Menu Close

Виды теплопроводности таблица: Обощающая таблица . Виды теплопередачи

Обощающая таблица . Виды теплопередачи

Обобщающая таблица.

Виды теплопередачи

Вид теплопередачи

определение

Существенный признак

Примеры использования в быту, в природе, в технике

Теплопроводность

Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Контакт тел с разной температурой или частей тела.

При теплопроводности не происходит перенос вещества от одного конца тела к другому.

Теплопроводность у различных веществ различна.

Имеют большую теплопроводность: металлы. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь. Плохой теплопроводностью обладают: жидкости, газы, пористые тела. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум.

Если нужно предохранять тело от нагревания или охлаждения, то применяют вещества с малой теплопроводностью: ручки сковородок, кастрюль и т.д.

(Привести свои примеры)

Конвекция

Энергия переносится самими струями жидкости и газа.

Конвекция невозможна в твердых телах. Для того, чтобы происходила конвекция жидкости и газы нужно подогревать снизу.

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную.

Причина образования пассатов, бризов. Отопление жилых помещений.

(Привести свои примеры)

Излучение

Перенос энергии в виде электромагнитных волн.

Может происходить в вакууме. Темные тела лучше поглощают энергию излучения и лучше её отдают. Светлые тела хорошо отражают энергию излучения энергию.

Способность тел

по – разному поглощать энергию излучения широко используется на практике. Поверхность самолетов, метеозондов. Нефтяных цистерн красят серебристой краской.

(Привести свои примеры)

Источники

Перышкин А.В. Физика 8 класс , М. Дрофа 2014г.

Урок физики в 8-м классе «Виды теплопередачи»

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

  • Познакомить учащихся с видами теплопередачи.
  • Формировать умение объяснять теплопроводность тел с точки зрения строения вещества; уметь анализировать видеоинформацию; объяснять наблюдаемые явления.

Тип урока: комбинированный урок.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по металлическому стержню.
2. Видео демонстрация эксперимента по сравнению теплопроводности серебра, меди и железа.

3. Вращение бумажной вертушки над включенной лампой или плиткой.
4. Видео демонстрация возникновения конвекционных потоков при нагревании воды с марганцовкой.
5. Видео демонстрация по излучению тел с темной и светлой поверхностью.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Сообщение темы и целей урока

На предыдущем уроке вы узнали, что внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы или теплопередачей. Сегодня на уроке мы рассмотрим, как происходит   изменение внутренней энергии теплопередачей.
Попробуйте объяснить значение слова «теплопередача» (слово «теплопередача» подразумевает передачу тепловой энергии). Существует три способа передачи теплоты, но называть их я не буду, вы сами их назовете, когда решите ребусы.

Ответы: теплопроводность, конвекция, излучение.
Познакомимся с каждым видом теплопередачи отдельно, и пусть девизом нашего урока станут слова М.Фарадея: «Наблюдать, изучать, работать».

III. Изучение нового материала

1. Теплопроводность

Ответьте на вопросы: (слайд 3)

1. Что произойдет, если в горячий чай опустим холодную ложку? (Через некоторое время она нагреется).
2. Почему холодная ложка нагрелась? (Чай отдал часть своего тепла ложке, а часть окружающему воздуху).
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.

3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному? (В результате движения и взаимодействия частиц)

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.

Проведем опыт:

Закрепим  конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать  свободный конец проволоки свечей или на пламени спиртовки.

Вопросы: (слайд 4)

1. Что наблюдаем? (Гвоздики  начинают постепенно один за другим отпадать, сначала те, которые ближе  к пламени).
2. Как происходит передача тепла? (От горячего конца проволоки к холодному).


3. Как долго будет происходить передача тепла по проволоке? (Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется)
4. Что можно сказать про скорость движения  молекул на участке, расположенном ближе к пламени? (Скорость движения молекул увеличивается)
5. Почему  нагревается следующий участок проволоки? (В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает)
6. Влияет ли расстояние между молекулами на скорость передачи тепла? (Чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла)
7. Вспомните расположение молекул в твердых телах, жидкостях и газах. В каких телах процесс переноса энергии будет происходить быстрее?
(Быстрее в металлах, затем в жидкостях и газах).

Посмотрите демонстрацию эксперимента и подготовьтесь ответить на мои вопросы.

Вопросы: (слайд 5)

1. По какой пластине теплота распространяется быстрее, а по какой медленнее?
2. Сделайте вывод о теплопроводности данных металлов. (Лучшая теплопроводность у серебра и меди, несколько хуже у железа)

Обратите внимание, что при передаче тепла в данном случае переноса тела не происходит.

(Слайд 6)

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).

Запишем основные особенности теплопроводности:

(слайд 7)

  • в твердых телах, жидкостях и газах;
  • само вещество не переносится;
  • приводит к выравниванию температуры тела;
  • разные тела – разная теплопроводность

Примеры теплопроводности: (слайд 8)

1. Снег — пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.
2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из  материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.
3. Вещества с хорошей  теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2. Конвекция

Отгадайте загадки:

1) Загляните под окошко –
Там растянута гармошка,
Но гармошке не играет –
Нам квартиру согревает… (батарея)

2) Наша толстая Федора
наедается не скоро.
А зато когда сыта,
От Федоры – теплота… (печь)

Батареи, печи, радиаторы отопления используются человеком для обогрева жилых помещений, а точнее нагревания воздуха в них. Происходит это благодаря конвекции – следующему виду теплопередачи.

Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа.  (Слайд 9)
Попробуем объяснить, как  происходит конвекция в жилых помещениях.
Воздух, соприкасаясь с батареей, от нее нагревается, при этом он расширяется, его плотность становится меньше плотности холодного воздуха. Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх под действием силы Архимеда, а тяжелый холодный воздух опускается вниз.

Затем снова:  более холодный воздух доходит до батареи, нагревается, расширяется, становится легче и под действием Архимедовой силы поднимается вверх и т.д.
Благодаря такому движению  воздух в комнате прогревается.

Бумажная вертушка, помещенная над включенной лампой, начинает вращаться. (Слайд 10)
Попробуйте объяснить, как это происходит?  (Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх, при этом вертушка вращается).

Точно также происходит нагревание жидкости. Посмотрите эксперимент по наблюдению конвекционных потоков при нагревании воды (с помощью марганцовки). (Слайд 11)

Обратите внимание, что в отличие от теплопроводности, при конвекции происходит перенос вещества и в твердых телах конвекция не происходит.

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную.
Нагревание жидкости в кастрюле или воздуха в комнате – это примеры естественной конвекции. Для ее возникновения вещества нужно нагревать снизу или охлаждать сверху. Почему именно так? Если нагревать будем сверху, то куда будут перемещаться нагретые слои воды, а куда холодные? (Ответ: никуда, так как нагретые слои и так уже наверху, а холодные слои так и останутся внизу)
Вынужденная  конвекция наблюдается, если жидкость перемешивать ложкой, насосом или вентилятором.

