. , «Анализ и оптимизация конструкции теплоизоляционных легкобетонных пустотелых кирпичных стен методом конечных элементов», Заявл.Терм. англ. 27 (8-9), 1445–1456 (2007). https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2006.10.010 В 2008 г. в работе Айт-Талеба численно исследовались связанные теплопередачи в полых конструкциях, равномерно нагреваемых снизу или сверху. Применялось приближение Буссинеска, и течения считались ламинарными и двумерными для всего диапазона рассматриваемых параметров. Учитывался кондуктивный теплообмен в твердых перегородках и поверхностное излучение среди серых диффузных поверхностей. 7 7. Айт-Талеб Т., Абдельбаки А., Зрикем З. Численное моделирование теплопередачи за счет теплопроводности, естественной конвекции и излучения в полых конструкциях, нагреваемых снизу или сверху // Межд. Дж. Терм. науч. 47 (4), 378–387 (2008). https://doi.org/10.1016/j.ijthermalsci.2007.01.035In 2010, Zheng 8 8. D.Y. Zheng и X. Chen, «Исследование энергосберегающего метода изоляционного стекла», J. Harbin Univ. коммер., нац. науч. Эд. 26 (06), 739–742 (2010).провели эксперименты по теплопередаче стеклопакетов с различной шириной газового слоя путем заполнения аргоном с различной концентрацией для изучения теплоизоляционного эффекта. В 2012 году Букендил изучил двумерный расчет теплопроводности, свободной конвекции и инфракрасного излучения, связанный с теплопередачей сотовых стен, в установившемся режиме при комнатной температуре. Результаты показали, что общий тепловой поток на стену практически линейно зависит от разницы температур внутри и снаружи. Наконец, был получен общий коэффициент теплопередачи. 9 9. Букендил М., Абдельбаки А., Зрикем З. Детальное численное моделирование теплопередачи за счет теплопроводности, естественной конвекции и излучения через двойные сотовые стены. Симул. 5 (4), 337–344 (2012). https://doi.org/10.1007/s12273-012-0064-9 В 2013 году Краевски изучил теплообмен в системе литейного стояка. Результаты показали, что на коэффициент теплопередачи внешней поверхности стояка влияют температура поверхности и коэффициент излучения поверхности.При температуре поверхности 200–800 °С коэффициент теплопередачи внешней поверхности в основном зависит от температуры поверхности. При температуре поверхности 1000–1500 °С коэффициент черноты поверхности стояка изменяется от 0,28 до 0,42, а коэффициент поверхностной теплоотдачи в основном зависит от коэффициента черноты поверхности. 10,11 10. Краевский П.К., Зовко-Бродарак З., Краевский В.К. Теплообмен в системе форма-стояк-окружающая среда. I. Коэффициент теплообмена с внешней поверхности формы», Арх.Металл. Матер. 58 (3), 833–835 (2013). https://doi.org/10.2478/amm-2013-008111. Краевский П.К., Градовский А., Краевский В.К. Теплообмен в системе форма-стояк-окружающая среда. II. Поверхностное тепловыделение от открытого стояка в окружающую среду», Арх. Металл. Матер. 58 (4), 1149–1153 (2013). https://doi.org/10.2478/amm-2013-0140 В 2019 году Sowa изучила влияние формы стояка на эффект подачи затвердевающего литья. Процесс затвердевания системы, состоящей из отливки и стояка, изучался методом конечных элементов. 12 12. Л. Сова, Т. Скшипчак и П. Квятонь, «Влияние формы стояка на эффективность подачи затвердевающей отливки», Арх. Литейный инж. 19 (4), 91–94 (2019). https://doi.org/10.24425/afe.2019.129636 С помощью программного обеспечения COMSOL Денг теоретически проанализировал влияние внутренней полой структуры (однослойной полости и многослойной полости) на плотность теплового потока, а также влияние полости дистанционирующие и полостные слои на эффект изоляции. 13 13.CY Deng, JW Kang, HL Shangguan, YY Hu и ZY Liu, «Влияние полых структур в песчаной форме, изготовленной с использованием технологии 3D-печати», J. Mater. Процесс. Технол. 255 , 516–523 (2017). https://doi.org/10.1016/j.jmatprotec.2017.12.031 В соответствии со свойствами изоляции воздуха, Han 14 14. X. H. Han, M. G. Shen и X. D. Li, «Исследование эффекта сохранения тепла полого стояка, Литейная технология. 36 (03), 719–721 (2015). принял стояк из полого материала для улучшения изоляционного эффекта стояка.Методом эксперимента и численного моделирования было предложено усовершенствование путем вставки теплоизоляционной плиты в полость с шагом шириной 25 мм. Результаты показали, что тепловой поток может быть уменьшен примерно на 50% при установке теплозащитного экрана. С увеличением количества вставленных теплоизоляционных плит эффект изоляции также постепенно улучшается. Однако в этом исследовании получена только теплопередача, соответствующая различным структурам, без систематического анализа механизма ее теплопередачи.Влияние излучения на общий теплообмен не изучалось.

