Види теплообміну - Гіпермаркет знань

Наша сеть партнеров Banwar

Гіпермаркет знань >> Фізика і астрономія >> Фізика 8 клас >> Фізика: Види теплообміну

Внутрішню енергію тіла можна змінити двома способами: шляхом здійснення роботи і шляхом теплообміну. Теплообмін може здійснюватися по-різному. Розрізняють три види теплообміну: теплопровідність, конвекція і променистий теплообмін.
pictur.jpg

1. Теплопровідність - це вид теплообміну, при якому відбувається безпосередня передача енергії від часток більш нагрітої частини тіла до частинкам його менш нагрітої частини. При теплопровідності саме речовина не переміщується вздовж тіла - переноситься лише енергія.

Звернемося до досвіду. Закріпимо в штативі товсту мідний дріт, а до дроту прикріпимо воском (або пластиліном) кілька цвяхів (рис. 63).

При нагріванні вільного кінця дроту в полум'ї спиртівки віск плавиться і гвоздики поступово відпадають від дроту. Причому спочатку відпадають ті, які розташовані ближче до полум'я, потім по черзі всі інші. Пояснюється це наступним чином.

спочатку збільшується швидкість руху тих частинок металу, які ближче до полум'я. Температура дроту в цьому місці підвищується. При взаємодії цих частинок з сусідніми швидкість останніх також збільшується, в результаті чого підвищується температура наступній частині дроту. Потім збільшується швидкість руху наступних частинок і т. Д., Поки не прогріється вся дріт.

Різні речовини мають різну теплопровідність: у одних вона більше, в інших - менше. З життєвого досвіду відомо, що якщо, наприклад, взяти будь-якої залізний предмет (припустимо, цвях) і почати нагрівати його в огні, то довго утримувати його в руці ми не зможемо. І навпаки, запалений сірник можна тримати до тих пір, поки полум'я не торкнеться руки. Це означає, що дерево має меншу теплопровідність, ніж залізо .

Найбільшою теплопровідністю володіють метали, особливо срібло і мідь. У рідин (за винятком розплавлених металів) теплопровідність невелика. У газів вона ще менше, тому що молекули їх знаходяться порівняно далеко один від одного і передача енергії від однієї частинки до іншої утруднена.

Якщо теплопровідність різних речовин порівняти з теплопровідністю міді, то виявиться, що у заліза вона приблизно в 5 разів менше, у води - в 658 разів менше, у пористого цегли - в 840 разів менше, в якого щойно випав снігу - майже в 4000 разів менше, у вати, деревної тирси і овечої вовни - майже в 10 000 разів менше, а у повітря вона приблизно в 20 000 разів менше.

Погана теплопровідність вовни, пуху і хутра (обумовлена ​​наявністю між їх волокнами повітря) дозволяє тілу тварини зберігати яку вироблено організмом енергію і тим самим захищатися від охолодження . Захищає від холоду і жировий шар, який є у водоплавних птахів, китів, моржів, тюленів і деяких інших тварин.

2. Конвекція - це теплообмін в рідких і газоподібних середовищах, здійснюваний потоками (або струменями) речовини.
Загальновідомо, наприклад, що рідини і гази зазвичай нагрівають знизу. Чайник з водою ставлять на вогонь, радіатори опалення поміщають під вікнами близько статі. Чи випадково це?

Помістивши руку над гарячою плитою або над включеною лампою, ми відчуємо, що від плити або лампи вгору піднімаються теплі струмені повітря . Ці струмені можуть навіть обертати невелику паперову вертушку, вміщену над лампою (рис. 64). Звідки беруться ці струменя?

Частина повітря, яка стикається з плитою або лампою, нагрівається і внаслідок цього розширюється. Її щільність стає менше, ніж у навколишнього (холоднішою) середовища, і під дією архимедовой (виштовхує) сили вона починає підніматися вгору. Її місце внизу заповнює холодне повітря. Через деякий час, прогрівшись, цей шари повітря також піднімається вгору, поступаючись місцем наступної порції повітря, і т. Д. Це і є конвекція.