Особенности конвекции: (слайд 12)

  • возникает в  жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
  • само вещество  переносится;
  • нагревать вещества нужно снизу.

Примеры конвекции: (слайд 13)

1) холодные и теплые морские и океанические течения,
2) в атмосфере, вертикальные перемещения воздуха приводят к образованию облаков;
3) охлаждение или нагревание жидкостей и газов в раз

Виды теплопередачи – внеурочная деятельность (конкурсная работа) – Корпорация Российский учебник (издательство Дрофа – Вентана)

  

  • Участник: Ромашов Владимир Михайлович
  • Руководитель: Гурьянова Галина Александровна   

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно. 

Техника безопасности по теме «Тепловые явления»

  1. Будьте внимательны, дисциплинированны, аккуратны, точно выполняйте указания учителя.
  2. До начала работы приборы не трогать и не приступать к выполнению лабораторной работы до указания учителя.
  3. Перед тем как приступить к выполнению работы, тщательно изучите её описание, уясните ход её выполнения.
  4. Не оставляйте рабочего места без разрешения учителя.
  5. Располагайте приборы, материалы, оборудование на рабочем месте в порядке, указанном учителем.
  6. Не держите на рабочем столе предметы, не требующиеся при выполнении задания.
  7. При выполнение опытов нельзя пользоваться разбитой стеклянной посудой или посудой с трещинами.
  8. Стеклянные колбы при нагревании нужно ставить на асбестовые сетки. Воду можно нагревать до 60–70°С.
  9. Осколки стекла нельзя собирать со стола руками. Для этого нужно использовать щетку с совком.
  10. Нельзя оставлять без присмотра нагревательные приборы.
  11. Не устанавливайте на краю стола штатив, во избежание его падения.
  12. Будьте внимательны и осторожны при работе с колющими и режущимися  предметами.
  13. Берегите оборудование и используйте его по назначению.
  14. При получении травмы обратитесь к учителю.

Введение

В своей работе по теме «Виды теплопередачи» я проведу и объясню три эксперимента, описанные в учебнике Перышкина А.В. Физика. 8класс.

Цель работы: расширение кругозора, повышение эрудиции, развитие интереса к экспериментальной физике, умений демонстрировать и объяснять опыты, научиться работать самостоятельно.

Выдвигаемая гипотеза: внутреннюю энергию тел можно изменять путем теплопередачи. Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.

Опыт № 1. Теплопроводность

На примере этого опыта я хотел показать действие теплопроводности наглядно. При нормальных условиях тепло должно передаваться равномерно вследствие колебательных движений частиц.

К металлической линейке с помощью воска я прикрепил несколько кнопок. Закрепив линейку в штативе, я начал нагревать один конец линейки с помощью спиртовки. Линейка начала постепенно нагреваться, это можно доказать тем, что воск начал таять постепенно и кнопки поочерёдно начали отпадать.

Вывод из опыта № 1

Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура в следующей части линейки. При теплопроводности не происходит переноса самого вещества. Теплопроводность металла хорошая, у жидкостей невелика, у газов еще меньше.

Применения теплопроводности

  • Теплопроводность используется при плавлении металлов.
  • В электронике используют настолько плотное расположение плат, что теплоноситель проникает туда с трудом. Поэтому приходится тепло от электронных чипов отводить теплопроводностью.
  • Нагрев дна кастрюли на плите газом. Горящий газ греет дно кастрюли, а тепло передается через стенку дна путем теплопроводности. В кухонной посуде ручки чайников и кастрюль обычно делают деревянными или пластмассовыми в связи с тем, что у дерева и пластмассы плохая теплопроводность.
  • Поверхность утюга, которой гладят металлическая, чтобы хорошо прогревалась, а вся остальная часть утюга пластмассовая, чтобы не обжечься.
  • Плохую теплопроводность газов в основном используют, как теплоизоляцию, чтобы предохранять помещения от замерзания.
  • Плохая теплопроводность газов используется в окнах. Между двумя стёклами в окне находится воздух, поэтому воздух долгое время сохраняет тепло.
  • Термос работает по такому же принципу, что и окно. Между внутренними стенками и внешними находится воздух, и тепло очень медленно уходит.
  • Теплопроводность газов используется во многих строительных материалах, например, в кирпичах. В кирпиче находятся отверстия не просто так, а для сохранения тепла. Стены состоят из двух слоёв, между которыми находится воздух, это сделано для сохранения тепла.
  • Дома в зонах вечной мерзлоты строят на сваях.
  • Тонкой полиэтиленовой плёнкой можно защищать растения от холода, потому что полиэтилен – плохой проводник тепла.
  • Материалы, не пропускающие тепло, используются при космических полётах, чтобы пилоты не замерзали.
  • Горячие предметы лучше брать сухой тряпкой, нежели мокрой, потому что воздух хуже проводит тепло, чем вода.

Теплопроводность в природе

У многих не перелётных птиц температура лапок и тела может различаться до 30 °С. Это связано с тем, что им приходится ходить по холодной земле или по снегу, чтобы не замёрзнуть, низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу.

Образование ветра это тоже теплопроводность. Зарождаются ветра обычно около водоёмов. Днём суша нагревается быстрее чем вода, то есть над водой воздух более холодный, следовательно, его давление выше, чем у воздуха, который над сушей, и ветер начинает дуть в сторону суши. Ночью же суша остывает быстрее, чем над водой, и воздух над ней становится холоднее, чем тот, что над водой и ветер дует в сторону воды.

Мех животных обладает плохой теплопроводностью, что защищает их от перегрева и замерзания.

Снег, будучи плохим проводником тепла, предохраняет озимые посевы от вымерзания.

Внешняя температура тела у человека держится постоянной благодаря теплопроводности и её свойству, согласно которому, при взаимодействии микрочастиц они передают друг другу тепло.

Интересные факты о теплопроводности

Самую большую теплопроводность имеет алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше чем у меди. Если алмазную ложечку опустить в горячий чай, то вы сразу обожжётесь из-за того, что тепло дошло до конца ложки.

Теплопроводность стекла настолько мала, что вы можете взять стеклянную палочку, раскаленную посередине, за концы, и при этом даже не почувствовать тепла.

Итальянские учёные изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Лето в ней не буде жарко, а зимой – холодно. Это связано с тем, что она сшита из специального материала, не пропускающего тепло.

Опыт № 2. Излучение

В этом опыте я хотел показать способ передачи тепла без взаимодействия двух тел. Тепло должно передаваться приёмнику, а тот в свою очередь пускать его через трубку в жидкостный манометр. Вследствие нагрева воздуха в колене соединённом с жидкостным манометром, жидкость должна опуститься.

Я соединил колено жидкостного манометра с теплоприемником. Зажёг спиртовку и поднёс к ней теплоприёмник светлой стороной, но на определённое расстояние. Жидкость в колене манометра, соединённом с приёмником, немного уменьшилась. Выровняв количество жидкости в манометре, я снова поднёс теплоприемник к источнику тепла, но уже тёмной стороной. Жидкость в колене манометра, соединённом с приёмником, уменьшилась, но значительно сильнее и быстрее. Воздух в теплоприемнике нагрелся и расширился, стал давить на жидкость в колене манометра.