Вышеупомянутая литература в основном изучала влияние структуры воздушной прослойки на процесс теплопередачи с точки зрения геометрической структуры или просто изучала влияние коэффициента излучения поверхности на теплообмен. Однако необходимо систематически изучать влияние геометрии, тепловых свойств материала и коэффициента излучения поверхности на процесс теплопередачи в условиях высоких температур, таких как стояк непрерывного литья.

В этой статье предлагается своего рода изолирующий стояк с воздушной прослойкой, и систематически изучается процесс теплообмена стояка в многофакторных условиях путем объединения эксперимента и численного моделирования, что обеспечивает теоретическую поддержку для улучшения изоляционного эффекта стояк.

III. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

Раздел:

ВыбратьВерх страницыРЕФЕРАТ. ВВЕДЕНИЕII. РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬIII.МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ… < Численное моделирование выполнено с использованием программного обеспечения ANSYS FLUENT. Взяв в качестве объекта исследования материал А (кирпич силикатный легкий), исходя из той же внешней структуры, для численного расчета изменены внутренние структурные параметры материала. Для расчета неструктурированных сеток используется метод конечных объемов. Для сравнения результатов моделирования с экспериментальными результатами граничные условия задавались как условия постоянной температуры стенки.Модель «поверхность-поверхность» (S2S) была выбрана для расчета модели излучения. Основное предположение модели S2S заключается в том, что любое поглощение, испускание или рассеяние излучения можно игнорировать, поэтому при анализе необходимо учитывать только излучение «поверхность-поверхность».

При неизменности граничных условий и изменении толщины воздушной прослойки путем численного моделирования была получена кривая зависимости теплопроводности композита от температуры. Параметры структуры и параметры работы материалов в процессе моделирования можно увидеть в таблице I.

ТАБЛИЦА I. Граничные условия и физические параметры моделируемых материалов.

Температура горячей пластины T H (° C) Температура холодной пластины T 2 (° C) Плотность ρ (кг / м 3 ) Теплопроводность λ (w / m ° C) Толщина L (M)
5
Материал A 100-1500 50 1900 0.815 + 0,000 756t 16 16. X.H. Xu и G.S. Feng, in Technical Manual of Refractories , под редакцией Z.G. Wang (Metallurgical Industry Press, Beijing, 2000), p. 661. 0.055
100-1500 50-1500 50 1200 0.145 + 0.0000 145T 0,055
Материал C 600 50 1325 0.147 + 0,001 47t 0,055
Материал C 50 10 1325 0.147 + 0,001 47t 0,055
Материал А представляет собой легкий силикатный кирпич, теплофизические свойства которого приведены в справочном материале. 1616. X.H. Xu и G.S. Feng, in Technical Manual of Refractories , под редакцией Z.G. Wang (Metallurgical Industry Press, Beijing, 2000), p. 661.. Теплофизические параметры материалов В и С получены из экспериментальных данных самодельных материалов. Для получения теплопроводности материала С при комнатной температуре и высокой температуре эксперименты и моделирование проводились при 10–50 и 50–600 °С соответственно.

A. Влияние размера воздушной прослойки на характеристики теплопередачи

Когда общая толщина материала была постоянной, было смоделировано и рассчитано влияние толщины воздушной прослойки на общую теплопроводность материала при различных температурах горячей поверхности. .

На рис. 3 представлены кривые суммарной теплопроводности в зависимости от размера воздушной прослойки при различных температурах горячей поверхности, где твердый материал отмечен 0 мм.Видно, что общая теплопроводность сначала уменьшается, а затем увеличивается с увеличением толщины воздушной прослойки. Например, когда температура горячей поверхности достигает 1500 °С, размер, соответствующий минимальному значению теплопроводности, составляет 2 мм. С уменьшением температуры горячей поверхности размер воздушной прослойки, соответствующий точке минимума, постепенно увеличивается. Например, при температуре горячей поверхности 500 °С и размере воздушной прослойки 6 мм теплопроводность достигает минимума; при температуре горячей поверхности до 100 °С теплопроводность уменьшается с увеличением размера воздушной прослойки, и минимального значения в диапазоне исследований не было.Поскольку ширина промежуточного слоя мала ( Gr 13 13. C.Y. Deng, JW Kang, HL Shangguan, YY Hu и Z.Y. Liu, «Влияние полых структур в песчаной форме, изготовленной с использованием технологии 3D-печати», J. Mater.Process.Technol. 255 , 516–523 (2017). прослойка изменяется незначительно, но вязкость жидкости явно увеличивается, что приводит к уменьшению интенсивности естественной конвекции при высоких температурах, в то время как радиационный теплообмен быстро возрастает с повышением температуры, т.к. эффект при высоких температурах нельзя не учитывать, когда и чем больше размер прослойки, тем очевиднее увеличение теплопроводности.