Точно так же переноситься енергія і при нагріванні рідини. Щоб помітити переміщення шарів рідини при нагріванні, на дно скляної колби з водою опускають кристалик барвника (наприклад, пер- манганата калію) і колбу ставлять на вогонь. Через деякий час нагріті нижні шари води, забарвлені перманганатом калію в фіолетовий колір, починають підніматися вгору (рис. 65). На їх місце приходить холодна вода, яка, прогрівшись, також починає підніматися вгору, і т. Д. Поступово вся вода виявляється нагрітої. Саме завдяки конвекції відбувається нагрівання повітря і в наших житлових кімнатах (рис. 66).

Чи будуть прогріватися повітря і рідина, якщо їх нагрівати не знизу, а зверху? Звернемося до досвіду. Помістивши в пробірку шматочок льоду і придавивши його гайкою або металевою сіточкою, наллємо туди ж холодну воду. Нагріваючи її зверху, можна довести верхні шари води до кипіння (Рис. 67), між тим як нижні шари води залишаться холодними (і навіть лід там не стане). Пояснюється це тим, що при такому способі нагрівання конвекції не відбувається. Нагрітим верствам води нікуди підніматися: адже вони і так вже нагорі. Нижні ж (холодні) шари так і залишаться внизу. Правда, вода може прогрітися завдяки теплопровідності, проте вона дуже низька, так що довелося б довго чекати, поки це сталося б.

Точно так само можна пояснити, чому не прогрівається повітря, що знаходиться в пробірці, яка зображена на малюнку 68.

Гарячим він стає лише зверху, внизу ж він залишається холодним.

Досліди, зображені на малюнках 67 і 68, показують не тільки те, що рідини і гази слід нагрівати знизу, а й те, що у них дуже погана теплопровідність.

3. Променистий теплообмін - це теплообмін, при якому енергія переноситься різними променями. Це можуть бути сонячні промені, а також промені, що випускаються нагрітими тілами, які перебувають навколо нас.

Так, наприклад, сидячи біля каміна або багаття, ми відчуваємо, як тепло передається від вогню нашого тіла. Однак причиною такої теплопередачі не може бути ні теплопровідність (яка у повітря, що знаходиться між полум'ям і тілом, дуже мала), ні конвекція (так як конвекційні потоки завжди спрямовані вгору). Тут має місце третій вид теплообміну-променевий теплообмін.

Візьмемо теплоприемник - прилад, який представляє собою плоску круглу коробочку, одна сторона якої відполірована, як дзеркало, а інша покрита чорною матовою фарбою. Всередині коробочки знаходиться повітря, який може виходити через спеціальний отвір. З'єднаємо теплоприемник з рідинним манометром (рис. 69) і піднесемо до теплоприймачу електричну плитку або шматок металу, нагрітий до високої температури. Ми зауважимо, що стовпчик рідини в манометрі переміститься. Але це означає, що повітря в теплоприемник нагрівся і розширився. Нагрівання повітря в теплоприемник можна пояснити лише передачею йому енергії від нагрітого тіла. Яким чином передавалася ця енергія? Зрозуміло, що ні теплопровідністю, так як між нагрітим тілом і теплоприемником знаходиться повітря, що володіє малою теплопровідністю. Не було тут і конвекції: адже теплоприемник розташований не над нагрітим тілом, а поруч з ним. Енергія в даному випадку передавалася за допомогою невидимих ​​променів, що випускаються нагрітим тілом. Ці промені називають тепловим випромінюванням .

За допомогою теплового випромінювання (як видимого, так і невидимого) передається на Землю і сонячна енергія. Відмінною особливістю цього виду теплообміну є можливість здійснення через вакуум.

Теплове випромінювання випускають все тіла: електрична плитка, лампа, земля, стакан з чаєм, тіло людини і т. Д. Але у тел з низькою температурою воно слабке. І навпаки, чим вище температура тіла, тим більше енергії воно передає шляхом випромінювання.