Вывод из опыта № 2

Энергия передавалась не теплопроводностью. Между нагретым телом и теплоприемником находился воздух – плохой проводник тепла. Следовательно, в данном случае передача энергии происходит путем излучения.

Передача тепла излучением отличается от других видов теплопередачи. Она может осуществляться даже в полном вакууме.

Важным и отличительным свойством теплового излучения является равновесный характер излучения. Это значит, что если поместить тело в теплоизолированный сосуд, то количество поглощаемой энергии всегда будет равно количеству испускаемой энергии. Часть тепла полученного излучением поглощается, а часть отражается.

Применения излучения

Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется на практике. Так, поверхность воздушных шаров, крылья самолетов красят в серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем.

Лучевой нагрев помещения специальными инфракрасными радиаторами. Такой нагрев более эффективный, чем нагрев конвекцией, так как лучи свободно проходят сквозь воздух.

Излучение используют на космических аппаратах. Так как там нет воздуха, не получится по-другому передать тепло.

Если находиться рядом с лампой накаливания можно почувствовать тепло исходящее от неё.

Солнечные батареи работают по принципу излучения. Солнце испускает мощные тепловые лучи. Солнечные батареи принимают тепловые лучи и перерабатывают их в энергию. Такие батареи хорошие приёмники для солнечных лучей, потому что их поверхность тёмного цвета, и они хорошо нагреваются. Такие батареи используются на космических станциях и спутниках.

От компьютеров и мобильных телефонов тоже исходит тепловые лучи.

Приборы ночного видения. Такие приборы сделаны из материалов способных превращать тепловые излучения в видимые. Такие приборы используются для съёмки в абсолютной темноте. Они способны улавливать различные участки, температура которых различается на сотые доли градуса.

Интересные факты

Чем более тёмное тело, тем лучше оно поглощает тепло. Зеркальные поверхности отражают тепло полученное излучением. Абсолютно черное тело – физическое тело, которое при любой температуре поглощает всё падающее на него электромагнитное излучение во всех диапазонах.

Когда объект нагревается до высокой температуры, он начинает светиться красным цветом. В процессе дальнейшего нагревания объекта, цвет его излучения меняется, проходя через оранжевый, желтый, и дальше по спектру, чем горячее — тем меньше длина волны 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.

Змеи отлично воспринимают тепловое излучение, но не глазами, а кожей. Поэтому и в полной темноте они способны обнаружить теплокровную жертву. Гремучие змеи и сибирские щитомордники реагируют на изменения температуры до тысячной доли градуса.

80 процентов тепла тела излучается головой человека.

Если бы не свойства излучения, то земля бы замёрзла. Так как земля постоянно излучает тепловые лучи в бесконечное пространство.

Глаза таракана чувствуют колебания температуры в сотую долю градуса.
На каждый квадратный метр земной поверхности попадает около 1 кВт тепловой энергии Солнца, что достаточно, чтобы вскипятить чайник за считанные минуты. 

Опыт № 3. Конвекция

Рассмотрю явление передачи тепла с помощью конвекции. Этим опытом я хочу показать, как действует конвекция. Если опыт пройдёт успешно, то тепло должно передаваться снизу вверх.

Я налил холодную воду в колбу и добавил туда марганцовокислого калия для того, чтобы видно было процесс нагрева. Зажег спиртовку и начал подогревать колбу. Видно, как струи подкрашенной воды поднимаются вверх. Нагретые слои жидкости – менее плотные и поэтому более легкие – вытесняются более тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается.

Вывод из опыта № 3

При конвекции энергия переносится самими струями жидкости или газа. При конвекции происходит перенос вещества в пространстве. Для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу. Конвекция в твердых телах происходить не может.

Конвекция бывает двух видов: естественная – нагревание жидкости или газа и его самостоятельное движение; принудительная – смешивание жидкостей или газов с помощью насосов или вентиляторов.

Применение конвекции

Нагрев дна кастрюли на плите газом. Горящий газ греет дно кастрюли, а тепло передается через стенку дна путем теплопроводности. Далее тепло от дна кастрюли поступает в воду и распространяется по всему объему воды путем конвекции.

Конвекция используется в конвекционных печах или микроволновках. Суть работы конвекционных печей состоит в том, что благодаря вмонтированному в заднюю стенку нагревательному элементу и вентилятору, при включении происходит принудительная циркуляция горячего воздуха. Под воздействием этой циркуляции внутреннее пространство разогревается намного быстрее и равномернее, а, значит, и воздействие на продукты будет одновременным со всех сторон. 

В холодильных устройствах также работает принцип конвекции, только в этом случае требуется заполнение внутренних отделений не теплым воздухом, а холодным.

Батареи отопления в жилых помещениях располагаются снизу, а не сверху, потому что тёплый воздух поднимается вверх и помещение прогревается везде одинаково, если бы батареи располагались у потолка, то помещение бы не нагревалось вовсе.

Батареи располагаются именно под окнами, потому что горячий воздух поднимается и распространяется по комнате, а сам уступает место холодному воздуху, поступающему из окна.

Конвекция используется в двигателях внутреннего сгорания. Если воздух не будет поступать в камеру сгорания, то горение прекратится. Из-за горения воздух там расширяется, давление уменьшается и холодный воздух поступает внутрь. К двигателю внутреннего сгорания обязательно должен поступать воздух.

Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат теплицы, которые позволяют полнее использовать излучение Солнца. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее, но хуже пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли. Кроме того, стекло препятствует движению тёплого воздуха вверх, то есть осуществлению конвекции. Таким образом, теплица является ловушкой энергии.

Вентилятор фена прогоняет воздух через трубу с тонкой длинной нагревательной спиралью. Спираль нагревается проходящим по ней электрическим током. Далее происходит передача тепла от разогретой спирали окружающему её воздуху. Здесь используется явление принудительной вентиляции воздуха и явление теплопередачи.

Конвекция в природе

Конвекция участвует в образовании ветра. Если бы работала только теплопроводность, то ветров бы почти не было, но благодаря конвекции теплый воздух поднимается над сушей и уступая холодному воздуху.

Благодаря конвекции появляются облака и тучи. Так как вода испаряется, конвекция подгоняет пар высоко вверх, и там образуются облака под воздействием холодного воздуха и низкого давления.

Конвекция участвует в возникновении волн. Волны появляются благодаря ветру, а ветер в свою очередь благодаря конвекции и теплопередачи, следовательно, без конвекции волн не могло бы быть.

Стекло начинает замерзать снизу раньше, чем сверху. Это происходит потому, что холодный воздух более плотный и опускается вниз и тем самым замораживает поверхность стекла.

Листья осины дрожат даже в безветренную погоду. У листьев осины длинные, тонкие и сплющенные черенки, имеющие очень малую изгибную жесткость, поэтому листья осины чувствительны к любым, незначительным потокам воздуха. Даже в безветренную погоду, особенно в жару, над землей имеются вертикальные конвекционные потоки. Они и заставляют дрожать осину.