B. Влияние количества воздушных прослоек на показатели теплообмена

Общая толщина материала 55 мм, теплопроводность должна быть снижена в пределах рабочего диапазона. Поэтому воздушная прослойка устанавливается в единице 5 мм, а между каждым слоем устанавливается разделитель 2 мм для изучения влияния количества воздушных прослоек на теплопроводность. Результаты показаны на рис. 4 и 5. Из результирующей кривой на рис. 4 видно, что теплопроводность уменьшается с увеличением количества воздушных прослоек при одной и той же температуре горячей поверхности.Чем выше температура, тем медленнее уменьшается теплопроводность. На рис. 5 показано снижение процента снижения теплопроводности при увеличении количества воздушных прослоек по сравнению с твердыми материалами при тех же условиях. Видно, что при температуре горячей поверхности 900 °С и количестве прослоек 2 теплопроводность может быть снижена на 20 % по сравнению с твердотельными материалами, то есть снижается теплоотдача внешней поверхности. на 20 %, а при количестве прослоек 4 теплопроводность и поверхностное тепловыделение снижаются на 30 %; при температуре горячей поверхности 1500 °С и количестве прослоек 2 теплопроводность может быть снижена на 6% по сравнению с твердотельными материалами, то есть при снижении теплоотдачи внешней поверхности на 6 %, при количестве воздушных прослоек 4 теплопроводность и теплоотдача могут быть снижены на 10%.Видно, что снижение теплопроводности двухслойной воздушной прослойки является наиболее очевидным и экономичным. Стоимость увеличения количества слоев высока, а эффект от снижения теплопроводности не очевиден.

C. Влияние положения воздушной прослойки на характеристики теплопередачи материалов

Для 5- и 10-мм воздушных многослойных конструкций влияние X на общую теплопроводность материалов изучалось путем изменения расстояния X между воздушными прослойками и горячая поверхность стены.На рис. 6 представлены результаты моделирования при 1500, 1200 и 900 °С соответственно. Из рис. 6 видно, что при постоянном значении L с увеличением значения X общая теплопроводность материал постепенно снижается из-за снижения средней температуры по обеим сторонам прослойки. Кроме того, теплопроводность уменьшается с уменьшением температуры горячей поверхности. Из вышеприведенного анализа видно, что на общий тепловой поток материала в основном влияет интенсивность излучения и теплопроводность воздуха, когда конвективным теплообменом в воздушной прослойке можно пренебречь.С увеличением значения X воздушная прослойка находится далеко от поверхности нагрева, а температура стенки с обеих сторон прослойки снижается, что приводит к уменьшению теплового излучения и теплопроводности воздуха, а также к снижению общей теплопроводности. .

D. Влияние коэффициента излучения на характеристики теплопередачи в воздушной прослойке

Поскольку коэффициент излучения поверхности различается для разных материалов, для анализа влияния коэффициента излучения внутренней поверхности воздушной прослойки на характеристики теплопередачи в качестве объекта исследования был выбран материал А. исследовании, когда коэффициент излучения поверхности сэндвич-конструкций по воздуху толщиной 5 и 10 мм равен 0.2, 0,4, 0,6, 0,8 и 1,0 соответственно получено влияние черноты внутренней поверхности двух видов прослоек на теплопроводность при разных температурах.

На рис. 7 видно, что с уменьшением коэффициента излучения поверхности теплопроводность материала явно снижается, причем теплопроводность 5-мм прослойки ниже, чем у 10-мм прослойки. Когда коэффициент излучения поверхности был ниже 0,6, коэффициент излучения поверхности более явно влиял на общую теплопроводность.Когда коэффициент излучения поверхности выше 0,6, влияние снижения коэффициента излучения поверхности на теплопроводность не очевидно. Таким образом, оцинкованный стальной лист с низким коэффициентом излучения можно использовать в качестве межслойного разделителя при изготовлении двух и более слоев промежуточных слоев.

E. Влияние типа материала на характеристики теплопередачи воздушной многослойной конструкции

В этой статье на основе материала B его теплопроводность ( λ ) записывается в виде λ = a + bt , а влияние a и b на всесторонние характеристики теплопередачи изоляционной плиты было изучено с помощью численного моделирования.

На рис. 8 и 9 представлены кривые теплопроводности трех различных конструкций со значениями а и b при различных температурах. Видно, что когда температура горячей поверхности достигает 1500 °C, с увеличением значения a теплопроводность 5-мм межслойной структуры уменьшается больше, чем теплопроводность твердого материала. По сравнению со значением b влияние значения a на теплопроводность более очевидно. Когда температура горячей поверхности снижается до 500 °C, теплопроводность трех материалов увеличивается с увеличением значения a или значения b .Теплопроводность сэндвич-структуры увеличивается медленнее, чем твердого материала, и значение a более чувствительно к изменению структуры, чем значение b . Можно сделать вывод, что для оптимизированной структуры (воздушная прослойка) чем больше базовое значение a в выражении теплопроводности материалов, тем очевиднее влияние добавления воздушной прослойки на теплоизоляционные характеристики материала. материала, тем больше снижается теплопроводность по сравнению с тем же твердым материалом, то есть для материала с более высоким базовым значением теплопроводности a теплоизоляционные характеристики могут быть значительно улучшены после оптимизации.

V. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Раздел:

ВыбратьВ началоРЕЗЮМЕ. ВВЕДЕНИЕII. РАСЧЕТНАЯ МОДЕЛЬIII. МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЯ…IV. ПРОВЕРКА МОДЕЛИV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ <<ССЫЛКИ НА СТАТЬИ В данной работе с помощью численного моделирования и экспериментальных исследований на основе применения требований к теплоизоляции литейной формы исследованы характеристики теплопередачи твердого материала с воздушной межслойной структурой при высоких температурах. стояк.Конкретные выводы следующие:
(1)

Что касается структуры, увеличение количества воздушных прослоек может улучшить общий теплоизоляционный эффект материала, но когда количество слоев больше двух, тенденция снижения теплопроводности не очевидна; для однослойных конструкций с воздушным зазором существует оптимальная ширина воздушного зазора для минимизации общей теплопроводности материала, которая связана с температурой горячей поверхности, и 2 мм является оптимальной шириной воздушного зазора при температуре горячей поверхности 1500 °С.Увеличение расстояния между воздушным зазором и горячей поверхностью может снизить общую теплопроводность материала.

(2)

Что касается материала, то чем более очевидным является изменение тепловых свойств материала в зависимости от температуры, тем менее значительное улучшение теплоизоляционных характеристик может быть достигнуто за счет использования воздушных многослойных конструкций; с уменьшением коэффициента черноты поверхности по обе стороны воздушного зазора общая теплопроводность материала уменьшается, и тренд замедляется, когда коэффициент черноты меньше 0.6.

Что касается прочности материала на сжатие, оптимизированный материал использовался в качестве изоляционной плиты для подъема, применялся для массового производства слитков на литейном предприятии, эффект хороший, и не было никакого сжатия. проблема прочности изоляционной плиты при высоких температурах. Поскольку изоляционная плита имеет сэндвич-структуру, высокотемпературная сторона является огнеупорной с высокой прочностью на сжатие при высоких температурах, а твердый материал толще.При затвердевании жидкой стали не произошло деформации или повреждения теплоизоляционной плиты, что соответствует требованиям слиткового литья.

Вязкость и теплопроводность теплоносителей

Вязкостные и термические свойства теплоносителей жизненно важны для определения характеристик при прогнозировании управляемости и эталонных характеристик.

Эксплуатационные добавки, такие как наночастицы, антикоррозийные или антифризные добавки, могут значительно повлиять на базовые свойства обработки и теплопередачи, поэтому они должны быть сбалансированы для предполагаемого применения.

При строгом контроле поведения при обращении и тепловых характеристик можно разрабатывать специальные теплоносители, отвечающие точным требованиям вашего технологического процесса. Испытания на вязкость и теплопроводность позволяют количественно оценить эти жизненно важные характеристики при разработке состава.

Наша лаборатория обеспечивает определение характеристик как управляемости, так и тепловых свойств, предоставляя надежные данные для моделирования или сравнительные данные для сравнительного анализа конкурентов.


Свяжитесь с нами для ознакомления и беседы или отправьте нам свои образцы для тестирования

Свяжитесь с нами


Теплоносители разрабатываются с учетом трех ключевых соображений:

  1. Поведение при обращении: плотность
  2. Характеристики теплопередачи: Включая теплопроводность и теплоемкость
  3. Добавки, повышающие эксплуатационные характеристики: Балансирующие дополнительные преимущества, которые могут изменить вышеперечисленные свойства имеет жизненно важное значение для оценки прокачиваемости, спецификации насоса, проектирования системы перекачки жидкости и моделирования теплообмена.Мы предоставляем точные измерения вязкости как функции скорости сдвига (для неньютоновских материалов) или температуры.


    Измерения теплопроводности и теплоемкости

    В дополнение к тому, что жидкость можно перекачивать при рабочей температуре, очень важно обеспечить соответствие эффективности теплопередачи вашим требованиям.

    Теплопроводность – это мера способности материала проводить тепловую энергию – теплоизоляторы обычно имеют низкие значения теплопроводности.Теплоемкость является еще одним важным показателем для теплоносителей.

    Указывает количество тепла, необходимое для повышения температуры единицы объема (объемная теплоемкость) или массы (удельная теплоемкость) на 1°C.


    Сравнительные составы для работы в качестве теплоносителей

    Для удовлетворения требований предполагаемого применения могут использоваться добавки, обеспечивающие определенные преимущества или обеспечивающие соответствие теплоносителей требованиям в отношении рабочей температуры, коррозии, безопасности пищевых продуктов или химическая устойчивость.