Коли випромінювання, поширюючись від тіла-джерела, досягає інших тіл, то частина його відбивається, а частина ними поглинається. При поглинанні енергія теплового випромінювання перетворюється у внутрішню енергію тіл, і вони нагріваються.

Світлі і темні поверхні тіл поглинають випромінювання по-різному. Якщо теплоприемник (див. Рис. 69) повернути до випромінює тіла спочатку чорної, а потім блискучою поверхнею, то стовпчик рідини в манометрі в першому випадку переміститься на більшу відстань, ніж у другому. Це показує, що тіло з темною поверхнею краще поглинає енергію (і, отже, сильніше нагрівається), ніж тіло зі світлою або дзеркальною поверхнею.

Тіла з темною поверхнею не тільки краще поглинають, а й краще випромінюють енергію. Більше випромінюючи, вони і остигають швидше. Наприклад, в темному чайнику гаряча вода остигає швидше, ніж у світлому.

Здатність по-різному поглинати енергію випромінювання знаходить широке застосування в техніці. Наприклад, повітряні кулі та крила літаків часто фарбують сріблястою фарбою, щоб вони менше нагрівалися сонячними променями. Якщо ж потрібно використовувати сонячну енергію (наприклад, для нагрівання деяких приладів, встановлених на штучних супутниках), то ці пристрої фарбують в темний колір.

??? 1. Перелічіть види теплообміну. 2. Що таке теплопровідність? У будь тел вона краще, у яких гірше? 3. Як ви думаєте, про що свідчить досвід, який ви бачите иа малюнку 70? 4. Що таке конвекція? 5. Чому рідини і гази нагрівають знизу? 6. Чому конвекція неможлива в твердих тілах? 7. Який вид теплообміну може здійснюватися через вакуум ? 8. Як влаштований теплоприемник? 9. Які тіла краще і які гірше поглинають енергію теплового випромінювання? 10. Чому в світлому чайнику гаряча вода довше не остигає, ніж в темному?

Експериментальні завдання. 1. Перебуваючи вдома, на вулиці або в транспорті, перевірте, які предмети на дотик здаються більш холодними. Що ви можете сказати про їх теплопровідності? Складіть на основі своїх спостережень ряд з назв матеріалів в порядку зростання їх теплопровідності. 2. Увімкніть електричну лампу і піднесіть до ией (у цілому лампи) руку. Що ви відчуваєте? Який з видів теплообміну відбувається в даному випадку? 3. А чи гріє шуба? Для з'ясування цього візьміть термометр і, помітивши його показання, закутайте в шубу. Через півгодини вийміть його. Чи змінилися показання термометра ? Чому?
С.В. Громов, Н.А. Родина, Фізика 8 клас

Відіслано читачами з інтернет-сайтів

матеріали з фізики 8 клас, завдання і відповіді з фізики за класами, тестування онлайн , Плани конспектів уроків з фізики 8 клас

опорний каркас презентація уроку акселеративного методи інтерактивні технології Практика завдання і вправи самоперевірка практикуми, тренінги, кейси, квести домашні завдання дискусійні питання риторичні питання від учнів Ілюстрації аудіо-, відео- та мультимедіа фотографії, картинки графіки, таблиці, схеми гумор, анекдоти, приколи, комікси притчі, приказки, кросворди, цитати Доповнення реферати статті фішки для допитливих шпаргалки підручники основні і додаткові словник термінів інші Удосконалення підручників та уроків виправлення помилок в підручнику оновлення фрагмента в підручнику елементи новаторства на уроці заміна застарілих знань новими Тільки для вчителів ідеальні уроки календарний план на рік методичні рекомендації програми обговорення Інтегровані уроки

Якщо у вас є виправлення або пропозиції до даного уроку, Напишіть нам .

Якщо ви хочете побачити інші коригування та побажання до уроків, дивіться тут - освітній форум .