Интересные факты

В сильные морозы глубокие водоемы не промерзают до дна, и вода внизу имеет температуру +4 градуса Цельсия. Вода при такой температуре имеет наибольшую плотность и опускается на дно. Поэтому дальнейшая конвекция теплой воды наверх становится невозможной и вода более не остывает.

Выводы из проделанных опытов

Если изменение внутренней энергии происходит путем теплопередачи, то переход энергии от одних тел к другим осуществляется теплопроводностью, конвекцией или излучением. Когда температуры тел выравниваются, теплопередача прекращается.

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность — Класс!ная физика

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность

Подробности
Просмотров: 626

Теплопередача — это один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.

Существует 3 вида теплопередачи:

Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.

Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Это является частным случаем закона сохранения энергии.


ИНТЕРЕСНО

Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма!

Теплопроводность — это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.
Не сопровождается переносом вещества!

Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.
Теплопроводность различных веществ разная.
Металлы обладают самой высокой теплопроводностью,

причем у разных металлов теплопроводность отличается.

Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.
Интересно, что можно было бы поднести руку почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура больше 1000 градусов) и не обжечь ее, если бы …

А что если бы?

Газ, как правило, очень плохой проводник тепла, поэтому достаточно было бы лишь небольшой прослойки воздуха между рукой и пламенем. Но!
Но существует такое явление, как конвекция в газах, поэтому вблизи пламени руку сильно жжет.

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ

1. Лёд, не тающий в кипятке.

2. Греет ли шуба?
3. Бумажная кастрюля.


Знаешь ли ты, что …

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
Это не сказка, не фантастика!
Такой проект реально разработан и испытан!

Итальянские ученые изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Ученые обещают, что летом в ней не будет жарко, а зимой – холодно, поскольку она сшита из специальных материалов. Подобные материалы уже используются при космических полетах.

В старых пулеметах «Максим» нагревание воды предохраняло оружие от расплавления.

На кухне, поднимая посуду , наполненную горячей жидкостью, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все прмежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной — водой. Смотри, не обожгись!



Огонь в решете

Явление, о котором рассказано ниже демонстрирует свойство металлов хорошо проводить тепло.
Если изготовить сетку из проволоки, обеспечив хорошее соединение металла в местах перекрещивания проволоки, и поместить ее над газовой горелкой, то можно при включенном вентиле поджечь газ над сеткой, в то время как под сеткой он гореть не будет. А если зажечь газ под сеткой, то наверх через сетку огонь « не просочится»!

В те времена, когда еще не было электрических шахтерских лампочек, пользовались лампой Дэви.
Это была свеча, «посаженная» в металлическую клетку. И даже, если шахта наполнялась легковоспламеняющимися газами, лампа Дэви была безопасна и не вызывала взрыва — пламя не выходило за пределы лампы,благодаря металлической сетке.

ЕСЛИ…

… положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало — холоднее.
Почему?
Ведь температура окружающего воздуха одинаковая!
Стекло — хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет «отбирать» от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет , нагреваясь, «отбирать» тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.

ДОМАШНИЕ ОПЫТЫ

Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Объясните, почему бумага загорелась не сразу.

Используйте свои руки как термодатчики – обследуйте окружающие вас предметы. Найдите самые холодные на ощупь, сделайте вывод об их теплопроводности. По своим ощущениям составьте список веществ, обладающих разной теплопроводностью, от самой хорошей до самой плохой.

Подберите ложки из разных материалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и т.д.). Опустите их наполовину в сосуд с горячей водой. Через 1–2 мин проверьте, одинаково ли нагрелись их ручки. Проанализируйте результат.

Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий– в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу.

Приготовьте в морозилке лед. Сложите его в целлофановый пакет и оберните пуховым платком или обложите ватой. Можно дополнительно завернуть в шубу. Оставьте этот сверток на 5–7 ч,затем проверьте сохранность льда. Объясните наблюдаемое состояние. Предложите дома способ сохранения замороженных продуктов при размораживании холодильника.

ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ

(или » покумекаем»? )

1. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая? Почему?

2. Почему толстый человек в холодной воде меньше мерзнет, чем худой?

3. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20 градусов Цельсия, но в воде мерзнет при температуре 25 градусов Цельсия. Почему?

4. Если зимой к замерзшему стеклу( покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше.
Почему?



Теплопередача — урок. Физика, 8 класс.

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

Теплопроводность

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

 

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

  


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

Вещества, которые плохо проводят теплоту, называют теплоизоляторами.

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

Конвекция

Распространение тепла перемещающимися струями газа или жидкости называется конвекцией.

 

Конвекция около электрического масляного радиатора.

Конвекция в помещении. Тёплый воздух поднимается вверх, холодный опускается вниз.

 

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

Тепловое излучение

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

Тепловое излучение — единственный вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме. Чем выше температура, тем сильнее тепловое излучение. Тепловое излучение производят, например, люди, животные, Земля, Солнце, печь, костёр. Инфракрасное излучение можно изображать или измерять термографом (термокамерой).
  
Инфракрасные термокамеры воспринимают невидимое инфракрасное или тепловое излучение и осуществляют точные бесконтактные измерения температуры.
Инфракрасная термография позволяет полностью визуализировать тепловое излучение. На рисунке видно инфракрасное излучение ладони человека.

…………………………………………………………………..

Во время термографического обследования зданий и сооружений имеется возможность обнаружить конструкционные места с повышенной тепловой проницаемостью, проверить качество соединений различных конструкций, найти места с повышенным воздухообменом.

 

Теплообмен ☑️ виды в физике, способы, сущность и назначение процесса, примеры

Передача тепла или теплообмен это процесс распространения внутренней энергии в пространстве с разными температурами.

Теплопроводность это способность веществ и тел проводить энергию (тепло) от частей с высокой температурой к частям с более низкой. Такая способность существует за счет движения частиц. Энергия может передаваться между телами и внутри одного тела. Нагревая в пламени один конец гвоздя, мы рискуем обжечься о другой его конец, не находящийся в пламени.

В начале развития науки о свойствах тел и веществ считалось, что тепло передается путем перетекания «теплорода» между телами. Позже, с развитием физики, теплопроводность получила объяснение взаимодействием частиц вещества. Электроны в нагреваемом над огнем участке гвоздя движутся активнее и через столкновения отдают тепло медленным электронам в части, которая не подвергается нагреванию.

Виды теплообмена и способы передачи тепла

В физике выделяют несколько видов теплообмена:

  1. Теплопроводность – свойство материалов передавать через свой объем поток тепла путем обмена энергией движения частиц.

  2. Конвекция – перенос тепла, осуществляемый перемещением неравномерно прогретых участков среды (газа, жидкости) в пространстве.

  3. Излучение – в данном случае перенос тепла в вакууме или газовой среде осуществляется электромагнитными волнами.

Рассмотрим сущность и назначение каждого из видов теплообмена.