    Хотя эти добавки могут иметь жизненно важное значение для обеспечения возможности использования теплоносителя для конкретного применения, они часто могут усложнять обращение с ним или модулировать теплопроводность.

    Наножидкости и добавление наночастиц к жидкостям-теплоносителям в последнее время набирают популярность как будущие жидкости-теплоносители благодаря их улучшенным тепловым характеристикам. Наножидкости, как правило, имеют более тонкое поведение и должны иметь дело со стабильностью суспензии, неньютоновским поведением, межфазным взаимодействием, химической стабильностью и чувствительностью.


    Свяжитесь с нами сейчас, чтобы обсудить, как мы можем помочь охарактеризовать и протестировать вязкостные и термические свойства вашего теплоносителя.


    Этот краткий обзор дает читателю обзор трех типов теплопередачи: проводимости, проводимости и излучения.

    Введение в три типа теплопередачи

    Тепло передается через твердый материал (проводимость) , жидкости и газы (конвекция) и электромагнитные волны (излучение) .

    Тепло обычно передается в сочетании этих трех типов и редко происходит само по себе.

    Например, на тепловую среду здания влияют потоки тепла через грунт (теплопроводность) и ограждающие конструкции (в основном конвекция и излучение).

    Конвекция

    Конвекция это поток тепла через жидкости и газы .

    Датчики теплового потока

    gSKIN® могут измерять конвективный тепловой поток (см. рисунок слева).

    Примеры конвективного теплового потока:
    Ощущение холода при ветре.
    В воде с температурой 25°С ощущается гораздо холоднее, чем на воздухе с температурой 25°С.
    Принцип измерения в датчиках массового расхода на основе теплового потока. Узнать больше

    Проводимость

    Теплопроводность – это поток тепла через твердые материалы .

    Датчики теплового потока

    gSKIN® могут измерять кондуктивный тепловой поток (см. рисунок слева).

    Примерами кондуктивного теплового потока являются:
    Прикосновение к чашке горячего кофе
    Термические воздействия в точных приборах.Узнать больше
    Измерение тепловыделения химических реакторов. Узнать больше

    Радиация

    Излучение – это поток тепла через электромагнитные волны .

    Датчики теплового потока

    gSKIN® могут измерять радиационный тепловой поток (см. рисунок слева).

    Примеры лучистого теплового потока:
    Ощущение жара, когда стоишь рядом с огнем.
    Измерение солнечной энергии. Узнать больше

    Устали читать? Откройте для себя наши видеоролики о теплопередаче!

    • Конвективные тепловые потоки: измерения с помощью датчика gSKIN доступны здесь.
    • Объяснение теплового потока: почему ощущаемая и измеренная температура не совпадают доступны здесь.

    Рекомендованные показания для дальнейшего использования

    7.6 Основы теплопередачи – EPET 400: Проектирование миссии космического корабля

    Поглощающая способность поверхности материала – это его способность поглощать лучистую энергию. Для данной длины волны коэффициент поглощения равен коэффициенту излучения:

    Однако существуют материалы, которые поглощают на другой длине волны, чем излучают, коэффициенты излучения и коэффициенты поглощения различаются:

    Материал Соотношение
    Алюминий 0.09 0,03 3,00
    Белая краска 0,2 0,92 0,22
    Черная краска 0,92 0,89 1,03
    Серебряный тефлон 0,08 0,8 0,1
    Каптон с алюминиевым покрытием 0,38 0,67 0,56

    Эти материалы можно использовать для достижения общего согревающего или охлаждающего эффекта.Отношение больше 1 способствует потеплению, а отношение меньше 1 способствует охлаждению. Некоторые распространенные стратегии:

    • Используйте серебряный тефлон, чтобы свести к минимуму поглощение солнечного света, но максимально увеличить излучение (например, для зеркал телескопа)
    • Используйте черную краску для максимальной передачи энергии, как поглощения, так и излучения (внутри)
    • Используйте металлы (например, алюминий) для минимизации как поглощения, так и излучения (солнцезащитный экран прибора)
    • Объедините эти поверхности, чтобы получить почти все, что захотите

    Радиационные взаимодействия

    Тепловое излучение в космос

    Вспомните уравнение Стефана-Больцмана:

    Где находится температура в Кельвинах,

    – площадь поверхности, спроецированная в космос в ,

    — постоянная Стефана-Больцмана, а

    — коэффициент излучения поверхности, который зависит от длины волны.

    Обратите внимание, что коэффициенты излучения для разных длин волн не эквивалентны: . Но также и то, что излучение испускается на всех длинах волн, так как же нам определить, какое значение коэффициента излучения использовать? Мы используем закон Вина, чтобы определить преобладающую длину волны.

    Излучение черного тела как функция длины волны при различных температурах. Каждая температурная кривая имеет пик на своей длине волны, и закон Вина описывает сдвиг этого пика. СС BY-SA 3.0. Изображение Курва Планк.