Теплопроводность

В большинстве случаев виды теплообмена тесно связаны и проходят одновременно. Конвекция всегда дополняется теплопроводностью, так как при движении объема среды всегда имеется взаимодействие частиц с разными температурами. Такой процесс имеет название конвективного теплообмена. 

Примером такого типа теплообмена является остывание горячего чая, налитого в холодную металлическую кружку. Отдача тепла может сопровождаться его излучением, тогда в переносе теплоты участвуют все три вида: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Рассмотрим более подробно теплопроводность.

Этот вид теплообмена присущ твердым телам, но присутствует так же в жидкостях и газах. В твердых телах теплопроводность является основным видом теплообмена и напрямую зависима от природы вещества, его плотности, химического состава, влажности, температуры.

Разные тела и вещества имеют разную теплопроводность. Количественным показателем теплопроводности служит коэффициент теплопроводности, он обозначается буквой λ (лямбда). Чем выше плотность, влажность и температура тела, тем больше λ.

Проведение тепла происходит за счет взаимодействий между частицами. Конечной целью процесса будет выравнивание внутренней температуры по всему телу. Теплопроводность жидкостей меньше, чем у твердых тел, у газов – меньше, чем у жидкостей. Причиной является большое расстояние между молекулами в жидкостях, особенно в газах. 

Низкая теплопроводность воздуха издавна используется при изготовлении двойных оконных рам. Теплопроводность воздуха гораздо ниже теплопроводности стекла. Воздушная прослойка межу стеклами защищает от зимней стужи.

Плохая теплопроводность, появившаяся в процессе эволюции в качестве защиты от критических температур, у живых организмов. Шерсть, пух, волосы, жир обладают очень низкой теплопроводностью. Именно поэтому мы не мерзнем зимой в теплых носках, песцы могут спать на снегу, а моржи выживают в условиях Арктики за счет жировой прослойки.

В таблице приведены примеры материалов, веществ и сред с наименьшей и наибольшей теплопроводностью.

Таблица 1

Исходя из данных, приведенных в таблице, можно сделать некоторые выводы:

  1. В вакууме тепло не проводится. Передача тепла в вакууме может происходить с помощью излучения. Таким способом тепло Солнца доходит до нашей планеты.

  2. Материал с наивысшей теплопроводностью называется графен, который активно используется в наноэлектронике.

  3. Металлы тоже достаточно теплопроводные. Известно, как быстро нагревается металлическая ложка в горячем супе.

  4. Строительные материалы обладают низкой теплопроводностью, что и обуславливает их использование для возведения теплых и надежных жилищ.

С понятием теплопроводности тесно связано понятие теплоемкости.


Теплоемкостью называют количество тепла, которое поглотило тело (вещество), чтобы его температура повысилась на 1 градус. Действительно, для повышения температуры металлического стержня на 1 градус, необходимо, чтобы он обладал теплопроводностью для равномерного нагревания всего объёма.

Знания о теплопроводности веществ и материалов необходимы в строительстве, промышленности, быту. Степень теплопроводности материала обуславливает его применение в той или иной сфере. Разработка и поиск новых веществ с уникальными теплоизоляционными свойствами – важнейшая задача современной науки.

Конвекция

При конвекции энергия передается потоками, возникающими в различных средах. 

В зависимости от причины возникновения, процессы этого типа теплообмена делят на естественную и вынужденную конвекцию:

  1. Естественная конвекция возникает под влиянием естественных сил: неравномерного прогрева, силы тяжести. Процессы естественной конвекции происходят на планете ежеминутно. Появление облаков, формирование атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов в атмосфере возможно благодаря этому процессу. Воды мирового океана так же подвержены процессам конвекции, в результате образуются океанические течения. Движение тектонических плит так же обусловлено конвективными процессами.

  2. Вынужденная конвекция — зависит от присутствия внешних сил. Например, при помешивании ложкой горячий чай остывает именно за счет этого явления.

Излучение

Излучение тепла является электромагнитным процессом. Тепло выделяют любые тела, температура которых выше 0 К. 

Тепло излучается телами благодаря тому, что любое вещество состоит из молекул и атомов, а они, в свою очередь, из заряженных протонов и электронов. Таким образом, любое тело оказывается пронизанным электромагнитным полем.


ГДЗ Физика 8 класс. Виды теплопередачи

ГДЗ Физика 8 класс. Виды теплопередачи

Подробности
Просмотров: 176

Назад в «Оглавление»

О чем умолчал Перышкин?
О том, как сделать домашнее задание, ответить на вопросы и решить задачи в упражнениях!
Уверена, что думающие ученики сначала всё сделают сами, а эти сведения будут помощью «застрявшим в пути».
Ответы на ДЗ по физике помогут вам проверить себя и найти ошибки.

Ответы на ДЗ из упражнений соответствуют всем выпускам учебников этого автора, начиная с 1989 г.
Так как номера упражнений с одинаковыми вопросами в разных выпусках различаются, ответы на вопросы к упражнениям скомпонованы по темам параграфов.
На этой странице ГДЗ по темам: «Теплопроводность, конвекция, излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике»

Дерзайте!


Теплопроводность

1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет  хлеба на полях от вымерзания?

В толстом слое рыхлого снега между снежинками много воздуха, а воздух  плохо проводит тепло, то есть  он имеет низкую теплопроводность.
Поэтому   зимний холод снаружи  плохо проходит к поверхности земли ,  тепло под снегом  сохраняется, и  хлеба не промерзают.

2. Чем объяснить большую разницу между теплопроводностью  сосновых опилок и сосновых досок (это справедливо и для других пород   деревьев)?

В куче опилок расстояния между опилками  большие и заполнены воздухом, а воздух   имеет плохую теплопроводность.
Волокна же в доске расположены близко друг к другу, и такого количества воздуха внутри доски нет.
Поэтому теплопроводность опилок значительно меньше, чем у доски (для сосны в 3,7 раза).

3. Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?

Лёд обладает плохой теплопроводностью. Поэтому  наружный  зимний холод  плохо  проникает через слой льда,  и вода подо льдом не замерзает.

4. Почему выражение «шуба  греет»  неправильно?

Сама шуба не является источником тепла.
Однако воздух, находящийся между ворсинками меха имеет плохую теплопроводность и не пропускает  ни наружный холод  к телу человека, ни тепло от человека  через шубу наружу.
Итак,  шуба лишь сохраняет тепло тела, но не греет его.

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

Что значит, руке холодно или тепло?
Когда рука соприкасается с окружающей средой (например, воздухом) или предметом, всегда начинается теплообмен между ними, т.е. выравнивание температур.
Если воздух или предмет холоднее руки, он отбирает у нее тепло, и рука ощущает холод.
Если воздух или предмет теплее руки, он сообщает руке тепло, и рука ощущает тепло.

Температура тела человека равна 36,6 °С, а воздуха обычно ниже.
Берем в одну руку металлические ножницы, в другую — деревянный карандаш.
Свойство металлов — быстро нагреваться (или остывать), а дерево нагревается (и остывает) медленнее.
То есть теплопроводность у металлов высокая, а у дерева низкая.

При соприкосновении с рукой металл начинает быстро забирать тепло от руки и распространять его по всему своему объему.
Рука при этом чувствует холод.
Лишь через какой-то промежуток времени металл прогреется целиком до температуры человеческого тела, и рука перестанет ощущать холод.
С деревом все по-другому.
При соприкосновении с рукой дерево тоже начинает отбирать тепло у руки, но температуры руки и поверхностного слоя дерева в месте соприкосновения быстро выравниваются, и рука не чувствует холода.
Внутренние же слои дерева еще долго остаются холодными, так как теплопроводность дерева низкая.
В результате, руке кажется, что карандаш теплее ножниц.


Конвекция

1. Почему подвал — самое холодное место в доме??

Подвал – это самое холодное место в доме, потому что он  находится в доме в самом низу.
Ведь благодаря конвекции теплый воздух всегда стремится подняться вверх.

2. Правильно ли, что форточки всегда размещают  в  самом верху окна, а батареи отопления у пола?

Да. Батарея отопления под окном нагревает  воздух внизу комнаты.
Затем благодаря конвекции теплый воздух поднимается вверх.
Остывая, он вновь опускается к батарее.   
Так происходит перемешивание и прогревание  воздуха  по всему объему комнаты.
Если батареи поставить под потолком, то теплый воздух всегда будет наверху, а внизу будет холодно – перемешивания  холодного и теплого воздуха происходить не будет.
Форточки делают под потолком для проветривания помещения.
При открытой форточке  теплый  «отработанный»  воздух выходит  на улицу, а чистый  прохладный воздух с улицы через  нижнюю часть форточки попадает  в комнату.

3. Как же  зимой охлаждается воздух в комнате при открытой форточке?

Проветривание комнаты происходит благодаря конвекции.   
Например,  зимой при открытой  вверху форточке теплый воздух через верхнюю часть форточки выходит из комнаты и на улице поднимается вверх.
Х олодный воздух с улицы через нижнюю часть форточки проходит в комнату и опускается  к полу вниз.


Излучение. Виды теплопередачи

1. Каким образом летом нагревается воздух в здании? Какие виды теплопередачи при этом присутствуют?

а) Воздух в помещении нагревается  благодаря прогреву стен.
В данном случае надо говорить о теплопроводности материала стен.
Излучение невозможно, т.к. стены не прозрачны, кроме того, в твердых телах и конвекция тоже невозможна, т.к. длля конвекции необходимы потоки газа или жидкости.

б) Воздух нагревается через оконные стекла, которые пропускают солнечную энергию.
Здесь основным способом теплопередачи является излучение.
В незначительной степени передача солнечной энергии происходит за счет теплопроводности стекла.
Конвекция невозможна, т.к. стекло твердое тело.

в) Летом воздух в помещении с открытыми окнами прогревается в основном потоками теплого воздуха через окна.
Этот способ теплопередачи называется конвекцией.
Возможна передача части энергии излучением.
Передача энергии за счет теплопроводности воздуха ничтожна, т.к. теплопроводность воздуха очень плохая.

2. Приведите примеры, когда тела с темной поверхностью нагреваются излучением сильнее, чем тела со светлой поверхностью.

Например:
Человеку в жару прохладней в светлой одежде, а жарче в темной.
Грязный снег весной тает быстрее, чем чистый.
Цвет обшивки самолетов делают светло серебристым, чтобы лучше происходило отражение солнечной энергии и самолет меньше нагревался солнцем.

3. Каким способом передается энергия от Солнца к Земле?

Передача солнечной энергии способом теплопроводности или конвекции невозможна, т.к. для этого нужно вещество, а в космосе вакуум.
Солнечная Энергия передается от Солнца к Земле только излучением.


Примеры теплопередачи в природе и технике

1. Для чего делают высокими заводские трубы?

Заводским трубам придают обычно большую высоту, исходя из двух целей:
1) управление тягой печей и экономия топлива;
2) отведение продуктов горения в верхние слои атмосферы.

Продукты горения даже в очень малых долях вредны и ядовиты.
Но, дым, выйдя из высокой трубы еще нагретым, поднимается еще выше, проходит через верхние слои воздуха, перемешивается с ними и становится допустимой смесью.

Главной же причиной в необходимости высоких труб является получение сильной тяги в печах, чтобы сгорание топлива было полным. Известно, что для горения необходим кислород.
Обычно вес воздуха, поступающий в печь для горения, превосходит вес топлива примерно в 1,5 раза.
Теплота, получаемая при горении, определяется воздухом не менее, чем топливом. Количество тепла, получаемое при сжигании топлива, возрастает с количеством подводимого воздуха.
А количество подводимого воздуха зависит от тяги в трубе.
Тяга же в трубе во многом зависит от ее высоты. В дымовых трубах скорость движения газов зависит от разности давлений (или от разностей веса этих газов, или плотности холодного и нагретого воздуха).
Дымовая труба действует как насос, у ее основания внутреннее давление менее, чем наружное или атмосферное.
Чем выше труба над топкой, тем больше разница давления наружного воздуха и воздуха в топке и трубе, тем большую тягу обеспечивает труба.

2. Почему зимой тяга в печных трубах больше, чем летом?

Сила тяги зависит от разности удельного веса воздуха снаружи и газов внутри трубы.
А эта разность зависит от разности температур воздуха снаружи и газов в трубе.
Чем эта разность между температурами и, следовательно, между наружным давлением воздуха и давлением газов в трубе больше, тем сильнее тяга.
Зимой воздух холоднее, его плотность и создаваемое им давление больше.
Вот почему зимою в морозы тяга в печах лучше, чем летом, весной или осенью. Летом иногда может совсем не быть тяги, когда труба сильно охлаждается за ночь, а солнце рано утром нагревает окружающий трубу воздух. Говорят: «Солнце сидит на дымовой трубе».

3. Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных трубах той же высоты?

Высокая теплопроводность металла способствует быстрому охлаждению газов, проходящих через трубу, их плотность увеличивается и разница в давлениях в трубе и вне ее уменьшается, что и вызывает ухудшение тяги в трубе.
Кирпич же имеет маленькую теплопроводность, поэтому в кирпичной трубе воздух дольше остается теплым, и тяга лучше, чем в металлической трубе.

4. Обшивка космического корабля нагревается от трения о воздух, а также солнечным излучением.
Какая из причин нагревания приобретает большее значение при увеличении высоты полета? при уменьшении высоты?

На большей высоте полета разреженность атмосферы приводит к уменьшению трения воздуха об обшивку космического корабля.
Здесь основной причиной нагревания обшивки становится солнечное излучение.

При уменьшении высоты полета плотность воздуха увеличивается, и трение его об обшивку увеличивается.
Здесь более плотный воздух сильнее рассеивает солнечные лучи.
С уменьшении высоты полета большее значение приобретает нагрев обшивки за счет трения о воздух.