    В качестве быстрого примера, для космического корабля с коэффициентом излучения поверхности 0.8, температура 330K и проекция площади поверхности 1, тепло, излучаемое в космос, составляет 538 Вт!

    Солнечное излучение
    Спектр солнечного излучения. Creative Commons Attribution-Share Alike 3.0 Неперенесенная лицензия. Изображение Роберта А. Роде.

    «Солнце излучает свет с распределением, подобным тому, что можно было бы ожидать от черного тела с температурой 5525 К (5250 °C), что примерно соответствует температуре поверхности Солнца. Эти кривые основаны на данных NREL для над атмосферой и на уровне моря, которые являются стандартами, принятыми фотоэлектрической промышленностью для обеспечения согласованных условий испытаний и аналогичны свету, который можно ожидать в Северной Америке.[Википедия].

    Например, возьмем белую краску, коэффициент излучения которой равен 0,8, а коэффициент поглощения равен 0,4. Входящая мощность от солнечного излучения определяется как:

    где – площадь, перпендикулярная вектору Солнца, и – солнечное излучение вокруг Земли; видите некоторое сходство с уравнением мощности солнечных батарей? Входящая мощность по этим параметрам составляет 26,9 Ватт.

    Последнее замечание о влиянии солнечной радиации, выделяющей частицы отложений на поверхности, что увеличивает поглощающую способность, но почти не влияет на излучательную способность.

    Спектральное поглощение/излучение нескольких материалов и покрытий. Изображение Кейвана Ниаки.

    Альбедо

    Использование реального альбедо Земли и потока ИК-излучения Земли для теплового анализа космического корабля

     

    Пример ежедневных данных альбедо (CERES). Изображение Ромена Пейру-Логи.

    Отраженный солнечный свет от планетарных тел имеет форму альбедо. Альбедо — это доля солнечного излучения, отраженного от поверхности планетарного тела, чаще всего рассчитываемая для Земли. Альбедо зависит от орбиты и положения космического корабля.Значения для Земли колеблются от 0,2 до 0,6. это площадь проекта на Землю.

    Иллюстрация эффективного альбедо в любой момент, воспринимаемого космическим кораблем, находящимся на околоземной орбите. Пейру-Лауга, Ромен. «Использование реального альбедо Земли и потока ИК-излучения Земли для теплового анализа космического корабля». 47-я Международная конференция по экологическим системам, 2017 г. Изображение Ромена Пейру-Лога.

    Для расчета результирующего тепла, исходящего от альбедо:

    Где R — коэффициент альбедо. Давайте проведем пример расчета, включив в него некоторые примерные значения, где коэффициент поглощения, альбедо и .Результирующее тепло от альбедо составляет 26,9 Вт.

    Тепловое излучение Земли

    Радиационный баланс Земли – это приходящая радиация на Землю должна равняться исходящей радиации. Поглощенное солнечное излучение (коротковолновое) повышает температуру Земли, а испускаемое длинноволновое излучение (тепло) понижает температуру. Изображение UMaine.edu.

    Земля не только отражает солнечный свет, но и излучает тепло как источник излучения. Земля поглощает солнечное тепло, а также генерирует собственное тепло из своего динамичного расплавленного ядра.Это тепло излучается ближайшим космическим кораблем со следующим соотношением:

    Где F — геометрический фактор, называемый коэффициентом обзора. Фактор обзора — это безразмерный коэффициент от 0 до 1, который определяет, какая часть поверхности видна другой поверхности, и является чисто геометрическим свойством [Klobuchar]. Где F — геометрический фактор, называемый коэффициентом обзора, — коэффициент излучения Земли, — коэффициент поглощения космического корабля в инфракрасном диапазоне

    Коэффициенты просмотра обычно заносятся в калькуляторы или электронные таблицы.Для взаимодействия между космическим кораблем и Землей метод Nusselt Unit Sphere вычисляет коэффициент обзора между сферой и плоской поверхностью.

    Для примера расчета, где высота составляет 500 км, а угол между нормалями к поверхностям областей составляет 90 градусов, коэффициент обзора равен 0,28. Излучательная способность Земли составляет около 1, почти идеально для черного тела. Температура около 255 Кельвинов. Площадь излучения — это площадь космического корабля, перпендикулярная Земле, которую мы будем использовать 1 .Излучательная способность Земли составляет 26,9 Вт.

    Тепловое равновесие

    При тепловом равновесии поступающая тепловая мощность равна выходящей. Этот результат вытекает из первого закона термодинамики: «закон сохранения энергии утверждает, что полная энергия изолированной системы постоянна; энергия может быть преобразована из одной формы в другую, но не может быть ни создана, ни уничтожена» [Википедия]. Изменение внутренней энергии замкнутой системы равно разности теплоты, поступающей в систему, и количества термодинамической работы, совершаемой системой:

    Для космического корабля поступающее тепло представляет собой поглощенную падающую энергию.Уходящее тепло является излучаемой энергией. Работа, выполненная внутри, представляет собой используемую внутреннюю мощность (отрицательная работа в этом смысле – добавляет к общему теплу в системе).

    Окружающая среда

    Давайте рассмотрим конкретный случай для космического корабля, ориентированного на Землю, чтобы продемонстрировать, как найти равновесную температуру.

    Теплообмен между спутником и космической средой. Открытый доступ Abdelkhalek, Hamdy Soltan, et al. «Моделирование и прогнозирование спутниковых датчиков температуры на основе искусственной нейронной сети.Журнал аэрокосмических технологий и менеджмента 11 (2019 г.). Изображение Scielo.

    Энергия, поступающая в систему, является результатом прямого солнечного излучения, отраженного солнечного света (альбедо), теплового излучения Земли и внутренних источников тепла (таких как электроника и люди):

    Энергия, выходящая из системы, поступает из одного источника: излучение в космос, которое зависит от температуры поверхности. Уравнение теплового баланса тогда:

    Одно уравнение и одно неизвестное приводят к единственному решению.Это уравнение теплового баланса решает равновесную температуру для одного узла, которым является космический корабль. Это решение представляет собой среднюю температуру всего космического корабля и не учитывает разницу температур между различными компонентами внутри космического корабля.

    Влияние расстояния на равновесную температуру. Аналогично ENAE 483/788D – Принципы проектирования космических систем Конспекты лекций.
    Свойства поверхности

    Давайте интуитивно поймем, как равновесная температура меняется в зависимости от свойств поверхности, которыми мы можем управлять, таких как геометрия спутника и коэффициент поглощения/излучательной способности.Форма поглощает энергию только через освещенные грани, но форма излучает энергию через всю площадь поверхности. Основное сделанное предположение состоит в том, что черные тела по своей природе изотермические (совершенная и мгновенная проводимость тепла внутрь ко всем граням). Хотя баланс включает в себя эффекты солнца, альбедо, Земли и внутренних компонентов, давайте упростим баланс, включив в него только мощность солнечного света и излучаемую мощность:

    Где

    и

    Новый баланс со всеми переменными включает:

    Выделив температуру слева, мы имеем:

    Есть три отношения, которые зависят от температуры: 1) константы, которые мы не можем изменить, 2) соотношение коэффициентов поглощения и излучения, которые мы можем изменить в поверхностных покрытиях, и 3) отношение освещенной солнцем площади к излучаемой площади.Отношение освещенной солнцем площади к излучающей площади для различных геометрий приведено ниже:

    Вы заметите, что чем компактнее объем космического корабля, тем меньше его площадь, тем ниже равновесная температура.

    Влияние формы на температуру черного тела. Аналогично ENAE 483/788D – Конспекты лекций «Принципы проектирования космических систем».

    Внутренняя выработка электроэнергии

    Радиатор с прямым оребрением 60 × 60 × 10 мм с тепловым профилем и закручивающимися анимированными траекториями принудительной конвекции от осевого трубчатого вентилятора, рассчитанными с использованием пакета анализа CFD.СС BY-SA 3.0. Изображение Изофильм.

    До сих пор мы говорили только об идеальных взаимодействиях теплопередачи. Нам нужно включить неидеальные эффекты, которые лучше отражают реальность, такие как выработка энергии внутри космического корабля. Авионика космического корабля будет выделять тепло из-за неэффективного использования или передачи энергии, например, когда ток протекает через резистор в электрической цепи [Renesas]. Космический корабль также может иметь встроенные нагреватели, которые преднамеренно или целенаправленно вырабатывают энергию. Эта генерируемая мощность находится в левой части уравнения как часть тепла, поступающего в систему.

    Когда полупроводник проводит ток, на нем возникает ненулевое падение напряжения. Это приводит к потерям, которые почти полностью преобразуются в тепло. Рассмотрим следующую упрощенную структуру типичного варианта использования кремниевой микросхемы IGBT и кремниевой микросхемы диода, смонтированных на корпусе, который крепится к радиатору. Как для IGBT, так и для диода тепловая мощность возникает в переходе, где ее значение наибольшее. Мгновенное значение мощности равно сопротивлению (I x V) IGBT или диода.Тепло проходит через тепловой импеданс конструкции и рассеивается в окружающей среде. Чем ниже тепловой импеданс, тем меньше превышение температуры кремния над окружающей средой. Изображение My Electronic Days.

    Чтобы рассчитать приблизительное количество вырабатываемой энергии, измерьте общую мощность, потребляемую электроникой, и умножьте ее на полезный КПД. Потерянная мощность превращается в тепло за счет теплопроводности, нагревая компонент:

    Где КПД электронной части и

    – общая мощность, потребляемая электронными компонентами

    Для обогревателей можно использовать то же уравнение, установив .

    Для анализа совокупной суммы система представляет собой сумму всех источников тепла внутри космического корабля. Для более подробного анализа конечных элементов каждый источник тепла также должен быть связан с местом внутри космического корабля.