5. Один из способов поддержания определенной температуры в космическом корабле или спутнике заключается в том, что оболочку спутника делают двойной и ее внутреннюю полость заполняют газом (например, азотом). Этот газ при помощи вентилятора заставляют двигаться около тепловыделяющих приборов и переносить энергию к оболочке. Почему приходится пользоваться вынужденной, а не свободной конвекцией?

Естественная конвекция, т.е. перемешивание слоев воздуха, происходит при неравномерном нагревании воздуха и действии на него силы тяжести.
Вблизи поверхности Земли менее нагретые слои воздуха имеют большую плотность и под действием силы тяжести опускаются вниз.
Более нагретые слои воздуха имеют меньшую плотность и под действием силы Архимеда поднимаются вверх.
В кабине корабля тяготения нет, и естественной конвекции также не возникает.

Назад в «Оглавление»

WebElements Таблица Менделеева »Периодичность» Теплопроводность »Галерея Менделеева

Теплопроводность, λ, представляет собой количество тепла, передаваемого за единицу температурного градиента в единицу времени в установившихся условиях в направлении, нормальном к поверхности единичной площади, когда теплопередача зависит только от температурного градиента [Ref . 2].

Изображение, показывающее периодичность химических элементов для теплопроводности в стиле городского пейзажа периодической таблицы.Изображение, показывающее периодичность химических элементов для теплопроводности в стиле теплового пейзажа периодической таблицы. Изображение, показывающее периодичность химических элементов для теплопроводности в стиле теплового пейзажа спиральной периодической таблицы. Изображение, показывающее периодичность химических элементов для теплопроводности в трехмерном спиральном периодическом стиль столбца таблицы. Изображение, показывающее периодичность химических элементов для теплопроводности в стиле столбца трехмерной периодической таблицы.

Шт.

Вт м -1 К -1

Банкноты

Значения даны для 25 & 176; C.Чтобы преобразовать в Вт см -1 K -1 , разделите на 100.

Значения зависят от температуры. Теплопроводность имеет тенденцию падать с уменьшением чистоты.

Литературные источники

  1. G.W.C. Кэй и Т. Лаби в Таблицы физических и химических констант , Лонгман, Лондон, Великобритания, 15-е издание, 1993 г.
  2. D.R. Лиде (ред.) В справочнике по химии и физике компании Chemical Rubber Company , CRC Press, Бока-Ратон, Флорида, США, 79-е издание, 1998 г.
  3. J.A. Дин (редактор) в Справочнике по химии Ланге , , McGraw-Hill, Нью-Йорк, США, 14-е издание, 1992.
  4. А.М. Джеймс и М. Лорд в Macmillan’s Chemical and Physical Data , Macmillan, London, UK, 1992.
Исследуйте элемент по своему выбору с помощью этой таблицы Менделеева.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

.

Примеры и приложения теплопроводности

«Скорость потока тепла через противоположные грани метрового куба вещества, поддерживаемого при разнице температур в один кельвин, называется теплопроводностью этого вещества».

Что такое формула теплопроводности?

thermal conductivity formula

Теплопроводность в разных материалах происходит с разной скоростью. В металлах тепло течет быстрее, чем в изоляторах, таких как дерево или резина.Рассмотрим сплошной блок:

Одна из двух противоположных сторон, каждая из которых имеет площадь поперечного сечения A, нагревается до температуры T1. Тепло Q течет по длине L к противоположной стороне при температуре T2 за t секунд.

«Количество тепла, которое течет в единицу времени, называется скоростью потока тепла».

Таким образом, Скорость потока тепла = Q / t ………. (1)

Было замечено, что скорость, с которой тепло проходит через твердый объект, зависит от различных факторов.

  • Площадь поперечного сечения твердого тела:

Большая площадь поперечного сечения A твердого тела содержит большее количество молекул и свободных электронов на каждом слое, параллельном его площади поперечного сечения, и, следовательно, больше будет скорость потока тепла через твердые тела.Таким образом:

Скорость потока тепла Q / t ∝ A… .. (2)

Чем больше расстояние между горячим и холодным концом твердых тел, тем больше времени потребуется для отвода тепла к более холодному концу. и меньше будет скорость потока тепла. Таким образом:

Скорость потока тепла Q / t ∝ 1 / л…. (3)

  • Разница температур между концами

Больше температура разница (T1 — T2) между горячей и холодной сторонами твердых тел, тем больше будет скорость потока тепла.Таким образом:

Скорость потока тепла составляет Q / t (T1 — T2)…. (4)

Комбинируя вышеуказанные факторы, получаем:

Q / t ∝ A (T1 -T2) / L

Скорость потока тепла Q / t = KA (T1 — T2) / L… .. (5)

Здесь K — коэффициент пропорциональности, называемый теплопроводностью твердых тел. Его значение зависит от природы вещества и отличается для разных материалов. Из приведенного выше уравнения (5) мы находим K как:

K = Q / t × L / A (T1 — T2)….. (6)

Примеры теплопроводности

Примеры теплопроводности некоторых веществ приведены в таблице:
thermal conductivity of materials
Следите за обновлениями на сайте Physicsabout.com по связанным темам, которые приведены ниже.
Проводимость тепла
Конвенция тепла
Излучение тепла

.

теплопроводность


В физике теплопроводность , k, это свойство материала, которое указывает на его способность проводить тепло. Он используется в основном в законе Фурье для теплопроводности.

Определяется как количество тепла Δ Q , переданное за время Δ t через толщину L в направлении, нормальном к поверхности площадью A , из-за разницы температур Δ T , в установившемся режиме и когда теплопередача зависит только от температурного градиента.

теплопроводность = расход тепла × расстояние / (площадь × разница температур)
С другой стороны, это можно представить как поток тепла (энергия на единицу площади в единицу времени), деленный на градиент температуры (разность температур на единицу длины)


Стандартные единицы — СИ: Вт / (м · К) и английские единицы: БТЕ · фут / (час · фут² · ° F).Для преобразования между двумя значениями используйте соотношение 1 британских тепловых единиц · фут / (ч · фут² · ° F) = 1,730735 Вт / (м · K). [Справочник инженеров-химиков Perry, 7-е издание, таблица 1-4]

Рекомендуемые дополнительные знания

Примеры

В металлах теплопроводность приблизительно соответствует электропроводности в соответствии с законом Видемана-Франца, поскольку свободно движущиеся валентные электроны переносят не только электрический ток, но и тепловую энергию.Однако общая корреляция между электропроводностью и теплопроводностью не выполняется для других материалов из-за возросшего значения фононных носителей для тепла в неметаллах. Как показано в таблице ниже, серебро с высокой электропроводностью менее теплопроводно, чем алмаз, который является электрическим изолятором.

Теплопроводность зависит от многих свойств материала, особенно от его структуры и температуры. Например, чистые кристаллические вещества демонстрируют очень разную теплопроводность вдоль разных осей кристалла из-за различий в фононном взаимодействии вдоль данной оси кристалла.Сапфир является ярким примером переменной теплопроводности в зависимости от ориентации и температуры, для которой в справочнике CRC указана теплопроводность 2,6 Вт / (м · К), перпендикулярная оси c при 373 K, но 6000 Вт / ( м · К) при 36 градусах от оси c и 35 К (возможна опечатка?).