    Термическое управление эпидермальными электронными устройствами/кожной системой с учетом незаметного потоотделения

    На рисунке 1(b) показана четверть типичной многослойной системы ЭЭУ/кожи с использованием преимущества симметрии с ЭЭУ, состоящим из нагревательного компонента (например,г., нагреватель), расположенный на границе между податливой подложкой и оболочкой. Система координат устанавливается с началом координат O на границе раздела подложка/кожа, x указывает вправо, y указывает вперед и z указывает сверху вниз. Толщина каждого слоя обозначается как H с нижними индексами encap, sub, skin, обозначающими инкапсулирующий слой, подложку и кожу соответственно. Размер в плоскости нагревателя 2 A × 2 A × H × H нагреватель с A в виде полумана и H нагреватель Как толщина обогреватель.Нижняя поверхность кожи устанавливается как основная температура тела T b . Верхняя поверхность герметизирующего слоя имеет конвекционную границу с коэффициентом конвекции, обозначенным как h . Нагреватель, который обычно изготавливается из металла (например, из золота), можно моделировать как плоский источник тепла, поскольку его толщина (~50 нм) намного меньше, чем толщина (~10 мкм) герметизирующего слоя и подложки.

    Установившиеся температуры T encap и T sub в герметизирующем слое и подложке удовлетворяют уравнению теплопроводности Фурье в уравнении.{2}}) – {\ rho} _ {s} {c} _ {s} {V} _ {z} \ frac {\ partial T} {\ partial z} – {\ varpi} _ {b} { \rho }_{b}{c}_{b}(T-{T}_{b})+{q}_{met}+{q}_{s}=0\,\,{\rm {0}}\le z\le {H}_{скин}\end{массив},$$

    (4)

    Где K ENCAP K SUB и K и K K K K K K K K – теплопроводности капсуляционного слоя, субстрата и кожи, соответственно, V Z – скорость потока пота в направлении z .Здесь поток пота вдоль плоскостных направлений игнорируется, поскольку канал, по которому течет поток пота, проходит в основном вдоль направления z .

    Конвекционная граница на верхней поверхности ( Z = – H E Encap H H SUB ) Служба инкапсуляции дает

    $$ {- {k} _ {encap } \ frac {\ partial T} {\ partial z} |} _ {z = – ({H} _ {encap} + {H} _ {sub})} = {h ({T} _ {\ infty} -T)|}_{z=-({H}_{encap}+{H}_{sub})},$$

    (5)

    где h – коэффициент теплопередачи, а T – температура окружающей среды.{+}}.$$

    (8)

    Постоянная внутренняя температура тела на нижней поверхности кожи дает

    $${T|}_{z={H}_{skin}}={T}_{b}.$$

    (9)

    Аналитическое решение уравнений теплопередачи в уравнении. (4) с граничными условиями в уравнениях (5–9) можно получить методом суперпозиции, т.{2}+4\beta})/2\) с α  =  ρ с с с 3 г / к кожей и β = π б ρ б с б V г / K / K / K , , Q = ( Q Meet + Q S ) K K Skin / ( π B ρ б с б ), и

    }\\ {B}_{1}\\ {B}_{2}\\ {C}_{1}\\ {C}_{2}\end{массив}\}=\f rac{1}{EF-{k}_{encap}{k}_{sub}hG}\{\begin{array}{c}{k}_{sub}{k}_{skin}h[\ тау F+q({\gamma}_{2}-{\gamma}_{1})]\\ {k}_{sub}{k}_{skin}h[\tau F+q({\ гамма } _ {2} – {\ gamma } _ {1})] ({H} _ {encap} + {H} _ {sub} + \ frac {{k} _ {encap}} {h}) \ \ {k}_{encap}{k}_{skin}h[\tau F+q({\gamma}_{2}-{\gamma}_{1})]\\ {k}_{encap }{k} _ {sub} hG (\ tau -q) + E ({\ gamma } _ {2} – {\ gamma } _ {1}) q + EFq \\ {k} _ {encap} {k } _ {sub} h {e} ^ {{\ gamma} _ {2} {H} _ {кожа}} \ tau + (E {\ gamma} _ {2} – {k} _ {encap} {k }_{sub}h)q\\ -{k}_{encap}{k}_{sub}h{e}^{{\gamma}_{1}{H}_{skin}}\tau – (E{\gamma}_{1}-{k}_{encap}{k}_{sub}h)q\end{массив}\},$$

    (12)

    с Е = K суб к кожа Н ENCAP ч + к ENCAP K кожа H H Sub H + K K K K K Sub K K Skin , \ (f = {\ gamma} _ {1} {e} ^ {{\ gamma} _ {2} {H} _ {кожа}} – {\ gamma } _ {2} {e} ^ {{\ gamma} _ {1} {H} _ {кожа} }\), \(G={e}^{{\gamma}_{2}{H}_{кожа}}-{e}^{{\gamma}_{1}{H}_{кожа} }\), τ  =  T b T  +  q .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.