Воздух и другие газы, как правило, являются хорошими изоляторами при отсутствии конвекции. Следовательно, многие изоляционные материалы функционируют просто за счет наличия большого количества заполненных газом карманов, которые предотвращают крупномасштабную конвекцию.Их примеры включают вспененный и экструдированный полистирол (обычно называемый «пенополистиролом») и аэрогель кремнезема. Природные биологические изоляторы, такие как мех и перья, достигают аналогичного эффекта, резко подавляя конвекцию воздуха или воды вблизи кожи животного.

Теплопроводность важна для теплоизоляции зданий и смежных областей. Однако материалы, используемые в таких отраслях, редко подвергаются стандартам химической чистоты. Значения k некоторых строительных материалов перечислены ниже.Их следует считать приблизительными из-за неопределенностей, связанных с определениями материалов.

Следующая таблица предназначена в качестве небольшой выборки данных для иллюстрации теплопроводности различных типов веществ. Более полный перечень измеренных значений k см. В справочных материалах.

Список значений теплопроводности

Основная статья: Список значений теплопроводности

Это список приблизительных значений теплопроводности k для некоторых распространенных материалов.Пожалуйста, обратитесь к списку теплопроводности для получения более точных значений, справочных материалов и подробной информации.

Измерение

Для хороших проводников тепла можно использовать метод стержня Серла. [1] Для плохих проводников тепла можно использовать дисковый метод Лиза. [2] Альтернативный традиционный метод с использованием реальных термометров описан в [3]. Краткий обзор новых методов измерения теплопроводности, температуропроводности и удельной теплоемкости в рамках одного измерения доступен в [4].Тестер теплопроводности, один из инструментов геммологии, определяет, являются ли драгоценные камни настоящими алмазами, используя уникально высокую теплопроводность алмаза.

Стандартные методы измерения

  • Стандарт IEEE 442-1981, «Руководство IEEE по измерениям теплового сопротивления почвы» [5]
  • Стандарт IEEE 98-2002, «Стандарт подготовки процедур испытаний для термической оценки твердых электроизоляционных материалов», ISBN 0-7381-3277-2 [6]
  • Стандарт ASTM D5470-06, «Стандартный метод испытаний свойств теплопередачи теплопроводных электроизоляционных материалов» [7]
  • Стандарт ASTM E1225-04, «Стандартный метод испытания теплопроводности твердых тел с помощью метода ограниченного сравнительного продольного теплового потока» [8]
  • Стандарт ASTM D5930-01, «Стандартный метод испытания теплопроводности пластмасс с помощью метода нестационарного линейного источника» [9]
  • Стандарт ASTM D2717-95, «Стандартный метод испытаний теплопроводности жидкостей» [10]

Связанные термины

Обратная величина теплопроводности равна , удельное тепловое сопротивление измеряется в кельвин-метрах на ватт (К · м · Вт −1 ).

При работе с известным количеством материала можно описать его теплопроводность и взаимное свойство тепловое сопротивление . К сожалению, эти термины имеют разные определения.

Первое определение (общее)

Для общенаучных целей теплопроводность — это количество тепла, которое проходит за единицу времени через пластину определенной площади и толщины , когда ее противоположные грани различаются по температуре на один градус.Для пластины с теплопроводностью k , площадью A и толщиной L это составляет kA / L , измеренное в Вт · K −1 . Это соответствует соотношению между электропроводностью (А · м -1 · В -1 ) и электрической проводимостью (А · В -1 ).

Существует также мера, известная как коэффициент теплопередачи: количество тепла, которое проходит за единицу времени через единиц площади пластины определенной толщины, когда ее противоположные стороны различаются по температуре на один градус.Ответная — теплоизоляция . В итоге:

  • теплопроводность = кА / L , измеренная в Вт · К −1
    • тепловое сопротивление = L / кА , измеренная в К · Вт −1
  • коэффициент теплопередачи = k / L , измеренный в Вт · K −1 · м −2
    • теплоизоляция = L / k , измеренный в K · м² · Вт −1 .

Коэффициент теплопередачи также известен как коэффициент теплопроводности

Второе определение (здания)

Когда речь идет о зданиях, термическое сопротивление или R-значение означает то, что описано выше как теплоизоляция, а теплопроводность , означает обратное. Для материалов, соединенных последовательно, эти тепловые сопротивления (в отличие от проводимости) можно просто сложить, чтобы получить тепловое сопротивление для всего.

Третий член, коэффициент теплопередачи , включает теплопроводность конструкции вместе с теплопередачей за счет конвекции и излучения. Он измеряется в тех же единицах, что и теплопроводность, и иногда известен как композитный теплопроводность . Термин U-значение является еще одним синонимом.

Таким образом, для пластины с теплопроводностью k (значение k [1] ), площадь A и толщина L :

  • теплопроводность = к / L , измеренная в Вт · К −1 · м −2 ;
  • термическое сопротивление ( значение R ) = л / к , измеряется в К · м² · Вт -1 ;
  • коэффициент теплопередачи (значение U ) = 1 / (Σ ( L / k )) + конвекция + излучение, измеряется в Вт · К −1 · м −2 .

Текстильная промышленность

В текстильных изделиях значение тога может указываться как мера теплового сопротивления вместо меры в единицах СИ.

Истоки

Теплопроводность системы определяется тем, как взаимодействуют атомы, составляющие систему. Нет простых и правильных выражений для теплопроводности. Существует два разных подхода к расчету теплопроводности системы. Первый подход использует отношения Грина-Кубо.Хотя это выражение является точным *, для расчета теплопроводности плотной жидкости или твердого тела с использованием этого соотношения требуется использование компьютерного моделирования молекулярной динамики.

  • Термин «точный» означает, что уравнения разрешимы.

Второй подход основан на подходе времени релаксации. Известно, что из-за ангармонизма внутри кристаллического потенциала фононы в системе рассеиваются. Есть три основных механизма рассеяния:

  • Граничное рассеяние, попадание фонона на границу системы;
  • Рассеяние на дефекте массы, удары фонона о примесь внутри системы и рассеяние;
  • Фонон-фононное рассеяние, фонон распадается на два фонона с более низкой энергией или фонон сталкивается с другим фононом и сливается с одним фононом с более высокой энергией. Определение значения k от Plastics New Zealand
    • Каллистер, Уильям (2003). «Приложение B», Материаловедение и инженерия — Введение . John Wiley & Sons, INC, 757. ISBN 0-471-22471-5 .
    • Холлидей, Дэвид; Резник, Роберт; И Уокер, Джерл (1997). Основы физики (5-е изд.). John Wiley and Sons, INC., NY ISBN 0-471-10558-9 .
    • TM 5-852-6 AFR 88-19, Volume 6 (издание Army Corp of Engineers)
    • Шривастава Г.П (1990), «Физика фононов». Адам Хильгер, IOP Publishing Ltd, Бристоль.
.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *