Доклад на тему конвекция по физике: Конвекция в природе и технике – примеры, сообщение для доклада по физике (7-8 класс)

Содержание

Реферат на тему «Конвекция дома»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 13 ИМЕНИ А.Л.ШИРОКИХ»

Реферат

на тему: «Конвекция в доме и излучение в природе»

г. Сарапул 2016 г.

Конвекция в доме и излучение в природе.

Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.

Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.

Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях. Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году. В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля». Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда.

В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды. Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако, касаются прежде всего передачи тепловой энергии в твердых телах.

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.

Чтобы понять, что представляет собой естественная конвекция, достаточно рассмотреть процесс на примере действия закона Архимеда и явления расширения тел под воздействием теплового излучения. Так, согласно закону, повышение температуры обязательно приводит к увеличению объемов жидкости. Нагреваемая снизу жидкость в емкостях поднимается выше, а влага большей плотности, соответственно, перемещается ниже. В случае нагрева сверху более и менее плотные жидкости останутся на своих местах, в таком случае явления не произойдет.

Существует несколько видов описываемого нами явления – естественная и вынужденная конвекция. Пример перемещения потоков горячего и холодного воздуха в середине помещения как нельзя лучше характеризует процесс естественной конвекции. Что касается вынужденной, то ее можно наблюдать при перемешивании жидкости ложкой, насосом или мешалкой. 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.

Естественная конвекция

Вынужденная конвекция

Отдельным видом выступает так называемая капиллярная конвекция. Происходит процесс при перепадах температуры во время движения жидкости по трубам. В естественных условиях значение такой конвекции наряду с естественной и вынужденной крайне несущественно. Однако в космической технике капиллярная конвекция, излучение и теплопроводность материалов становятся весьма значимыми факторами. Даже самые слабые конвективные движения в условиях невесомости приводят к затруднению реализации некоторых технических задач.

Процессы конвекции неразрывно связаны с естественным образованием газообразных веществ в толще земной коры. Рассматривать земной шар можно как сферу, состоящую из нескольких концентрических слоев. В самом центре располагается массивное горячее ядро, которое представляет собой жидкую массу высокой плотности с содержанием железа, никеля, а также прочих металлов.

Окружающими слоями для земного ядра выступают литосфера и полужидкая мантия. Верхний слой земного шара представляет собой непосредственно земную кору. Литосфера сформирована из отдельных плит, которые находятся в свободном движении, перемещаясь по поверхности жидкой мантии. В ходе неравномерного нагревания различных участков мантии и горных пород, которые отличаются разным составом и плотностью, происходит образование конвективных потоков. Именно под воздействием таких потоков возникает естественное преобразование ложа океанов и перемещение несущих континентов.

Как происходит конвекция? Физика процесса основывается на переносе тепла за счет свободного движения массы молекул веществ. В свою очередь, теплопроводность заключается исключительно в передаче энергии между составляющими частицами физического тела. Однако и тот, и другой процесс невозможен без наличия частиц вещества.

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. 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.

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: движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления; образование и движение облаков; процесс движения ветра, муссонов и бризов; смещение тектонических земных плит; процессы, которые приводят к свободному газообразованию.

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.

Доклад по физике конвекция 8 класс: Статья по физике на тему: Конвекция читать — ЭкоДом: Дом своими руками

  • Статья по физике на тему: Конвекция читать
  • 100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА
  • 100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА
  • 100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА
  • 100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА
  • Реферат на тему «Конвекция дома»
  • Конвекция — это, что такое, какие, определение, значение, доклад, реферат, конспект, сообщение, вики — WikiWhat
  • Convection Current Experiment —
  • открытых учебников | Сиявула
  • Тепло в движении
  • В чем разница между проводимостью, конвекцией и излучением?
  • Урок Вращение лаборатории теплопередачи: проводимость, конвекция и излучение
  • 11. 2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача

Статья по физике на тему: Конвекция читать

Главная>Статьи по химии

Конвекция

Это способность переносить тепло потоками вещества. Данное явление существует как в жидкостях, так и в газах и в сыпучей среде. Конвекция бывает естественной, что подразумевает самопроизвольное возникновение при неравномерной тепловой нагрузке. Нижние частицы нагреваясь и облегчаясь движутся вверх, а верхние наоборот, формируется процесс перемешивания, который повторяется вновь и вновь. При выполнении некоторых условий самоперемешивание превращается в структурные вихри с условно правильной решеткой в виде конвекционных ячеек. Конвекция подразделяется на: турбулентная и ламинарная.

Примерами конвекции в природе являются облака и их формирование. Движение тектонических плит и гранулирование на Солнце — это тоже естественная конвекция в природе. Искусственная конвекция связана с перемещением частиц, вызванным принудительными действиями извне.

Принудительная конвекция применяется, если эффекта естественной недостаточно. К примеру, движение лопастей вентиляционных приборов, работа насосного оборудования, перемещивание веществ венчиком и т.п.

По причине возникновения конвекция подразделяется на: стрессовую, гравитационную, термокапиллярную, магнитную и термодинамическую. Наиболее популярно распространение конвекции в жидких и газообразных средах описал Буссинеск. К примеру, под капиллярной конвекцией следует понимать явление в жидкой среде, когда на ее свободную поверхность оказывают влияние перепады напряжения, скажем, изменение температуры воды. При этом интенсивность термокапиллярной конвекции мала и в обычной жизни признается несущественной. Но в космическом пространстве благодаря данному виду конвекции в сосудах возникают движения.

В природе естественная конвекция бывает в нижних слоях Земли, в ее недрах, в пучине океана. Воздействие при этом обусловлено архимедовой силой, когда различие в плотности нагретого и холодного веществ заставляет перемещаться их частицы в направлении, противоположном действию силы тяжести.

Результатом такого движения является то, что постепенно температура вещества выравнивается. Если тепло подведено стационарно, то конвекционные потоки также будут стационарными. А интенсивность их всегда обусловлена температурным различием в слоях.

см. также:
Все статьи по физике

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.

Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.
Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.
Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.
Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

Реферат на тему «Конвекция дома»

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ «СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА № 13 ИМЕНИ А.Л.ШИРОКИХ»

Реферат

на тему: «Конвекция в доме и излучение в природе»

г. Сарапул 2016 г.

Конвекция в доме и излучение в природе.

Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.

Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.

Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях. Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году. В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля». Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда.

В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды. Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако, касаются прежде всего передачи тепловой энергии в твердых телах.

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.

Чтобы понять, что представляет собой естественная конвекция, достаточно рассмотреть процесс на примере действия закона Архимеда и явления расширения тел под воздействием теплового излучения. Так, согласно закону, повышение температуры обязательно приводит к увеличению объемов жидкости. Нагреваемая снизу жидкость в емкостях поднимается выше, а влага большей плотности, соответственно, перемещается ниже. В случае нагрева сверху более и менее плотные жидкости останутся на своих местах, в таком случае явления не произойдет.

Существует несколько видов описываемого нами явления – естественная и вынужденная конвекция. Пример перемещения потоков горячего и холодного воздуха в середине помещения как нельзя лучше характеризует процесс естественной конвекции. Что касается вынужденной, то ее можно наблюдать при перемешивании жидкости ложкой, насосом или мешалкой. 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.

Естественная конвекция

Вынужденная конвекция

Отдельным видом выступает так называемая капиллярная конвекция. Происходит процесс при перепадах температуры во время движения жидкости по трубам. В естественных условиях значение такой конвекции наряду с естественной и вынужденной крайне несущественно. Однако в космической технике капиллярная конвекция, излучение и теплопроводность материалов становятся весьма значимыми факторами. Даже самые слабые конвективные движения в условиях невесомости приводят к затруднению реализации некоторых технических задач.

Процессы конвекции неразрывно связаны с естественным образованием газообразных веществ в толще земной коры. Рассматривать земной шар можно как сферу, состоящую из нескольких концентрических слоев. В самом центре располагается массивное горячее ядро, которое представляет собой жидкую массу высокой плотности с содержанием железа, никеля, а также прочих металлов.

Окружающими слоями для земного ядра выступают литосфера и полужидкая мантия. Верхний слой земного шара представляет собой непосредственно земную кору. Литосфера сформирована из отдельных плит, которые находятся в свободном движении, перемещаясь по поверхности жидкой мантии. В ходе неравномерного нагревания различных участков мантии и горных пород, которые отличаются разным составом и плотностью, происходит образование конвективных потоков. Именно под воздействием таких потоков возникает естественное преобразование ложа океанов и перемещение несущих континентов.

Как происходит конвекция? Физика процесса основывается на переносе тепла за счет свободного движения массы молекул веществ. В свою очередь, теплопроводность заключается исключительно в передаче энергии между составляющими частицами физического тела. Однако и тот, и другой процесс невозможен без наличия частиц вещества.

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. 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.

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: движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления; образование и движение облаков; процесс движения ветра, муссонов и бризов; смещение тектонических земных плит; процессы, которые приводят к свободному газообразованию.

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.

Конвекция — это, что такое, какие, определение, значение, доклад, реферат, конспект, сообщение, вики — WikiWhat

Конвекция в жидкости

Подогрев жидкости (рис. 58, а) приводит к тому, что она расширяется и более лёгкая жидкость поднимается, образуя конвекционную струю. На рисунке стрелками показано движение струй жидкости.

Конвекция газов

В газах образуется не струя, а пузырь (рис. 58, б), в котором температура выше, чем в окружающей среде. Размер пузыря зависит от физических условий. Например, в конвективной зоне Солнца его диаметр достигает 700—800 км. Нагретый воздух легче и поднимается под действием силы Архимеда. При подъ­ёме давление в окружающей среде уменьшается и пузырь рас­ширяется. Поскольку теплопроводность газа мала, пузырь рас­ширяется адиабатически, и температура в нем падает.

Адиабатический гра­диент

Если проследить за отдельным пузырём и фиксировать изменение температуры в нем в зависимости от положения пузыря, то обнаружится, что определённый таким образом градиент тем­пературы имеет строго определённое значение в зависимости от физических условий (температуры, плотности химического состава вещества) — значение, называемое адиабатическим гра­диентом.

Если градиент температуры окружающего газа больше ади­абатического, то по мере подъёма газ в пузыре остаётся более горячим, чем окружающий газ, и пузырь продолжает подни­маться. Если же температура окружающей среды падает мед­ленно (градиент температуры меньше адиабатического), то пу­зырь быстро сливается с окружающим газом, и конвекция не возникает. При развитой конвекции значение градиента тем­пературы только на малую величину превышает адиабатиче­ский градиент. Пузырь в процессе движения разрушается, пе­редавая свою энергию окружающей среде.

Примеры конвекции

Каждый из нас встречался с конвекцией достаточно часто. Ниже приведено несколько примеров. Материал с сайта http://wikiwhat.ru

Посмотрите на закипающую, но ещё не закипевшую воду в кастрюле. Движение воды в ней и есть конвекция в жидкости. Труднее увидеть конвекцию в газах, но и это возможно. В жаркий летний день Солнце на­гревает почву, которая, в свою очередь, нагревает воздух. Гра­диент температуры в воздухе достаточно большой, и пузырь, оторвавшись, поднимается вверх. Его не видно, но когда тем­пература в пузыре падает до точки росы, начинается конден­сация воды и появляется облако. Астроному известно прояв­ление конвекции на Солнце — это грануляция. Каждая гранула представляет собой горячий пузырь, вернее его верхнюю часть, выходящую на поверхность Солнца.

Картинки (фото, рисунки)

  • Рис. 58. Конвекция (а — в жидкости; б — в газе)

На этой странице материал по темам:

  • Конвекция в газах опыт примеры
  • Сообщение проявление конвекции в е и техники
  • Примеры про конвенкцию
  • Рримеры конвекции
  • Сообщение на тему конвекция 1948 г.р

Convection Current Experiment —

* Этот пост содержит партнерские ссылки.

Конвекция — это один из трех основных типов теплопередачи. Два других — это излучение и проводимость. Конвекция — это передача тепла за счет движения нагретых частиц в область более холодных частиц. При зажигании спички может возникнуть конвекция. Воздух непосредственно над зажженной спичкой всегда горячее, чем воздух вокруг нее.

Эта разница в температуре вокруг спички вызвана воздействием тепла на плотность воздуха.Горячий воздух менее плотный, чем холодный, и поднимается вверх, оставляя более прохладный воздух внизу. По мере того, как теплый воздух поднимается вверх, образуется модель движения воздуха, называемая конвекционным потоком. Мы можем видеть эти конвекционные потоки в воздухе и в воде.

Связанное сообщение Ресурсы по изучению погоды

Конвекционные токи в атмосфере влияют на нашу погоду. Подъем теплого воздуха и падение плотного прохладного воздуха вызывают наши ветры. Когда теплый влажный воздух поднимается вверх и смешивается с холодным, атмосфера становится нестабильной. Это вызывает грозы.

Гольфстрим у восточного побережья Штатов является конвекционным течением. Он несет теплую воду из тропиков вверх по восточному побережью на север в сторону холодных арктических вод.

Создайте свой собственный ток конвекции

Тепло влияет и на плотность воды. Вы можете создать свой собственный конвекционный поток с водой, который позволит вам увидеть потоки, вызванные разницей плотности воды при разных температурах.

Принадлежности:

Процедура:

  1. Смешайте воду и пищевой краситель и налейте окрашенную воду в поддон для кубиков льда. Этот эксперимент лучше всего работает, если вода очень темного цвета.
  2. Поместите поддон для кубиков льда в морозильную камеру, пока он не станет твердым.
  3. Наполните прозрачный стакан теплой водой.
  4. Добавьте один кубик льда в стакан с водой.
  5. Посмотрите, что происходит.

Что происходит?

Теплая вода растопит кубик льда, но полученная вода будет очень холодной. Эта холодная густая вода опустится на дно стакана. Вы можете видеть это, потому что талая вода из кубика льда будет любого цвета, который вы сделали для кубика льда.

По мере того, как вода нагревается, она поднимается до верхней части стакана. Цветная вода позволит вам увидеть конвекционный поток в стакане.

Попробуйте этот простой эксперимент дома!

открытых учебников | Сиявула

Математика

Наука

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий.Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколько угодно раз. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственное ограничение заключается в том, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки каким-либо образом, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (версии без марочного знака)

Эти небрендированные версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, трансформировать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

Тепло в движении

Раскройте концепцию, согласно которой конвекция является более эффективным и быстрым методом теплопроводности. Тепло, передаваемое посредством теплопроводности, является основной силой, которая управляет многими процессами на Земле, например погодой, океанскими течениями и тектоникой плит.

Я буду выполнять это задание во время годичного курса геологии и астрономии, который будет преподавать ученикам 8-го класса, которые прошли программу магистерской программы по физическим наукам, 6-8 классы 7-го класса. В 7-м классе ученики ознакомились со следующими стандартами обучения тепловой энергии. A) Признать, что тепло является формой энергии и что изменение температуры является результатом добавления или отвода тепла от системы.Б) Объясните влияние тепла на движение частицы через описание того, что происходит с частицами во время изменения фазы. В) Приведите примеры того, как тепло движется предсказуемым образом, перемещаясь от более теплых объектов к более холодным, пока объекты не достигнут равновесия. Студенты также познакомятся с 3 способами теплопередачи, теплопроводности, конвекции и излучения. (Одна из целей этого упражнения — рассмотреть стандарты обучения тепловой энергии и идеи теплопередачи.) В идеале, часть практического эксперимента в этом упражнении будет проводиться с классом из 20-24 учеников, разделенных на группы по четыре человека. .Демонстрация попкорна и обсуждение в классе будут проходить во время 1 из 3 — 47 минутных занятий. На второй день в небольших группах по 4 человека будет проводиться эксперимент по сравнению с конвекцией и проводимостью, а также будет проведен сбор данных. Во время третьего урока я повторю эксперимент, а затем буду способствовать обсуждению результатов учеников в классе. Студенты уже имеют большой опыт поиска закономерностей в данных. Они будут практиковать этот навык во время нашего раздела «Природа науки». Я думаю, что это задание можно было бы легко адаптировать к разному возрасту и / или ученикам с разными базами знаний.

Фон

(Это исходная информация, которую мои студенты привнесут в этот опыт, но в зависимости от ваших целей; студентам НЕ нужно иметь такое понимание. ) Студенты будут иметь некоторое базовое понимание фаз материи — твердых тел, жидкостей и газов. . Студенты будут иметь некоторое представление о том, что делает «твердый» «твердым». Твердое вещество — это материя, которая сохраняет свой объем и форму. Жидкость — это вещество, которое сохраняет свой объем, но не может удерживать форму (или принимает форму своего сосуда.) Газ — это материя, которая не сохраняет свой объем и форму. Студенты будут практиковаться в сборе данных и просмотре множества наборов данных, чтобы попытаться выявить и выявить закономерности. Студенты слышали слова «проводимость», «конвекция» и «излучение», но, скорее всего, имеют разное понимание этих понятий.

Мероприятия в классе

День 1
Popcorn Demo (Мероприятие разработала Эми Вашак)
1) Объясните ученикам, что я буду делать попкорн тремя разными способами.Поскольку я делаю попкорн, используя три метода, ученики должны нарисовать и обозначить установку каждого метода приготовления попкорна, а под диаграммой установки они должны записывать наблюдения, то, что они видят, слышат и обоняют. Первый способ приготовить попкорн — это поместить пакет с попкорном в микроволновую печь. Второй способ приготовления попкорна будет заключаться в использовании воздушной поппер. Третий способ — поставить сковороду на горячую плиту. Налейте немного масла на дно сковороды и накройте, пока масло не нагреется, но не дымится.Затем налейте в сковороду немного попкорна, снова накройте крышкой и толкайте сковороду по горячей плите, пока она не лопнет.
2) После демонстрации я попрошу студентов с напарником составить список того, что общего у этих трех методов, а что отличалось от них.
3) Затем у нас будет 5-минутный сеанс мозгового штурма обо всех сходствах и различиях, которые они заметили между 3 методами. Я запишу наблюдения студентов на большой лист белой бумаги, который затем повешу в классе, чтобы мы могли обратиться к нему позже.

Разговор о разъяснении материального и энергетического класса
1) Я напишу на доске слова Газ, Жидкость, Твердое тело.
2) Вместе с классом мы проведем мозговой штурм по каждому из них.
3) Затем я спрошу студентов, «Из чего состоят газы, жидкости и твердые тела?» Я выслушаю идеи студентов и запишу их на доске. Когда я делал это задание в прошлом, я обнаружил, что студентам нужно прояснить различия между словами «атомы», «молекулы» и «материя».
4) Я обращусь к периодической таблице и объясню, что эта таблица представляет собой список различных типов из атомов , основанных на количестве протонов, имеющихся в атоме. Я напомню студентам, что слово молекула описывает, когда два или более атома связаны вместе. Наконец, я поясню, что все, что состоит из атомов, включая все газы, жидкости и твердые тела, называется материей .
5) Я напишу на доске слово тепловая энергия и поясню, что тепловая энергия не имеет значения. Энергия дает движение атомам и молекулам.
6) Я также поясню, что тепловая энергия движется только в одном направлении, от атомов / молекул с большей тепловой энергией к атомам / молекулам с меньшей тепловой энергией.

День 2

3 Возможные эксперименты — мне нужно потратить некоторое время, играя с этими материалами, чтобы увидеть, принесет ли какой-либо из них требуемый результат — способ показать, что тепло перемещается быстрее при движении за счет конвекции в отличие от проводимости.

Эксперимент 1

Идея этого эксперимента состояла в том, чтобы построить график температуры твердого тела по мере того, как оно нагревается, плавится и продолжает кипеть. Я надеялся, что когда данные будут отображены на графике, наклон линии после изменения фазы будет круче, чем наклон линии до изменения фазы.

1) Студентам выдадут защитные очки, электрическую плиту, прихватку для духовки, термометр, стакан с веществом, твердым при комнатной температуре, но плавящимся при довольно низкой температуре.(Масло, воск, шоколад … Мне нужно исследовать это немного подробнее.)

2) Учащиеся поместят термометр в вещество и измерят начальную температуру.

3) Затем ученики включат конфорку до заданной температуры.

4) Студентам будет предложено нарисовать и обозначить схему. Студентов попросят записывать температуру каждые 30 секунд и проводить наблюдения. Студентам будет предложено отметить, когда твердое вещество начинает плавиться, а когда твердое вещество полностью растворяется в жидкости.

В качестве домашнего задания учащихся попросят построить график своих результатов (время в зависимости от температуры). Учащимся также будет предложено убедиться, что их наблюдения и таблицы данных полны.

Эксперимент 2

Идея этого эксперимента состоит в том, чтобы ученики сравнили скорость двух стаканов с водой, которые нагреваются. Управляющая переменная — это диск из материала (который не плавится и подлежит определению), который помещается между одним из стаканов и горячей пластиной.Студенты записывали температуру в обоих стаканах. Я надеялся, что когда данные будут отображены в виде графика, наклон линии для химического стакана без диска с материалом будет круче, чем наклон линии для химического стакана с диском с материалом, помещенным между стаканом и горячей пластиной.

1) Студентам выдаются защитные очки, пипетка, пищевой краситель, набор цветных карандашей, две конфорки, два термометра, рукавица для духовки, два стакана с одинаковым объемом воды, механизм для удержания термометров на месте и диск с материалом.

2) Студенты ставят один стакан прямо на одну конфорку. Учащиеся поместят диск с материалом на верхнюю часть второго горячего места и поместят вторую мензурку поверх этого диска.

3) Затем ученики устанавливают каждый термометр в воду так, чтобы только нижняя часть термометра была погружена под поверхность воды.

4) Ученики дадут воде отстояться, пока она не станет спокойной.

5) Затем ученики будут использовать пипетку, чтобы аккуратно нанести одну каплю пищевого красителя на дно каждого стакана, чтобы отслеживать движение воды.

6) Затем ученики включат конфорки до заданной температуры.

7) Студентам будет предложено нарисовать и обозначить схему. Студентов попросят записывать температуру каждые 30 секунд и проводить наблюдения. Студентам будет предложено отметить движение пищевого красителя.

В качестве домашнего задания учащихся попросят построить график своих результатов (время в зависимости от температуры). Учащимся также будет предложено убедиться, что их наблюдения и таблицы данных полны.

Эксперимент 3

У меня есть интересная идея для эксперимента, но я еще не уверен, где она подходит. Идея этого эксперимента заключалась в том, чтобы увидеть, как конвекционные токи будут проходить через слои жидкостей с различной вязкостью или плотностью.

1) Студентам выдаются защитные очки, пипетка, пищевой краситель, набор цветных карандашей, электрическая плита, термометр, рукавица для духовки, стакан, наполненный двумя жидкостями, которые наложены друг на друга, т.е.е. свежая вода поверх очень соленой воды, вода поверх кукурузного сиропа.

2) Учащиеся ставят стакан прямо на плиту.

3) Студенты оставляют стакан до тех пор, пока жидкости не станут спокойными.

4) Затем ученики с помощью пипетки аккуратно нанесут одну каплю пищевого красителя на дно стакана, чтобы отслеживать движение жидкостей.

5) Затем ученики включат конфорки до заданной температуры.

6) Студентам будет предложено нарисовать и обозначить схему.Студентов попросят записывать наблюдения каждые 60 секунд, особенно движение пищевого красителя.

В качестве домашнего задания учащихся попросят убедиться, что их наблюдения и таблицы данных заполнены.
День 3
Класс модели движущейся тепловой энергии
У меня 10 студентов выстроятся плечом к плечу. Я расскажу студентам, что студент «А» — это молекула, которая обладает большим количеством тепловой энергии и собирается передать ее «молекулам» с меньшей тепловой энергией.Я опишу, что пощечина (хлопанье двух учеников в ладоши) будет представлять передачу этой энергии от одной молекулы к другой. Я объясню, что выстроенные в линию студенты — это молекулы, «застрявшие» в твердом теле. Таким образом, хлопок или «тепловая энергия» может передаваться, но ученикам не разрешается двигать ногами. Я воспользуюсь секундомером, чтобы определить, сколько времени нужно, чтобы пощечина была передана от студенческой «молекулы» к студенческой «молекуле». Я попрошу своих выстроившихся в ряд учеников попытаться пройти пощечину, поставив ноги, как можно быстрее.
Теперь я скажу ученикам, что ученица А больше не твердое тело, а жидкость, поэтому она может использовать свои ноги. Теперь я прошу ученицу А передать свою тепловую энергетическую «пощечину» другим ученикам, которые выстроились в очередь. Я сделаю еще раз. Я думаю об этом во второй раз, потому что ученица А может двигаться сама и дайте пять ученикам, когда она бежит мимо них; это будет намного быстрее. (Я все еще работаю над этой моделью.) (Но я начал думать, что когда я доберусь до своего Seasons Unit, чтобы представить теплопередачу через излучение, я мог бы поставить двух учеников на противоположных концах моей классной комнаты и смотреть им в глаза. передать друг другу аплодисменты.)

Просмотр данных
На графике на моем оверхед-проекторе у меня будет по одному студенту из каждой группы, который покажет свои результаты, каждый с использованием своего цветового маркера. Я спрошу студентов, заметят ли они какие-либо закономерности в данных. В зависимости от того, как проходят эксперименты, я могу объяснить им концепцию, которую я пытаюсь им показать, что тепло должно передаваться быстрее посредством конвекции, потому что молекулы могут перемещаться, чтобы делиться своей энергией, в отличие от молекул, которые «застревают на месте, «поскольку они делятся своей тепловой энергией.
(Это все еще в разработке, в зависимости от того, какой эксперимент, надеюсь, я найду успешным.)

Чтение
Вместе со студентами мы прочитаем о теплопередаче, в частности о проводимости и конвекции. (Чтение все еще развивается.)
Я воспользуюсь этой возможностью, чтобы смоделировать некоторые стратегии чтения для чтения научной информации. Т.е. Прочтите всю статью один раз, затем прочтите второй раз и напишите на полях своими словами рядом с каждым абзацем предложение, которое резюмирует основную идею этого абзаца.

Домашние задания
День 1

Обзор словаря: твердое тело, жидкость, газ, атом, молекула, материя и тепловая энергия

День 2 — Для любого из трех экспериментов
Убедитесь, что таблица данных и график является точным и полностью промаркирован.
Убедитесь, что наблюдения читабельны, четко сформулированы и все местоимения заменены. (Чтобы помочь студентам прояснить свои собственные идеи, я не прошу студентов использовать местоимения в своих письмах. В любых лабораторных работах или письменных заданиях, которые я даю, студентам предлагается заменить местоимения существительным, которое имел в виду студент.I.E. Вместо «это» вы имели в виду воду, температуру, пищевой краситель, нагревание, стакан?)
Завершите вопросы для заключения, которые будут разработаны, когда я выясню, какая лаборатория будет работать лучше всего.

День 3
Вопросы по чтению по конвекции и проводимости. (Мне нужно развить это чтение и вопросы.)

Материалы

День 1
Материалы для класса

  • Микроволновая печь
  • Пакетик попкорна для микроволновой печи
  • Конфорка
  • Сковорода с крышкой
  • Рукавицы для духовки
  • Масло
  • Попкорн
  • Воздушный Поппер
  • Большой лист бумаги
  • Размер классной комнаты Периодическая таблица — висит в классе

Материалы для каждого ученика:

  • Записные книжки ученика
  • Ручка или карандаш

День 2
Эксперимент 1
Для каждого ученика

  • Описание лаборатории
  • Миллиметровая бумага
  • Защитные очки
  • Рукавица для духовки
  • Для каждой группы из 4
  • Конфорка
  • Стакан
  • Термометр
  • Вещество, которое является твердым при комнатной температуре, но плавится при довольно низких температурах.Некоторые идеи у меня есть: зефир, масло, воск, шоколад.

Эксперимент 2
Для каждого ученика

  • Описание лаборатории
  • Миллиметровая бумага
  • Набор цветных карандашей
  • Защитные очки
  • Рукавица для духовки
  • Для каждой группы из 4
  • 2 горячие пластины
  • 2 стакана
  • 2 термометра
  • Диск материала
  • Вода
  • Пищевой краситель
  • Пипетка для глаз
  • Система зажима для термометров

Эксперимент 3
На каждого ученика

  • Описание лаборатории
  • Миллиметровая бумага
  • Набор цветных карандашей
  • Защитные очки
  • Рукавица для духовки
  • Для каждой группы из 4
  • 1 Горячие пластины
  • 1 стакан
  • 1 Термометры
  • Две жидкости разной плотности
  • Пищевой краситель
  • Пипетка для глаз
  • Система зажима для термометра

День 3
Для класса:

  • Секундомер
  • Показания по конвективной и кондуктивной теплопередаче (в разработке)

Стандарты

Рамки учебных программ магистратуры по естествознанию, опубликовано в 2006 г.
Науки о Земле и космосе, 6–8 классы
Теплообмен
3.Различают излучение, теплопроводность и конвекцию — три механизма, с помощью которых тепло передается через систему Земли. *
4. Объясните взаимосвязь между энергией, производимой солнцем, глобальными моделями атмосферного движения и разницей температур между водой, землей и атмосферой
Строение Земли
2. Опишите слои Земли, включая литосферу, горячую конвектирующую мантию и плотное металлическое ядро.
Физические науки (химия и физика), 6-8 классы
Тепловая энергия
14.Осознайте, что тепло — это форма энергии, и что изменение температуры является результатом добавления или отвода тепла от системы. *
16. Приведите примеры того, как тепло движется предсказуемым образом, перемещаясь от более теплых объектов к более холодным, пока они не достигнут равновесия
Науки о Земле и космосе, средняя школа
SIS3. Анализировать и интерпретировать результаты научных исследований
— Представьте взаимосвязи между переменными в соответствующих формах *
— Представляйте данные и отношения между переменными в диаграммах и графиках.*
— Используйте соответствующую технологию и другие инструменты. *
Математические навыки от рамок учебной программы магистратуры по математике до 8 класса
— Создавайте и используйте таблицы и графики для интерпретации наборов данных. *
— Измеряйте точность и точность. *
— Используйте шкалы Цельсия и Кельвина.

* Рассматриваются основные стандарты

Выполнение всех домашних заданий
Точный сбор данных
Точное отображение данных на правильно маркированных графиках
Участие в классном обсуждении наблюдений и вопросов для обсуждения.

Добро пожаловать в город Барнет
Барнет — небольшой городок на реке Коннектикут, зафрахтованный в 1763 году и поселенный между 1770 и 1773 годами.Его пять деревень: Барнет-Виллидж, Ист-Барнет, Вест-Барнет, МакИндо-Фолс и Пассумпсик.

Городские новости и объявления:

  • Выборы школьного округа — вторник, 4 мая. Ежегодное собрание кооперативного школьного округа Каледонии Выборы австралийским бюллетенем. Часы голосования: с 7:00 до 19:00. на пожарно-спасательной станции Барнета (Бимсон Драйв, 151). Для получения дополнительной информации щелкните ссылки ниже:
  • Срок подачи декларации усадьбы продлен до 17 мая. Срок подачи налоговой декларации по подоходному налогу с физических лиц в штате Вермонт за 2020 налоговый год был продлен до 17 мая 2021 года. Это продление также распространяется на декларации по усадьбе и претензии по налоговому кредиту на имущество. Налогоплательщики могут подать их вместе с декларацией о подоходном налоге до 17 мая без пени или процентов. Город Барнет наложит штраф в максимально допустимом размере в соответствии с 32 V.S.A. § 5410 (g) для деклараций усадьбы 2021 года, поданных после 17 мая 2021 года, и других случаев несоблюдения требований к подаче декларации усадьбы.Декларация усадьбы должна подаваться в налоговый департамент штата Вермонт каждый год каждым жителем штата Вермонт, собственность которого соответствует определению усадьбы. Усадьба Вермонта — это основное жилище и земельный участок, окружающий жилище, принадлежащий физическому лицу-резиденту и занимаемый им в качестве места жительства 1 апреля. Посетите веб-сайт Департамента налогов Вермонта для получения дополнительной информации: https://tax.vermont.gov/ декларация собственников недвижимости / усадьба
  • Срок действия лицензии на собак — 1 апреля. Городской клерк продолжает выдавать лицензии на собак на 2021 год. Пожалуйста, отправьте оплату пошлины (включая штрафы за просрочку платежа: 11 долларов США для стерилизованных / кастрированных собак и 17 долларов США для других) и действующий сертификат вакцинации от бешенства по почте (город Барнет, PO Box 15, Barnet, VT 05821) или в почтовом ящике по адресу перед офисом городского клерка (1743 г., US Route 5 South). Офис городского клерка, в свою очередь, отправит лицензию и бирку по почте.
  • Barnet Land Records теперь доступны в Интернете. Вы можете бесплатно просматривать и искать в указателе земельных документов, а также распечатывать документы за плату по адресу: https://barnet.lr-1.com/
    Указатель и документы, доступные за период с 1969 года по настоящее время. Чтобы получить новые документы, может потребоваться несколько дней.
  • Доступен график сбора опасных бытовых отходов на 2021 год и календарь округа Северо-Восточного Королевства по управлению отходами. Щелкните по ссылкам ниже.
  • Городское собрание 2021 года Голосование в Австралии: нажмите здесь, чтобы увидеть НЕОФИЦИАЛЬНЫЕ результаты
  • Центр деревни Назначение для четырех деревень Барнета. Совет по развитию города Вермонт определил Пассумпсик, Барнет-Виллидж, Макиндо-Фоллс и Вест-Барнет-Виллидж в качестве признанных государством деревенских центров. Это обозначение дает право собственности в этих центрах на государственные льготы, включая финансовые стимулы, обучение и техническую помощь, необходимые для привлечения нового бизнеса и жизнеспособности. Чтобы узнать больше, посетите веб-сайт
  • Агентства торговли и общественного развития штата Вермонт.

  • ЗАКРЫТО — ОФИС КЛЕРКА В БАРНЕТЕ
    Со вторника, 17 ноября, офис Клерка города Барнет снова будет закрыт для широкой публики до дальнейшего уведомления.Это изменение является ответом на недавнее ускорение передачи COVID-19 и в соответствии с Приложением 8 к Указу 01-20, подписанным губернатором Вермонта Филипом Скоттом 13 ноября 2020 года. Для получения дополнительной информации посетите городскую страницу о коронавирусе COVID-19. Если у вас есть вопросы, позвоните в городской клерк по телефону 802-633-2256 или напишите по адресу [email protected]
  • Ответ на коронавирус COVID-19. В ответ на пандемию коронавируса COVID-19 городское правительство изменило обычные операции, чтобы обеспечить безопасность жителей, сотрудников и городских чиновников.Посетите страницу, посвященную коронавирусу COVID-19, для получения дополнительной информации.
  • Закрытие офиса городского клерка. Актуальную информацию см. На странице городского клерка.

В чем разница между проводимостью, конвекцией и излучением?

Скачать статью в формате PDF

Теплообмен — это физический акт обмена тепловой энергией между двумя системами за счет рассеивания тепла.Температура и поток тепла являются основными принципами теплопередачи. Количество доступной тепловой энергии определяется температурой, а тепловой поток представляет собой движение тепловой энергии.

В микроскопическом масштабе кинетическая энергия молекул находится в прямой зависимости от тепловой энергии. С повышением температуры молекулы увеличиваются в тепловом возбуждении, проявляющемся в линейном движении и вибрации. Области с более высокой кинетической энергией передают энергию областям с более низкой кинетической энергией.Проще говоря, теплопередачу можно разделить на три большие категории: теплопроводность, конвекция и излучение.

На изображении выше, предоставленном НАСА, показано, как все три метода теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение) работают в одной и той же среде.

Проводимость

Проводимость передает тепло путем прямого столкновения молекул. Область с большей кинетической энергией будет передавать тепловую энергию области с более низкой кинетической энергией. Частицы с более высокой скоростью будут сталкиваться с частицами с более низкой скоростью.В результате частицы с более низкой скоростью увеличивают кинетическую энергию. Электропроводность — это наиболее распространенная форма передачи тепла, которая происходит при физическом контакте. Примеры: положить руку на окно или положить металл в открытое пламя.

Процесс теплопроводности зависит от следующих факторов: градиента температуры, поперечного сечения материала, длины пути прохождения и физических свойств материала. Температурный градиент — это физическая величина, которая описывает направление и скорость распространения тепла.Температурный поток всегда будет происходить от самого горячего к самому холодному или, как указывалось ранее, от более высокой к более низкой кинетической энергии. Как только между двумя разностями температур установится тепловое равновесие, теплопередача прекращается.

Поперечное сечение и путь движения играют важную роль в проводимости. Чем больше размер и длина объекта, тем больше энергии требуется для его нагрева. И чем больше открытая поверхность, тем больше тепла теряется. Меньшие объекты с малым поперечным сечением имеют минимальные тепловые потери.

Физические свойства определяют, какие материалы передают тепло лучше других. В частности, коэффициент теплопроводности указывает на то, что металлический материал будет проводить тепло лучше, чем ткань, когда дело доходит до теплопроводности. Следующее уравнение рассчитывает скорость проводимости:

Q = [k · A · (T горячий — T холодный )] / d

где Q = тепло, передаваемое за единицу времени; k = теплопроводность барьера; A = площадь теплопередачи; T hot = температура горячей области; T холодный = температура холодного региона; и d = толщина барьера.

Современные методы использования проводимости разрабатываются доктором Гюн-Мин Чой из Университета Иллинойса. Доктор Чой использует спиновой ток для создания крутящего момента, передаваемого при вращении. Момент передачи спина — это передача спинового углового момента, генерируемого электронами проводимости, намагниченности ферромагнетика. Вместо использования магнитных полей это позволяет манипулировать наномагнетиками с помощью спиновых токов. (С любезного разрешения Алекса Хереса, Группа технологий обработки изображений, Институт Бекмана)

Конвекция

Когда жидкость, такая как воздух или жидкость, нагревается, а затем удаляется от источника, она переносит тепловую энергию.Такой тип теплопередачи называется конвекцией. Жидкость над горячей поверхностью расширяется, становится менее плотной и поднимается вверх.

На молекулярном уровне молекулы расширяются при введении тепловой энергии. По мере того как температура данной массы жидкости увеличивается, объем жидкости должен увеличиваться во столько же раз. Это воздействие на жидкость вызывает смещение. Когда горячий воздух сразу поднимается вверх, он выталкивает более плотный и холодный воздух вниз. Эта серия событий показывает, как образуются конвекционные токи.Уравнение для скорости конвекции рассчитывается следующим образом:

Q = h c · A · (T s — T f )

где Q = тепло, передаваемое за единицу времени; h c = коэффициент конвективной теплопередачи; A = площадь теплообмена поверхности; T с = температура поверхности; и T f = температура жидкости.

Обогреватель — классический пример конвекции. По мере того как обогреватель нагревает воздух, окружающий его около пола, температура воздуха повышается, расширяется и поднимается в верхнюю часть комнаты.Это заставляет более холодный воздух опускаться вниз, так что он нагревается, создавая конвекционный ток.

Излучение

Тепловое излучение возникает из-за испускания электромагнитных волн. Эти волны уносят энергию от излучающего объекта. Излучение происходит через вакуум или любую прозрачную среду (твердую или жидкую). Тепловое излучение является прямым результатом случайных движений атомов и молекул в веществе. Движение заряженных протонов и электронов приводит к испусканию электромагнитного излучения.

Все материалы излучают тепловую энергию в зависимости от их температуры. Чем горячее объект, тем сильнее он будет излучать. Солнце — яркий пример теплового излучения, которое переносит тепло через солнечную систему. При нормальной комнатной температуре объекты излучают инфракрасные волны. Температура объекта влияет на длину и частоту излучаемых волн. При повышении температуры длины волн в спектрах испускаемого излучения уменьшаются и излучают более короткие длины волн с более высокочастотным излучением.Тепловое излучение рассчитывается по закону Стефана-Больцмана:

P = e · σ · A · (T r 4 — T c 4 )

, где P = полезная излучаемая мощность; A = излучающая область; Tr = температура радиатора; Tc = температура окружающей среды; e = коэффициент излучения; и σ = постоянная Стефана.

Коэффициент излучения для идеального излучателя имеет значение 1. Обычные материалы имеют более низкие значения коэффициента излучения. Анодированный алюминий имеет коэффициент излучения 0,9, а меди — 0.04.

Солнечный элемент или фотоэлектрический элемент преобразует энергию света в электричество с помощью фотоэлектрического эффекта. Свет поглощается и переводит электрический ток в более высокое энергетическое состояние, и электрический потенциал создается за счет разделения зарядов. Эффективность солнечных панелей выросла в последние годы. Фактически, те, которые в настоящее время производятся компанией SolarCity, соучредителем которой является Илон Маск, составляют 22%.

Коэффициент излучения определяется как способность объекта испускать энергию в виде теплового излучения.Это отношение при данной температуре теплового излучения от поверхности к излучению от идеальной черной поверхности, определяемое законом Стефана-Больцмана. Константа Стефана определяется константами природы. Значение константы следующее:

σ = (2 · π 5 · k 4 ) / (15 · c 2 · h 3 ) = 5,670373 × 10 –8 Вт · м –2 · K –4

где k = постоянная Больцмана; h = постоянные Планка; и c = скорость света в вакууме.

Урок Вращение лаборатории теплопередачи: проводимость, конвекция и излучение

В этой смене лаборатории учащиеся проходят серию экспериментов, включающих проводимость, конвекцию и излучение, в которых они находят доказательства каждого из них. Студенты уже познакомились с теплопередачей на предыдущем уроке («Как движется тепло?»). В этой ротации лабораторных работ я прошу студентов заполнить полностью разработанные абзацы в качестве ответов, чтобы они могли практиковаться в построении объяснений и использовать аргументы на основе доказательств.Если вы удержите учащихся на этом уровне ожидания их ответов, этот урок займет два учебных часа .

В этом уроке рассматриваются следующие стандарты NGSS и Common Core:

MS-PS3-3 Применяйте научные принципы для проектирования, конструирования и тестирования устройства, которое либо минимизирует, либо максимизирует передачу тепловой энергии.

MS-PS3-4 Запланируйте исследование, чтобы определить взаимосвязь между передаваемой энергией, типом вещества, массой и изменением средней кинетической энергии частиц, измеренной по температуре образца.

MS-PS3-5 Сконструируйте, используйте и представьте аргументы в поддержку утверждения о том, что при изменении кинетической энергии объекта энергия передается к объекту или от него.

CCSS.ELA-LITERACY.RST.6-8.3 Точно соблюдайте многоступенчатую процедуру при проведении экспериментов, измерений или выполнении технических задач.

CCSS.ELA-LITERACY.WHST.6-8.2 Пишите информативные / пояснительные тексты, включая повествование об исторических событиях, научных процедурах / экспериментах или технических процессах.

Во время этой ротации лаборатории студенты должны следовать процедурам проведения исследований ( SP3 ). По мере завершения они создают и интерпретируют графические изображения данных ( SP4, ), а затем используют качественные и количественные данные в качестве доказательства, чтобы доказать, какой тип передачи энергии они наблюдали ( SP7 ). При этом учащиеся понимают, что передачу энергии можно отслеживать по мере ее прохождения через спроектированную или естественную систему ( Cross Cutting Concept: Energy and Matter ).

11.2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача

Проводимость, конвекция и излучение

Теплообмен происходит всякий раз, когда возникает разница температур. Передача тепла может происходить быстро, например, через сковороду, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно. См. Рисунок 11.3.

Рисунок 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Проводимость — это передача тепла при прямом физическом контакте. Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности.Иногда мы пытаемся контролировать теплопроводность, чтобы чувствовать себя более комфортно. Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем такие ткани, как толстый шерстяной свитер, которые зимой замедляют отвод тепла от нашего тела.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни. Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один из них холоднее другого? Это объясняется разной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его на холоднее.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом металлы (например, медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рис. 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две частицы сталкиваются, энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией.Когда два тела находятся в контакте, происходит много столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT = Thot-TcoldΔT = Thot-Tcold. Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана.

Рис. 11.4. Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области.На этой иллюстрации частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию перед столкновением, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, частица в области более высоких температур (слева) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция — это передача тепла движением жидкости. Такой тип теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или во время грозы, когда горячий воздух поднимается к основанию облаков.

Советы для успеха

На обиходе термин жидкость обычно означает жидкость. Например, когда вы заболели и врач говорит вам «выпить жидкости», это означает только пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике жидкость означает жидкость или газ . Жидкости движутся иначе, чем твердые тела, и даже имеют свой собственный раздел физики, известный как гидродинамика , который изучает их движение.

При повышении температуры жидкости они расширяются и становятся менее плотными.Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри воздушного шара с другой температурой, чем снаружи в окружающей среде. Более горячие и, следовательно, быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться. Это уменьшение плотности по отношению к окружающей среде создает плавучесть (тенденцию к повышению). Конвекция обусловлена ​​плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотен, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру своего дома или самих себя, контролируя движение воздуха. Герметизация дверей герметичным уплотнением защищает от холодного ветра зимой. Дом на рис. 11.5 и горшок с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рисунок 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становится плотнее воздуха в помещении и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, в которой используется естественная конвекция, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого котла с водой.Попав внутрь жидкости, теплопередача к другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется, пока в кастрюле есть вода.

Излучение — это форма передачи тепла, которая происходит при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие длины волн имеют более высокую частоту и большую энергию).

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее дверцы и не заглядывая внутрь — она ​​может просто согреть вас, когда вы пройдете мимо. Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором среда не требуется, а это означает, что тепло не должно вступать в прямой контакт с какими-либо предметами или переноситься ими.Пространство между Землей и Солнцем в основном пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается за счет излучения, и Земля нагревается, поскольку она поглощает электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рис. 11.7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него.(Дэниел X. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. Рисунок 11.7). Скорость передачи тепла излучением в основном зависит от цвета объекта. Черный — наиболее эффективный поглотитель и радиатор, а белый — наименее эффективный. Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет горячее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем зеленый.Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем зеленый. Ясной летней ночью черный асфальт будет холоднее, чем зеленый участок травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает почти все излучение.

Виртуальная физика
Формы и изменения энергии

В этой анимации вы исследуете теплопередачу с различными материалами. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды.Для этого перетащите объект на пьедестал и затем удерживайте рычаг в положении «Нагреть» или «Охлаждать». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете наблюдать, как быстро он нагревается или остывает, в режиме реального времени.

Теперь попробуем передать тепло между объектами. Нагрейте кирпич и поместите его в прохладную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор опции быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла и сэкономить время.

Проверка захвата

Сравните, насколько быстро различные материалы нагреваются или охлаждаются. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какая из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить себе реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

  1. Вода занимает больше всего времени, а железу нужно меньше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью.Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  2. Вода занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  3. Кирпич занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
  4. Вода занимает меньше всего времени, а кирпичу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

.

Проект по физике 8 класс Виды теплопередачи в быту и технике

МБОУ СОШ № 184

 

 

 

 

 

 

 

ПРОЕКТ

 

ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ

 

 

 

 

                                                                     

                                                                      Авторы проекта:

                                                                       учащиеся 8 класса              

                                                       

 

                                                                            Руководитель проекта:     

                                                          учитель физики

                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск

2020

 

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.

2.      Рассмотреть виды теплопередачи и их применение в быту и технике.

3.      Проанализировать насколько воздействие теплопередачи опасно для человека.

4.      Определить способы снижения вреда от этого воздействия.

1)      явление теплопередачи не имеет применения в быту и технике;

2)     возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.

3)     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].

 

 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

Утюг                                           656

                                                    2359                          0,5 м

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

Уровень излучения

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

Электрическое      (норма 25В/м)

  Магнитное           (норма 250 нТл)

Входящий вызов                                          1857

                      7600                    0,7 м

Исходящий вызов                                        2756

                      9360                    0,8 м

Телефонный разговор                                 1750

                       6430                    0,7 м

СМС сообщение                                           326

                       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).

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.

1.5   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;

2)     возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.

3)     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</a>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 


Скачано с www.znanio.ru

Реферат з фізики 8 клас на тему: Конвекція в природі / Шкільний реферат | Поліанна М

25.05.2021 22:25
    
rating 5 | 2 usr.
 © Поліанна М

Нагрівання повітряних мас поблизу земної поверхні приводить в дію механізм конвекції. Нагріте повітря починає підніматися вгору. Нагадаємо, що з урахуванням конвекції повітря батареї опалення в кімнаті поміщають поблизу підлоги, а кватирку у верхній частині вікна. Холодне зимове повітря з вулиці, проникаючи в кімнату через кватирку, опускається до підлоги, тоді як тепле повітря від нагрітої батареї піднімається вгору, до стелі. В результаті відбувається перемішування повітря. Кімнату обігріває повітря від батареї та освіжає повітря з кватирки.

Чому відбувається конвекція? Чому нагріте повітря піднімається над менш нагрітим, а холодне повітря опускається, занурюючись під нагріте? Щоб відповісти на це питання, згадаємо закон Архімеда.

Отже, конвекція повітря в атмосфері (так само як і конвекція води в морях і океанах) є не що інше, як прояв закону Архімеда.

Закон Архімеда – один із законів статики рідин (гідростатики) і газів (аеростатики): на тіло, занурене в рідину або газ, діє виштовхувальна або підйомна сила, рівна вазі об`єму рідини або газу, витісненого частиною тіла, зануреної в рідину або газ.

Про вітер

Висхідні і низхідні рухи повітря, пов`язані з конвекцією, – не єдиний вид руху повітряних мас в атмосфері. Інтенсивність конвективних повітряних потоків змінюється при переході спостерігача від однієї ділянки земної поверхні до іншого, якщо ці ділянки і прилегле до них повітря виявляються нагрітими в різному ступені. Внаслідок цього виникає перепад атмосферного тиску в горизонтальній площині, що призводить до появи вітру.

Вітер – це рух повітря відносно земної поверхні, викликане нерівномірним розподілом атмосферного тиску і спрямоване від високого тиску до низького.

Головне в понятті вітру – це рух повітря від місця з більш високим тиском до місця з більш низьким тиском. В принципі ці два місця не обов`язково повинні знаходитися поблизу поверхні Землі або на одній і тій же висоті. Однак поблизу поверхні вітри зазвичай дмуть в горизонтальному або близькому до горизонтального напрямку. Деяке відхилення від горизонтального напрямку може бути пов`язано з рельєфом місцевості.

Доречно зауважити, що одна з найважливіших характеристик вітру – його напрямок – вказується в припущенні, що вітер дме в горизонтальному напрямі. Наприклад, кажуть, що даний вітер південно-східний. Це означає, що мова йде про горизонтальні повітряні потоки, що рухається з південного сходу. І пов’язане це, звичайно, з конвекцією, яка виникає внаслідок нерівномірного нагріванні різних поверхонь поблизу землі.

Аналогічно переміщуються будь-які гази та рідини. І це дозволяє швидко передавати тепло, тобто внутрішню енергію. Моря та океани внаслідок цього не перегріваються на поверхнях та поблизу берегів; ядра зір та планет не вибухають, а віддають тепло навколишньому середовищу; Сонце не перегріває атмосферу нашої планети. Без конвекції життя було б нестерпним!


Запрошуємо школярів підписатися на канал youtube «Готові Домашні Завдання (ГДЗ): Фізика»:

Перейти до ГДЗ на YouTube


___________

Шкільний реферат з фізики для учнів 8 класу на тему «Конвекція в природі». Бажаю отримати 12 балів за повідомлення, есе, доповідь, реферат та проєкт в цілому.

Поліанна М цікавиться

Теплопередача от Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Тепловая энергия>

Рона Куртуса

Теплопередача — это передача тепловой энергии от одного объекта или системы к другому с изменением температуры каждого объекта. Этот процесс изменяет тепловую энергию обеих задействованных систем до тех пор, пока не будет достигнуто теплового равновесия .

Тепловая энергия может передаваться внутри данного материала или от одного материала к другому посредством теплопроводности.Для газов или жидкостей тепло может передаваться внутри материала путем конвекции. Он также может передаваться косвенно посредством излучения.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Как передается энергия за счет теплопроводности?
  • Что такое конвекция?
  • Как тепло передается излучением?

Этот урок ответит на эти вопросы. Полезный инструмент: Конвертация единиц



Проводимость

Тепловая энергия может передаваться от одного вещества к другому, когда они находятся в прямом контакте.Движущиеся молекулы одного материала могут увеличивать энергию молекул другого. Тепло также может перемещаться по материалу, поскольку одна молекула передает энергию соседней. Этот тип теплопередачи называется теплопроводностью , .

( Дополнительное объяснение см. В кинетической теории материи. )

Проводимость в основном наблюдается с твердыми предметами, но может возникать при контакте с любыми материалами. Когда вы опускаете руку в емкость с теплой водой, она нагревается за счет теплопроводности воды.

Некоторые материалы лучше проводят тепло, чем другие. Например, металлы являются хорошими проводниками тепла, а дерево — нет. Металл, нагретый на одном конце, скоро станет горячим и на другом конце, чего нельзя сказать о дереве. Хорошие проводники электричества часто являются хорошими проводниками тепла.

Поскольку атомы расположены ближе друг к другу, твердые тела проводят тепло лучше, чем жидкости или газы. Это означает, что два соприкасающихся твердых материала будут передавать тепло от одного к другому лучше, чем твердое тело при контакте с газом или газ с жидкостью.

Конвекция

Когда газ или жидкость нагреваются, горячие участки материала текут и смешиваются с холодными участками. Этот вид отопления называется конвекционным . Принудительное воздушное отопление и кондиционирование воздуха являются примерами нагрева (или охлаждения) за счет конвекции.

Это эффективный способ переноса горячей (или холодной) жидкости в другое место. Конвекция передает тепло на расстояние быстрее, чем теплопроводность. Но в конечном итоге теплопроводность должна передавать тепло от газа другому объекту через молекулярный контакт.

Радиация

Третий метод передачи тепла — излучение . Теплый или горячий объект испускает инфракрасное электромагнитное излучение, которое может поглощаться другим объектом на некотором расстоянии, нагревая его. Однако передача тепла работает только в одном направлении. Вы не можете охладить объект излучением, в отличие от теплопроводности или конвекции.

Электрические обогреватели используют излучение для обогрева помещения. Если добавлен вентилятор, устройство использует как излучение, так и конвекцию для обогрева помещения.

Передача тепла излучением распространяется со скоростью света и распространяется на большие расстояния, даже в вакууме. Мы греемся от Солнца за счет радиационной передачи тепла.

( См. Инфракрасное излучение для получения дополнительной информации по этому вопросу. )

Сводка

Тепловая энергия может передаваться от одного конца материала к другому или от одного материала к другому посредством теплопроводности. Он также косвенно переносится конвекцией и излучением.

Атомы или молекулы передают кинетическую энергию своим соседям посредством столкновений. Когда предметы соприкасаются, тепло передается за счет теплопроводности. Жидкости и газы могут перемещать молекулы с высокой или низкой энергией в другую область посредством конвекции. Атомы могут излучать энергию, которая может дать энергию удаленному атому, что приводит к передаче тепла за счет излучения.


Передайте свои знания другим


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Теплопередача — Википедия

Физические ресурсы

Книги

(Примечание: Школа чемпионов может получать комиссионные от покупки книг)

Книги с самым высоким рейтингом по тепловой энергии

Лучшие книги по физике теплопередачи


Поделиться страницей

Нажмите кнопку, чтобы добавить эту страницу в закладки или поделиться ею через Twitter, Facebook, электронную почту или другие службы:


Студенты и исследователи

Веб-адрес этой страницы:
www.school-for-champions.com/science/
heat_transfer.htm

Пожалуйста, включите его в качестве ссылки на свой веб-сайт или в качестве ссылки в своем отчете, документе или тезисе.

Авторские права © Ограничения


Где ты сейчас?

Школа чемпионов

Физические темы

Теплопередача

Термодинамический анализ тепловой конвекции на основе производства энтропии

Сначала мы исследовали взаимосвязь между | J i | и | X i | (Инжир.{2} \) (мы использовали для расчета минимальное и максимальное значения температуры соответственно, поскольку температура колеблется). Это соотношение согласуется с аппроксимационной кривой на рис. 2b. Результаты, показывающие, что отдельные кривые описывают эти отношения, оправдываются тем фактом, что термодинамический поток определяется на основе линейной функции термодинамической силы. Таким образом, для производства энтропии, выраженного как функция X i , MEPP неприменим для определения термодинамических состояний и для прогнозирования точки перехода от ASF к HTW.

Рисунок 2

( a ) Зависимость между локальным термодинамическим потоком Дж i и локальной термодинамической силой X i . ( b ) Связь между производством энтропии σ i и локальной термодинамической силой X i для ASF и HTW. Сплошная линия соответствует квадратичной кривой, \ ({\ sigma} _ {i} = 1.{2} \).

Поэтому мы должны спросить, как MEPP успешно предсказал точки перехода неравновесных состояний в экспериментах, описанных в ссылках 11,16,17 . В этих экспериментах вместо локальной термодинамической силы в качестве термодинамической силы использовалась движущая сила, регулируемая энергией, поступающей из окружающей среды; например, использовались степень пересыщения, степень переохлаждения и градиент давления. Постоянная во времени движущая сила препятствует достижению теплового равновесия во внутреннем состоянии системы.По мере увеличения движущей силы состояние системы меняется. Таким образом, движущая сила служит мерой степени неравновесности. Для нашей системы мы затем проанализируем поведение системы, используя термодинамические переменные как функции движущей силы, которая определяется температурным градиентом между внутренней и внешней стенками, то есть F = (1/ T c — 1/ T h ) / ( R o R i ). Обратите внимание, что F имеет тот же размер, что и термодинамическая сила из-за теплопроводности.

На рисунке 3 показаны отношения между движущей силой и каждой составляющей местного термодинамического потока. Схема потока меняется с ASF на HTW с скачком | J y | при движущей силе F = 70–80 × 10 −6 м −1 K −1 , что соответствует Δ T ≈ 7–8 K. Количественный анализ показывает, что для ASF первая производная от | J y | остается постоянным при значении (3.07 ± 0.00 (4)) × 10 6 Джм −1 с −1 K −1 , тогда как для HTW значение составляет (74.0 ± 27.3) × 10 6 Джм −1 с -1 К -1 . В каждой схеме потока | J y | может быть выражен двумя прямыми линиями с существенно разными наклонами как функции F . Для J x , независимо от того, является ли схема потока ASF или HTW, этот член монотонно увеличивается по отношению к F .Значения могут быть выражены с помощью теоретического соотношения J x = λ T c T h ( R o R i ) F / R ln ( R o / R i ), где R (= 30 мм) — точка измерения. Наконец, J z немного изменяет свои производные, хотя не так хорошо определяется, как J y .Проведенный количественный анализ показал, что для J z наклон его производной области ASF уменьшается на 41,8% по сравнению с таковой для области HTW. Интересно, что J y и J z находятся в направлении, перпендикулярном F , и они показывают нетривиальное изменение с F . HTW происходит из-за нарушения симметрии теплопроводности. Термодинамические потоки, перпендикулярные к F , могут дать ключ к пониманию изменения характера потока.Согласно MEPP, скачок термодинамического потока является признаком перехода первого рода 33 . Следовательно, мы можем отличить одно неравновесное состояние от другого с точки зрения термодинамических потоков по отношению к движущей силе. Поскольку J y может быть выражено линейной функцией F , абсолютное значение производства энтропии, рассчитанное по формуле. {2}, $$

(2)

, где L i и θ i — феноменологические коэффициенты 6,11,33 .{2}) \).

Рисунок 3

Влияние движущей силы F на каждую составляющую местного термодинамического потока Дж i для ASF и HTW: ( a c ) Дж x , J y и J z соответственно. ( a ) Сплошная линия представляет J x = λ T c T h ( R o R i ) F / r ln ( R o / R i ).( b ) Сплошная и пунктирная линии представляют собой две линии регрессии, рассчитанные по соотношению σ y = J y X y (Подробнее см. В тексте. ). Врезка: увеличенное изображение.

Соотношение между σ y и F показано на рис. 4a. В области низких термодинамических сил кривая производства энтропии ASF лежит выше, чем у HTW, тогда как противоположное верно для области высоких термодинамических сил.Точка пересечения двух кривых находится на F c = 76,2 × 10 −6 м −1 K −1 , что соответствует Δ T c = 7,59 K, когда диапазон подгонки для производства энтропии горячей воды составляет 8–11 K (Δ T c = 8,15 K для диапазона 8–14 K). Мы можем интерпретировать поведение системы в соответствии с MEPP. То есть ASF появился ниже точки пересечения, потому что производство энтропии для ASF превысило производство энтропии для HTW.Выше точки пересечения производство энтропии для HTW стало больше. Система изменилась, чтобы максимизировать производство энтропии, вызванное J y по отношению к F . Таким образом, точка перехода — это точка пересечения двух кривых для ASF и HTW. Обратите внимание, что все абсолютные значения σ y , описанные здесь, являются теми же значениями, что и σ y , описанные на рис. 2 (b).Единственное различие между двумя производствами энтропии — это переменная, выражаемая функцией X или F . σ y относительно F можно описать как две разные кривые в каждой схеме течения, тогда как σ y относительно X попадает на одну кривую. Функция σ y ( F ) позволяет различать две схемы потока. θ i в уравнении. (2) является важным фактором, потому что в случае ненулевого значения происходит переход состояния. Физический смысл θ i был интерпретирован как поправочный член для преобразования в местную движущую силу 6 . Наши результаты, показанные на рис. 3 (а), исключают эту интерпретацию. Таким образом, θ i может описывать взаимовлияние двух необратимых процессов или степень нарушения симметрии, потому что для σ x , θ x = 0.Полная интерпретация физического смысла требует дальнейшего исследования.

Рисунок 4

( a ) Влияние движущей силы F на y -компонент производства энтропии σ y для ASF и HTW. Сплошные и пунктирные кривые представляют кривые регрессии для ASF и HTW с использованием уравнения. (2): y = 5,18 × 10 −8 x 2 и y = 3,00 × 10 −5 ( x — 73.0) 2 соответственно. Точка пересечения двух кривых для ASF и HTW соответствует точке перехода. Врезка: увеличенное изображение. (b ) Временной ход температуры T вблизи точек прогноза. Δ T — разница температур между внутренней и внешней стенками.

Чтобы проверить точку перехода, определенную MEPP, мы вычислили временной ход температуры в месте измерения, изменяя Δ T с интервалами 0.1 К (рис. 4б). При Δ T = 7,4 К температура оставалась постоянной в течение всего времени измерения. Однако при Δ T = 7,5 K температура начала расти примерно за 260 с. В конце концов, начались колебания температуры. Этот результат показывает, что поведение HTW проявилось при Δ T = 7,5 K, и эта точка перехода чрезвычайно близка к значению, вычисленному из MEPP. Хотя расчет с использованием MEPP проводился с интервалами в 1 К, точность предсказанного значения чрезвычайно высока (обратите внимание, что мы получаем полное согласие по точке перехода, если устанавливаем интервалы равными 0.5 К). MEPP ​​правильно предсказывает точку перехода только в том промежутке времени, в котором проводится анализ MEPP. Фактически, при Δ T = 7,4 К температура колебалась за время около 400 с, и возникла ГВ. Когда период анализа был изменен с 200–300 с на 300–400 с, мы обнаружили, что точка прогноза, рассчитанная с помощью MEPP, уменьшилась примерно на 0,1 К. Эти результаты показывают, что, хотя неравновесная система не достигает стационарного состояния, MEPP ​​может указать неравновесное состояние и предсказать точку перехода.

Это понимание мотивирует вопрос о том, как J y может однозначно определять неравновесные состояния. Решающим компонентом термодинамических переменных, который определяет неравновесные состояния, может быть компонент, который нарушает пространственную симметрию по отношению к движущей силе, приложенной ко всей системе. Дж y в точке измерения перпендикулярно движущей силе. В контексте, используя J z , мы должны иметь возможность предсказать точку перехода, потому что J z перпендикулярно движущей силе.Поэтому, используя тот же подход, что и для расчета σ y , мы проанализировали точки перехода, полученные из компонента σ z в различных точках измерения. Для простоты мы подбираем σ z , используя квадратичную функцию F , хотя J z может вести себя как зависимость высокого порядка от F . Результат показан на рис.5. σ z демонстрирует отличительные особенности, демонстрируемые σ y : во-первых, система изменяется, чтобы максимизировать производство энтропии; во-вторых, точка перехода между состояниями совпадает с пересечением кривых производства энтропии. Эти точки перехода совпадают с точками, полученными из компонента σ y (рис. 5б).

Рисунок 5

( a ) Производство энтропии для компонентов z , σ z , в зависимости от движущей силы F в различных точках измерения.Сплошные и пунктирные линии представляют собой аппроксимирующие кривые производства энтропии для ASF и HTW, соответственно, полученные с использованием уравнения. (2). Точка пересечения двух кривых для ASF и HTW соответствует точке перехода. ( b ) Сравнение прогноза точки перехода на основе анализа σ y и σ z в различных точках измерения.

Мы исследовали взаимосвязь между движущей силой F и общим производством энтропии (рис.{2} \), который представляет собой теоретическое значение компонента производства энтропии x , выраженное как функция от F . Мы безуспешно пытались предсказать точку перехода, используя общее производство энтропии как функцию от F , потому что полное производство энтропии монотонно увеличивается с F . Мы обнаружили, что информация, относящаяся к системе, была потеряна из-за компонента σ x , что составляет 94.6–99,9% от общего производства энтропии покрывает небольшое изменение производства энтропии из-за перехода. Это открытие указывает на то, что самый большой компонент производства энтропии, а также общего производства энтропии не может отличить одно неравновесное состояние от другого. Результаты показывают, что текущая формулировка MEPP требует пересмотра.

Рисунок 6

Взаимосвязь между общим производством энтропии и движущей силой F . Сплошная кривая представляет σ x = λT c T h [( R o R

09 i 9

09 i 9) F / R ln ( R o / R i )] 2 .

Из приведенных выше результатов мы пришли к выводу, что определенный компонент термодинамического потока, зависящий от движущей силы, отличает одно неравновесное состояние от другого. Следовательно, мы можем расширить MEPP, используя соотношение между термодинамическим потоком и движущей силой. Это соотношение определяет неравновесные состояния как термодинамические фазы, подобные фазам в равновесии. Таким образом, мы можем получить уравнение, относящееся к фазовым границам между неравновесными состояниями. Используя скорректированную термодинамическую силу I i = ( F i θ i ), вместо локальной термодинамической силы 6,11,33 и ее сопряженной переменной J i ( F i ), принцип производства максимальной энтропии можно переписать как

$$ {\ rm {\ delta}} [\ sigma ({F} _ { k}) — \ mu (\ sigma ({F} _ {k}) — \ sum _ {i} {I} _ {i} {J} _ {i})] = 0, $$

(3)

, где μ — множитель Лагранжа.Получаем следующее явное выражение для термодинамического потока:

$$ {J} _ {i} ({F} _ {i}) = \ frac {\ sigma} {{\ sum} _ {i} {I} _ {i} (\ partial \ sigma / \ partial {F} _ {i})} \ frac {\ partial \ sigma} {\ partial {F} _ {i}} = \ frac {1} {{r} _ {i}} \ frac {\ partial \ sigma} {\ partial {F} _ {i}}. $$

(4)

Коэффициент r i соответствует степени однородности функции 5 . Если к системе применяются две разные движущие силы, F 1 , F 2 , производство энтропии может быть выражено в форме σ = σ ( F 1 , Ф 2 ).Тогда дифференциальная форма производства энтропии может быть задана как

$$ d \ sigma = (\ frac {\ partial \ sigma} {\ partial {F} _ {1}}) d {F} _ {1} + (\ frac {\ partial \ sigma} {\ partial F}) d {F} _ {2}. $$

(5)

Это уравнение справедливо для различных неравновесных фаз. Когда две неравновесные фазы находятся в точке перехода, производства энтропии двух фаз равны. Следовательно, из уравнений (4) и (5) получаем

$$ \ frac {d {F} _ {1}} {d {F} _ {2}} = — \, \ frac {{r} _ {2} \ Delta {J} _ {2} ({F} _ {2})} {{r} _ {1} \ Delta {J} _ {1} ({F} _ {1})} , $$

(6)

где Δ Дж — разница термодинамических потоков при переходе из одной фазы в другую.Это выражение может соответствовать уравнению Клаузиуса – Клапейрона, описывающему наклон фазовых границ в состоянии равновесия.

В этой статье была исследована связь между термодинамическим потоком и различными неравновесными состояниями в системе, включающей два необратимых процесса. Неравновесное состояние переходит в другое состояние, чтобы максимизировать производство энтропии, индуцированное термодинамическим потоком в направлении, перпендикулярном движущей силе. Следовательно, правило выбора для предсказания точки перехода между различными состояниями необходимо для оценки нарушающей симметрию компонента термодинамического потока по отношению к движущей силе.Более того, наш анализ показал, что общее производство энтропии и наибольшее производство энтропии покрывают небольшое изменение производства энтропии из-за перехода. Таким образом, количества, задействованные в этом принципе, скорее всего, зависят от системы.

Интересно, может ли анализ на основе MEPP применяться к неравновесным системам, включающим несколько ветвей решений, например, бистабильность в схемах течения 3,34 . Небольшая разница в начальном возмущении приводит к совершенно разным картинам.В этой рукописи мы использовали постоянное значение движущей силы, приложенной ко всей системе, как своего рода переменную состояния, описывающую производство энтропии и термодинамический поток. Этот подход не может быть использован для неравновесных систем, показывающих несколько ветвей решений, потому что одно и то же значение движущей силы может соответствовать разным продуктам энтропии, демонстрируемым разными ветвями. Мы можем использовать движущую силу, отражающую начальные условия, в качестве переменных состояния для прогнозирования поведения системы; разница в начальном возмущении соответствует разнице в движущей силе.Следовательно, когда мы используем начальное значение движущей силы или ее среднее значение в качестве нелокальной термодинамической силы, разные значения нелокальной термодинамической силы могут определять разные ветви решений. Если все ветви решений показывают одно и то же производство энтропии, подход предсказывает появление сосуществующих состояний. Если существует небольшая разница в производстве энтропии между несколькими ветвями решений, будет выбрана ветвь, демонстрирующая максимальное производство энтропии. Следовательно, применение нашей модифицированной MEEP к неравновесным системам, включающим несколько ветвей решений, является важной проблемой, требующей решения.Наконец, мы предложили уравнение, относящееся к фазовым границам между неравновесными состояниями на основе MEPP, включающего производство энтропии как функцию движущей силы. Экспериментальная и численная проверка этого уравнения покажет диапазон применимости MEPP.

Численные методы расчета

Мы исследуем тепловую конвекцию в кольцевой ванне, заполненной расплавом кремния (высота: 3 мм), для которой существует фиксированная разница температур между внутренней ( R i = 15 мм) и внешние стены ( R o = 50 мм).{2} Т, $

(9)

, где u — вектор скорости жидкости, t — время, ρ — плотность расплава силикона, p — давление, ν — кинетическая вязкость расплав силикона, T — температура, а α — температуропроводность расплава кремния. Согласно анализу порядка, сила естественной конвекции относительно конвекции Марангони может быть определена параметром Ra 1/2 / млн лет назад 2/3 (<1, Ra : число Рэлея, млн лет назад ). : Марангономер).В этой системе это значение невелико; поэтому мы проигнорировали влияние гравитационного члена в уравнении Навье – Стокса. Граничные условия на свободной поверхности и на дне контейнера выражаются следующими уравнениями:

$$ \ begin {array} {cccc} {u} _ {z} = 0, & \ mu \ frac {\ partial { u} _ {x}} {\ partial z} = — \, {\ sigma} _ {T} \ frac {\ partial T} {\ partial x}, & \ mu \ frac {\ partial {u} _ { y}} {\ partial z} = — \, {\ sigma} _ {T} \ frac {\ partial T} {\ partial y}, & \ frac {\ partial T} {\ partial z} = 0; \ end {array} $$

$$ \ begin {array} {cc} {u} _ {x} = {u} _ {y} = {u} _ {z} = 0, & \ frac {\ partial T} {\ partial z} = 0.\ end {array} $$

Для граничного условия на свободной поверхности мы рассмотрели возникновение конвекции за счет теплового эффекта Марангони. Мы также предположили, что форма свободной поверхности не изменится. Для внутренней, внешней и нижней поверхности контейнера использовались твердые стенки, а для скорости мы использовали условие прилипания. Мы установили постоянную температуру внутренней стены и установили температуру внешней стены выше, чем температура внутренней стены. В частности, мы установили температуру внутренней стенки на T c = T m = 1683 K ( T m : температура плавления кремния), и мы варьировали температура наружной стенки в диапазоне T h (= Δ T + T c ) = от 1684 K до 1697 K.Мы использовали адиабатические условия для верхней и нижней поверхностей. Для начальных условий мы установили скорость жидкости внутри контейнера равной 0, а температура была однородной на значении 1683 K.

Мы установили количество точек сетки равным 81 в радиальном направлении, 180 в радиальном направлении. по окружности и 21 по вертикали. Эти числа для сетки основаны на условиях, используемых Ли и др. . 35 , и разрешение было достаточным для обработки гидротермальных волн для флюида с низким числом Прандтля.Мы дискретизировали уравнения методом конечных объемов и выполнили численные расчеты с использованием OpenFOAM, который использует алгоритм PISO. Детали метода расчета были описаны в предыдущем исследовании 36 . Код моделирования уже проверен, и мы убедились, что проблем нет. Физические значения, использованные в расчетах, были такими же, как и значения, использованные ранее, как представлено в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 Физические свойства. Таблица 2 Числовые параметры моделирования.

Открытые учебники | Сиявула

Математика

Наука

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 7A

        • Марка 7Б

        • 7 класс (A и B вместе)

      • Африкаанс

        • Граад 7А

        • Граад 7Б

        • Граад 7 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 8A

        • Сорт 8Б

        • Оценка 8 (вместе A и B)

      • Африкаанс

        • Граад 8А

        • Граад 8Б

        • Граад 8 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 9А

        • Марка 9Б

        • 9 класс (A и B вместе)

      • Африкаанс

        • Граад 9А

        • Граад 9Б

        • Граад 9 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Класс 4A

        • Класс 4Б

        • Класс 4 (вместе A и B)

      • Африкаанс

        • Граад 4А

        • Граад 4Б

        • Граад 4 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 5A

        • Марка 5Б

        • Оценка 5 (вместе A и B)

      • Африкаанс

        • Граад 5А

        • Граад 5Б

        • Граад 5 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

    • Читать онлайн
    • Учебники

      • Английский

        • Марка 6A

        • Марка 6Б

        • 6 класс (A и B вместе)

      • Африкаанс

        • Граад 6А

        • Граад 6Б

        • Граад 6 (A en B saam)

    • Пособия для учителя

Наша книга лицензионная

Эти книги не просто бесплатные, они также имеют открытую лицензию! Один и тот же контент, но разные версии (брендированные или нет) имеют разные лицензии, как объяснено:

CC-BY-ND (фирменные версии)

Вам разрешается и поощряется свободное копирование этих версий.Вы можете делать ксерокопии, распечатывать и распространять их сколько угодно раз. Вы можете скачать их на свой мобильный телефон, iPad, ПК или флешку. Вы можете записать их на компакт-диск, отправить по электронной почте или загрузить на свой веб-сайт. Единственным ограничением является то, что вы не можете адаптировать или изменять эти версии учебников, их содержание или обложки, поскольку они содержат соответствующие бренды Siyavula, спонсорские логотипы и одобрены Департаментом базового образования. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution-NoDerivs 3.0 Непортированный.

Узнайте больше о спонсорстве и партнерстве с другими, которые сделали возможным выпуск каждого из открытых учебников.

CC-BY (безымянные версии)

Эти небрендированные версии одного и того же контента доступны для вас, чтобы вы могли делиться ими, адаптировать, трансформировать, модифицировать или дополнять их любым способом, с единственным требованием — дать соответствующую оценку Siyavula. Для получения дополнительной информации посетите Creative Commons Attribution 3.0 Unported.

ОТЧЕТ ПО ФИЗИЧЕСКОМУ ПРОЕКТУ ПРОВОДИМОСТИ ТЕПЛА

Теплопроводность — это передача тепла (внутренней энергии) за счет микроскопических столкновений частиц и движения электронов внутри тела.Микроскопически сталкивающиеся объекты, в том числе молекулы, атомы и электроны, передают неорганизованную микроскопическую кинетическую и потенциальную энергию, вместе известную как внутренняя энергия. Проводимость имеет место во всех фазах материи, включая твердые тела, жидкости, газы и волны. Скорость, с которой энергия передается в виде тепла между двумя телами, зависит от разницы температур (температурного градиента) между двумя телами и свойств проводящей среды, через которую передается тепло.Первоначально теплопроводность называлась диффузией. Проводимость: передача тепла через прямой контакт.

Тепло самопроизвольно перетекает от более горячего тела к более холодному. Например, тепло передается от конфорки электрической плиты ко дну кастрюли, контактируя с ней. Напротив, при отсутствии внешнего движущего источника энергии внутри тела или между телами разница температур со временем уменьшается, и достигается тепловое равновесие, температура становится более однородной.

При теплопроводности тепловой поток проходит внутри самого тела и через него. Напротив, при передаче тепла тепловым излучением передача часто происходит между телами, которые могут быть пространственно разделены. Также возможна передача тепла за счет теплопроводности и теплового излучения. При конвекции внутренняя энергия переносится между телами движущимся материальным носителем. В твердых телах проводимость опосредуется комбинацией колебаний и столкновений молекул, распространения и столкновений [фононов], а также диффузии и столкновений свободных электронов.В газах и жидкостях проводимость возникает из-за столкновений и диффузии молекул во время их беспорядочного движения. Фотоны в этом контексте не сталкиваются друг с другом, и поэтому перенос тепла электромагнитным излучением концептуально отличается от теплопроводности за счет микроскопической диффузии и столкновений материальных частиц и фононов. Но различие часто нелегко заметить, если только материал не полупрозрачный.

В технических науках теплопередача включает процессы теплового излучения, конвекции, а иногда и массопереноса.Обычно в данной ситуации происходит более одного из этих процессов. Условное обозначение свойства материала [теплопроводность]

Обзор

В микроскопическом масштабе проводимость происходит внутри тела, которое считается неподвижным; это означает, что кинетическая и потенциальная энергии объемного движения тела учитываются отдельно. Внутренняя энергия распространяется по мере того, как быстро движущиеся или колеблющиеся атомы и молекулы взаимодействуют с соседними частицами, передавая часть их микроскопической кинетической и потенциальной энергии, причем эти величины определяются относительно основной массы тела, считающейся стационарной.Тепло передается за счет теплопроводности, когда соседние атомы или молекулы сталкиваются, или когда несколько электронов беспорядочно движутся вперед и назад от атома к атому, чтобы не образовывать макроскопический электрический ток, или когда фотоны сталкиваются и рассеиваются. Электропроводность является наиболее важным средством передачи тепла внутри твердого тела или между твердыми объектами, находящимися в тепловом контакте. Проводимость выше в твердых телах, потому что сеть относительно близких фиксированных пространственных отношений между атомами помогает передавать энергию между ними посредством вибрации.

Тепловая проводимость контакта — это исследование теплопроводности между контактирующими твердыми телами. Падение температуры часто наблюдается на границе между двумя контактирующими поверхностями. Считается, что это явление является результатом термического контактного сопротивления, существующего между контактирующими поверхностями. Межфазное термическое сопротивление — это мера сопротивления поверхности раздела тепловому потоку. Это термическое сопротивление отличается от контактного сопротивления, так как оно существует даже на атомарно идеальных границах раздела.Понимание термического сопротивления на границе раздела двух материалов имеет первостепенное значение при изучении их термических свойств. Интерфейсы часто вносят значительный вклад в наблюдаемые свойства материалов.

Межмолекулярный перенос энергии может происходить в первую очередь за счет упругого удара, как в жидкостях, или диффузии свободных электронов, как в металлах, или вибрации фононов, как в изоляторах. В изоляторах тепловой поток почти полностью переносится фононными колебаниями.

Металлы (e.ж., медь, платина, золото и т. д.) обычно являются хорошими проводниками тепловой энергии. Это связано с тем, как металлы связываются химически: металлические связи (в отличие от ковалентных ионных связей) имеют свободно движущиеся электроны, которые быстро передают тепловую энергию через металл. Электронная жидкость проводящего металлического твердого тела проводит большую часть теплового потока через твердое тело. Фононный поток все еще присутствует, но несет меньше энергии. Электроны также проводят электрический ток через проводящие твердые тела, а теплопроводность и электрическая проводимость большинства металлов примерно одинаковы.Хороший электрический проводник, например медь, также хорошо проводит тепло. Термоэлектричество вызывается взаимодействием теплового потока и электрического тока. Теплопроводность в твердом теле прямо аналогична диффузии частиц в жидкости в ситуации, когда токи жидкости отсутствуют.

Чтобы количественно оценить легкость, с которой конкретная среда проводит, инженеры используют коэффициент теплопроводности, также известный как константа проводимости или коэффициент проводимости, k .В теплопроводности k определяется как «количество тепла, Q , переданное во времени ( t ) через толщину ( L ) в направлении, перпендикулярном поверхности площади ( A ). ) из-за разницы температур (Δ T ) […] ». Теплопроводность — это свойство материала , которое в первую очередь зависит от фазы среды, температуры, плотности и молекулярных связей. Термическая эффузия — это величина, производная от проводимости, которая является мерой его способности обмениваться тепловой энергией с окружающей средой.

Установившаяся проводимость

Стационарная проводимость — это форма проводимости, которая возникает, когда разность температур, управляющая проводимостью, является постоянной, так что (после времени уравновешивания) пространственное распределение температур (температурное поле) в проводящем объекте не изменяется. дальше. Таким образом, все частные производные температуры по пространству могут быть либо нулевыми, либо иметь ненулевые значения, но все производные температуры в любой точке по времени равны нулю.В установившемся режиме теплопроводности количество тепла, поступающего в любую область объекта, равно количеству тепла, выходящего (если бы это было не так, температура повышалась бы или падала, поскольку тепловая энергия отбиралась или задерживалась в определенной области).

Например, стержень может быть холодным с одного конца и горячим с другого, но после достижения состояния стационарной проводимости пространственный градиент температур вдоль стержня больше не изменяется с течением времени. Вместо этого температура на любом заданном участке стержня остается постоянной, и эта температура изменяется линейно в пространстве вдоль направления теплопередачи.

В установившемся режиме проводимости все законы электропроводности постоянного тока могут быть применены к «тепловым токам». В таких случаях можно принять «тепловые сопротивления» за аналог электрических сопротивлений. В таких случаях температура играет роль напряжения, а тепло, передаваемое за единицу времени (тепловая мощность), является аналогом электрического тока. Установившиеся системы могут быть смоделированы последовательными и параллельными цепями таких тепловых сопротивлений, в точной аналогии с электрическими цепями резисторов.См. Чисто резистивные тепловые схемы для примера такой сети.

Переходная проводимость

В течение любого периода, когда температура изменяется на во времени и на в любом месте внутри объекта, режим потока тепловой энергии называется переходной проводимостью. Другой термин — «нестационарная» проводимость, относящаяся к временной зависимости температурных полей в объекте. Нестационарные ситуации возникают после наложенного изменения температуры на границе объекта.Они также могут возникать при изменении температуры внутри объекта в результате внезапного появления нового источника или стока тепла внутри объекта, что приводит к изменению температуры около источника или стока во времени.

Когда происходит новое возмущение температуры этого типа, температуры внутри системы со временем изменяются в сторону нового равновесия с новыми условиями, при условии, что они не изменяются. После достижения равновесия тепловой поток в систему снова равен тепловому потоку наружу, и температура в каждой точке внутри системы больше не изменяется.Как только это происходит, переходная проводимость прекращается, хотя установившаяся проводимость может продолжаться, если тепловой поток продолжается.

Если изменения внешней температуры или изменения внутреннего тепловыделения являются слишком быстрыми для установления равновесия температур в пространстве, тогда система никогда не достигает состояния неизменного распределения температуры во времени, и система остается в переходном состоянии.

Примером «включения» нового источника тепла внутри объекта, вызывающего переходную проводимость, является запуск двигателя в автомобиле.В этом случае переходная фаза теплопроводности для всей машины завершается, и фаза установившегося состояния появляется, как только двигатель достигает установившейся рабочей температуры. В этом состоянии установившегося равновесия температуры сильно различаются от цилиндров двигателя к другим частям автомобиля, но ни в одной точке пространства внутри автомобиля температура не повышается или не понижается. После установления этого состояния переходная фаза теплопередачи завершается.

Новые внешние условия также вызывают этот процесс: например, медный стержень в примере установившейся проводимости испытывает переходную проводимость, как только один конец подвергается воздействию температуры, отличной от другой.Со временем поле температур внутри стержня достигает нового устойчивого состояния, в котором наконец устанавливается постоянный градиент температуры вдоль стержня, и этот градиент затем остается постоянным в пространстве. Как правило, такой новый градиент установившегося состояния приближается экспоненциально со временем после того, как был введен новый источник или сток температуры или тепла. Когда фаза «переходной теплопроводности» закончена, тепловой поток все еще может продолжаться с высокой мощностью до тех пор, пока температуры не изменяются.

Пример переходной проводимости, которая не заканчивается установившейся проводимостью, а скорее отсутствует, возникает, когда горячий медный шар падает в масло при низкой температуре.Здесь температурное поле внутри объекта начинает изменяться в зависимости от времени по мере отвода тепла от металла, и интерес заключается в анализе этого пространственного изменения температуры внутри объекта с течением времени до тех пор, пока все градиенты не исчезнут полностью (т.е. мяч достиг той же температуры, что и масло). Математически это условие также приближается экспоненциально; теоретически это занимает бесконечно много времени, но на практике оно заканчивается в более короткие сроки.В конце этого процесса без теплоотвода, но только с внутренними частями шара (которые имеют конечный размер), нет устойчивой теплопроводности, которую необходимо достичь. Такого состояния никогда не бывает в этой ситуации, скорее, конец процесса наступает тогда, когда теплопроводность отсутствует.

Анализ нестационарных систем проводимости более сложен, чем анализ стационарных систем. Если проводящее тело имеет простую форму, то могут быть возможны точные аналитические математические выражения и решения (см. Уравнение теплопроводности для аналитического подхода).Однако чаще всего из-за сложных форм с различной теплопроводностью внутри формы (т. Е. Наиболее сложных объектов, механизмов или машин в машиностроении) часто требуется применение приближенных теорий и / или численный анализ на компьютере. Один из популярных графических методов предполагает использование диаграмм Хейслера.

Иногда проблемы переходной проводимости могут быть значительно упрощены, если можно идентифицировать области нагреваемого или охлаждаемого объекта, теплопроводность которых намного больше, чем теплопроводность тепловых путей, ведущих в эту область.В этом случае область с высокой проводимостью часто может рассматриваться в модели сосредоточенной емкости как «кусок» материала с простой тепловой емкостью, состоящей из его совокупной теплоемкости. Такие области теплые или холодные, но не показывают значительных изменений температуры по всей их протяженности во время процесса (по сравнению с остальной частью системы). Это связано с их гораздо более высокой проводимостью. Следовательно, во время переходной проводимости температура в их проводящих областях изменяется равномерно в пространстве и как простая экспонента во времени.Примером таких систем являются системы, которые следуют закону охлаждения Ньютона во время переходного охлаждения (или наоборот во время нагрева). Эквивалентная тепловая цепь состоит из простого конденсатора, включенного последовательно с резистором. В таких случаях остальная часть системы с высоким тепловым сопротивлением (сравнительно низкой проводимостью) играет роль резистора в цепи.

Релятивистская проводимость

Теория релятивистской теплопроводности — это модель, совместимая со специальной теорией относительности.На протяжении большей части прошлого века было признано, что уравнение Фурье противоречит теории относительности, поскольку оно допускает бесконечную скорость распространения тепловых сигналов. Например, согласно уравнению Фурье, тепловой импульс в начале координат будет мгновенно ощущаться на бесконечности. Скорость распространения информации превышает скорость света в вакууме, что физически недопустимо в рамках теории относительности.

Квантовая проводимость

Второй звук — это квантово-механическое явление, при котором передача тепла происходит за счет волнового движения, а не за счет более обычного механизма диффузии.В обычных звуковых волнах тепло заменяет давление. Это приводит к очень высокой теплопроводности. Он известен как «второй звук», потому что волновое движение тепла похоже на распространение звука в воздухе.

Закон Фурье

Закон теплопроводности, также известный как закон Фурье, гласит, что скорость теплопередачи через материал во времени пропорциональна отрицательному градиенту температуры и площади, перпендикулярной этому градиенту, через которую тепловые потоки.Мы можем сформулировать этот закон в двух эквивалентных формах: в интегральной форме, в которой мы смотрим на количество энергии, поступающей внутрь или из тела в целом, и в дифференциальной форме, в которой мы рассматриваем скорость или потоки энергия локально.

Закон охлаждения Ньютона является дискретным аналогом закона Фурье, а закон Ома — электрическим аналогом закона Фурье.

Дифференциальная форма

Дифференциальная форма закона теплопроводности Фурье показывает, что локальная плотность теплового потока, {\ displaystyle {\ overrightarrow {q}}}, равна произведению теплопроводности, {\ displaystyle k}, и отрицательной локальной температуры. градиент, {\ displaystyle — \ nabla T}.Плотность теплового потока — это количество энергии, которое проходит через единицу площади в единицу времени.

{\ displaystyle {\ overrightarrow {q}} = — k {\ nabla} T}

где (включая единицы СИ)

{\ displaystyle {\ overrightarrow {q}}} — локальная плотность теплового потока, Вт · м −2
{\ displaystyle {\ big.} K {\ big.}} — проводимость материала, Вт · м -1 · K -1 ,
{\ displaystyle {\ big.} \ Nabla T {\ big.}} — температурный градиент, К · м −1 .

Теплопроводность {\ displaystyle k} часто считается постоянной, хотя это не всегда так. Хотя теплопроводность материала обычно зависит от температуры, для некоторых распространенных материалов это изменение может быть небольшим в значительном диапазоне температур. В анизотропных материалах теплопроводность обычно зависит от ориентации; в этом случае {\ displaystyle k} представлен тензором второго порядка. В неоднородных материалах {\ displaystyle k} зависит от пространственного положения.

Для многих простых приложений закон Фурье используется в одномерном виде. В направлении x ,

{\ displaystyle q_ {x} = — k {\ frac {dT} {dx}}}

Составная форма

Интегрируя дифференциальную форму по всей поверхности материала {\ displaystyle S}, мы приходим к интегральной форме закона Фурье:

{\ displaystyle {\ frac {\ partial Q} {\ partial t}} = — k} {\ displaystyle \ scriptstyle S} {\ displaystyle {\ nabla} T \ cdot \, dS}

где (включая единицы СИ):

  • {\ displaystyle {\ big.} {\ frac {\ partial Q} {\ partial t}} {\ big.}} — количество тепла, переданного за единицу времени (в Вт), а
  • {\ displaystyle dS} — элемент с ориентированной площадью поверхности (в м 2 )

Приведенное выше дифференциальное уравнение при интегрировании для однородного материала с одномерной геометрией между двумя конечными точками при постоянной температуре дает скорость теплового потока как:

{\ displaystyle {\ big.} {\ Frac {Q} {\ Delta t}} = — kA {\ frac {\ Delta T} {\ Delta x}}}

где

{\ displaystyle A} — площадь поперечного сечения,
{\ displaystyle \ Delta T} — разница температур между концами,
{\ displaystyle \ Delta x} — расстояние между концами.

Этот закон лежит в основе вывода уравнения теплопроводности.

Проводимость

Письмо

{\ displaystyle {\ big.} U = {\ frac {k} {\ Delta x}}, \ quad}

, где U — проводимость, Вт / (м 2 K).

Закон Фурье можно также записать как:

{\ displaystyle {\ big.} {\ Frac {\ Delta Q} {\ Delta t}} = UA \, (- \ Delta T).}

Сопротивление, обратное величине проводимости, определяется по формуле:

.
{\ displaystyle {\ big.} R = {\ frac {1} {U}} = {\ frac {\ Delta x} {k}} = {\ frac {A \, (- \ Delta T)} {\ frac {\ Delta Q} { \ Delta t}}}.}

Сопротивление аддитивно, когда несколько проводящих слоев лежат между горячей и холодной областями, потому что A и Q одинаковы для всех слоев. В многослойной перегородке общая проводимость связана с проводимостью ее слоев следующим образом:

{\ displaystyle {\ big.} {\ Frac {1} {U}} = {\ frac {1} {U_ {1}}} + {\ frac {1} {U_ {2}}} + { \ frac {1} {U_ {3}}} + \ cdots}

Итак, при работе с многослойным разделом обычно используется следующая формула:

{\ displaystyle {\ big.} {\ frac {\ Delta Q} {\ Delta t}} = {\ frac {A \, (- \ Delta T)} {{\ frac {\ Delta x_ {1}} {k_ {1}}} + {\ frac {\ Delta x_ {2}} {k_ {2}}} + {\ frac {\ Delta x_ {3}} {k_ {3}}} + \ cdots}}.}

Для передачи тепла от одной жидкости к другой через барьер иногда важно учитывать проводимость тонкой пленки жидкости, которая остается неподвижной рядом с барьером. Эту тонкую пленку жидкости трудно определить количественно, потому что ее характеристики зависят от сложных условий турбулентности и вязкости, но при работе с тонкими барьерами с высокой проводимостью она иногда может быть весьма значительной.

Интенсивно-имущественное представительство

Предыдущие уравнения проводимости, записанные в терминах экстенсивных свойств, могут быть переформулированы в терминах интенсивных свойств. В идеале формулы для проводимости должны давать величину с размерами, не зависящими от расстояния, например закон Ома для электрического сопротивления, {\ displaystyle R = V / I \, \!}, И проводимости, {\ displaystyle G = I / V \, \!}.

Из электрической формулы: {\ displaystyle R = \ rho x / A \, \!}, Где ρ — удельное сопротивление, x — длина, а A — площадь поперечного сечения, мы имеем {\ displaystyle G = kA / x \, \!}, Где G — проводимость, k — проводимость, x — длина, а A — площадь поперечного сечения.

для тепла,

{\ displaystyle {\ big.} U = {\ frac {kA} {\ Delta x}}, \ quad}

, где U — проводимость.

Закон Фурье можно также записать как:

{\ displaystyle {\ big.} {\ Dot {Q}} = U \, \ Delta T, \ quad}

аналогично закону Ома, {\ displaystyle I = V / R \, \!} Или {\ displaystyle I = VG \, \ !.}

Обратной величиной проводимости является сопротивление, R , определяемое по формуле:

{\ displaystyle {\ big.} R = {\ frac {\ Delta T} {\ dot {Q}}}, \ quad}

аналогично закону Ома, {\ displaystyle R = V / I \, \ !.}

Правила объединения сопротивлений и проводимости (последовательно и параллельно) одинаковы как для теплового потока, так и для электрического тока.

Цилиндрические гильзы

Проводимость через цилиндрические оболочки (например, трубы) можно рассчитать по внутреннему радиусу, {\ displaystyle r_ {1}}, внешнему радиусу, {\ displaystyle r_ {2}}, длине, {\ displaystyle \ ell} и разница температур между внутренней и внешней стеной, {\ displaystyle T_ {2} -T_ {1}}.{T_ {2}} \ mathrm {d} T}

, то коэффициент теплопередачи будет:

{\ displaystyle {\ dot {Q}} = 2k \ pi \ ell {\ frac {T_ {1} -T_ {2}} {\ ln (r_ {2} / r_ {1})}}}

термическое сопротивление:

{\ displaystyle R_ {c} = {\ frac {\ Delta T} {\ dot {Q}}} = {\ frac {\ ln (r_ {2} / r_ {1})} {2 \ pi k \ ell}}}

и {\ displaystyle {\ dot {Q}} = 2 \ pi k \ ell r_ {m} {\ frac {T_ {1} -T_ {2}} {r_ {2} -r_ {1}}} }, где {\ displaystyle r_ {m} = {\ frac {r_ {2} -r_ {1}} {\ ln (r_ {2} / r_ {1})}}}.{2}.}

Решение аналогично цилиндрической оболочке (см. Выше) дает: {\ displaystyle {\ dot {Q}} = 4k \ pi {\ frac {T_ {1} -T_ {2}} {1 / {r_ {1}} — 1 / {r_ {2}}}} = 4k \ pi {\ frac {(T_ {1} -T_ {2}) r_ {1} r_ {2}} {r_ {2} -r_ {1}}}}

Переходная теплопроводность

Интерфейс теплопередачи

[ требуется ссылка ]

Теплопередача на границе раздела считается переходным тепловым потоком. Для анализа этой проблемы важно число Био, чтобы понять, как ведет себя система.{2} sK}}}. Если система имеет число Био менее 0,1, материал ведет себя в соответствии с ньютоновским охлаждением, то есть с незначительным градиентом температуры внутри тела. Если число Био больше 0,1, система ведет себя как последовательное решение. Температурный профиль во времени может быть получен из уравнения

{\ displaystyle q = -h \, \ Delta T,}

, что становится

{\ displaystyle {\ frac {T-T_ {f}} {T_ {i} -T_ {f}}} = \ operatorname {exp} \ left [{\ frac {-hAt} {\ rho C_ {p } V}} \ right].{2}}}.}

Число Био увеличивается с уменьшением числа Фурье. Есть пять шагов, чтобы определить температурный профиль с точки зрения времени.

  1. Рассчитайте число Био
  2. Определите, какая относительная глубина имеет значение: x или L .
  3. Преобразуйте время в число Фурье.
  4. Преобразуйте {\ displaystyle T_ {i}} в относительную температуру с граничными условиями.
  5. Сравнил требуемую точку с указанным числом Био на номограмме.

Применение теплопроводности

Сплат-охлаждение

Сплатное охлаждение — это метод охлаждения мелких капель расплавленных материалов путем быстрого контакта с холодной поверхностью. Частицы подвергаются характерному процессу охлаждения с тепловым профилем в {\ displaystyle t = 0} для начальной температуры как максимальной при {\ displaystyle x = 0} и {\ displaystyle T = 0} при {\ displaystyle x = — \ infty} и {\ displaystyle x = \ infty}, а также тепловой профиль в {\ displaystyle t = \ infty} для {\ displaystyle — \ infty \ leq x \ leq \ infty} в качестве граничных условий.{2}} {4 \ alpha t}} \ right)}

Охлаждение Splat — это фундаментальная концепция, адаптированная для практического использования в форме термического напыления. Коэффициент температуропроводности, представленный как {\ displaystyle \ alpha}, можно записать как {\ displaystyle \ alpha = {\ frac {k} {\ rho C_ {p}}}}. Это зависит от материала.

Закалка металла

Закалка металла — это переходный процесс теплопередачи в терминах преобразования времени и температуры (TTT). Можно управлять процессом охлаждения, чтобы отрегулировать фазу подходящего материала.Например, соответствующая закалка стали может преобразовать желаемую долю аустенита в мартенсит, создавая очень прочный продукт. Для этого необходимо произвести закалку на «носу» (или эвтектике) диаграммы TTT. Поскольку материалы различаются по числам Био, время, необходимое для закалки материала, или число Фурье, на практике варьируется. В стали диапазон температур закалки обычно составляет от 600 ° C до 200 ° C. Чтобы контролировать время закалки и выбрать подходящую закалочную среду, необходимо определить число Фурье, исходя из желаемого времени закалки, относительного перепада температуры и соответствующего числа Био.Обычно правильные цифры считываются по стандартной номограмме. [ требуется ссылка ] Посчитав коэффициент теплопередачи по этому числу Био, можно найти жидкую среду, подходящую для применения

Нулевой закон термодинамики

Одно из положений так называемого нулевого закона термодинамики напрямую сосредоточено на идее теплопроводности. Байлин (1994) пишет, что «… можно указать нулевой закон:

Все диатермальные стены эквивалентны.”

Диатермальная стена — это физическое соединение между двумя телами, которое позволяет теплу проходить между ними. Бейлин имеет в виду диатермальные стены, которые соединяют исключительно два тела, особенно проводящие стены.

Это утверждение «нулевого закона» принадлежит идеализированному теоретическому дискурсу, и реальные физические стены могут иметь особенности, не соответствующие его общности.

Например, материал стены не должен подвергаться фазовому переходу, такому как испарение или плавление, при температуре, при которой он должен проводить тепло.Но когда учитывается только тепловое равновесие, а время не является актуальным, так что проводимость материала не имеет большого значения, один подходящий проводник тепла ничем не хуже другого. И наоборот, другой аспект нулевого закона состоит в том, что при наличии соответствующих ограничений данная диатермальная стенка безразлична к природе термостата, к которому она подключена. Например, стеклянная колба термометра действует как диатермическая стенка, независимо от того, подвергается ли она воздействию газа или жидкости, при условии, что они не разъедают и не плавят ее.

Это безразличие — одна из определяющих характеристик теплопередачи. В некотором смысле это симметрии теплопередачи.

Приборы для измерения теплопроводности

Анализатор теплопроводности

Свойство теплопроводности любого газа при стандартных условиях давления и температуры является фиксированной величиной. Это свойство известного эталонного газа или известных эталонных газовых смесей может поэтому использоваться для определенных сенсорных приложений, таких как анализатор теплопроводности.

Принцип работы этого прибора основан на мосте Уитстона, содержащем четыре нити с одинаковым сопротивлением. Всякий раз, когда определенный газ проходит через такую ​​сеть нитей, их сопротивление изменяется из-за измененной теплопроводности нитей и, тем самым, изменения выходного напряжения на выходе моста Уитстона. Это выходное напряжение будет коррелировано с базой данных для идентификации пробы газа.

Датчик газа

Принцип теплопроводности газов может также использоваться для измерения концентрации газа в бинарной смеси газов.

Рабочий: Если один и тот же газ присутствует вокруг всех нитей моста Уитстона, то во всех нитях поддерживается одинаковая температура и, следовательно, одинаковое сопротивление; в результате получается сбалансированный мост Уитстона. Однако, если образец разнородного газа (или газовая смесь) проходит через один набор из двух нитей, а эталонный газ — через другой набор из двух нитей, мост Уитстона становится несбалансированным. И результирующее выходное напряжение цепи будет коррелировано с базой данных для определения компонентов пробы газа.

Используя этот метод, можно идентифицировать многие неизвестные образцы газа, сравнивая их теплопроводность с другими эталонными газами с известной теплопроводностью. Наиболее часто используемым эталонным газом является азот; поскольку теплопроводность большинства обычных газов (кроме водорода и гелия) аналогична теплопроводности азота.

Amazon.com: Репетитор по физике 2: Теплопередача путем конвекции, излучения и теплопроводности: Джейсон Гибсон, Джейсон Гибсон: фильмы и телевидение

Развивайте у студентов физические навыки с помощью этой отмеченной наградами серии.Физика часто является одним из самых сложных предметов для учеников, потому что это комбинация двух самых сложных предметов для большинства учеников — математики и словесных задач. Репетитор по физике 2 специализируется на термодинамике, колебаниях и волнах. Самый простой способ выучить физику — это решать учащимися задачи по мере изучения материала, и именно этому и учит данная серия. Студенты немедленно улучшат свои навыки решения проблем и получат справочник по многим из часто задаваемых задач по физике.Physics 2 Tutor — это полная серия из 27 уроков, подробно охватывающих все основные темы. Что отличает эту серию от других обучающих инструментов, так это то, что концепции полностью изучаются с помощью пошаговых примеров задач возрастающей сложности. Он работает, представляя каждую новую концепцию простым для понимания способом и используя примеры задач, которые решаются поэтапно и построчно до завершения. Если у студента есть проблема с курсовой или домашней работой, просто найдите аналогичную проблему, над которой полностью проработали в серии, и просмотрите шаги, необходимые для ее решения.Студенты смогут легко решать задачи, улучшать свои навыки решения проблем и понимать основные концепции физики. Эта программа охватывает важную тему теплопередачи за счет теплопроводности, конвекции и излучения в физике. Мы начнем с обсуждения того, как энергия передается от объекта с помощью этих трех основных механизмов и как их можно наблюдать в повседневной жизни. Весь урок состоит из рабочих примеров задач, начиная с более легких и постепенно переходя к более сложным.Упор делается на то, чтобы учащиеся уверенно владели своими навыками путем постепенного повторения, чтобы навыки, полученные в этом разделе, закрепились в долговременной памяти.

Влияние конвекционной теплопередачи на накопитель тепловой энергии

Скрытое накопление тепла представляет собой многообещающий метод для достижения нулевого потребления энергии в зданиях. В этой работе исследуется поведение материала с фазовым переходом (PCM) внутри прямоугольного корпуса, который представляет собой геометрию системы аккумулирования скрытой теплоты.Левая сторона агрегата подвергается воздействию постоянной температуры ( T h ), в то время как три другие стенки подвергаются граничному условию конвективной теплопередачи [ h = 5, 10 и 15 Вт / (м ). 2 K)] и различных температур окружающей среды ( T = 297 и 307 K). Температура окружающей среды была выбрана равной или превышающей температуру плавления исследуемого ПКМ (кокосового масла). Для исследования процесса плавления ПКМ были использованы уравнения сплошности, Навье-Стокса и энергии.Уравнения Навье-Стокса были модифицированы с использованием соотношения Кармана-Козени. Для получения численных результатов использовался метод конечных элементов. Результаты представлены в виде полей потока и тепловых полей, числа Нуссельта ( Nu ) и фракции расплава ( MF ) ПКМ. Результаты показывают, что при T = T m скорость плавления ПКМ замедляется с увеличением коэффициента конвективной теплопередачи. При этом скорость плавления увеличивается с увеличением коэффициента конвективной теплопередачи, когда T > T м .

Номенклатура

A (T) Параметр определяется в формуле. (6)

B (T) Параметр определяется в формуле. (7)

C Произвольная константа в уравнении. (6)

c p Удельная теплоемкость при постоянном давлении (Дж / (кг · К))

D Положение границы раздела плавления от левой стенки (м)

D (T ) Функция Гаусса

g Ускорение свободного падения (м / с 2 )

h Конвекционная теплопередача (Вт / (м 2 K) h)

917 f17 Скрытая теплота плавления (Дж / кг)

k Теплопроводность (Вт / (м K))

L Высота корпуса (м)

MF 9000 Фракция расплава

Nu Среднее число Нуссельта

p Давление (Па)

q Произвольная константа в уравнении.(6)

T Температура (K)

ΔT Диапазон температуры плавления ПКМ (K)

t Время (с)

u Составляющая скорости жидкости PCM в направлении x (м / с)

v Составляющая скорости жидкого PCM в направлении y (м / с)

x Горизонтальная координата (м)

y Вертикальная координата (м)

Греческие символы

β Коэффициент объемного теплового расширения (1 / K)

μ Динамическая вязкость (Па · с)

ρ Плотность ( / м 3 )

Окружающая среда

Нижние индексы

ч Горячие

л Жидкие

м 918 917 Таяние 918 917 97 с Solid

1 Введение

Обычные энергоресурсы в настоящее время сокращаются из-за растущей потребности в энергии.Например, значительное количество энергии требуется только для отопления. По данным Министерства природных ресурсов Канады, 63% энергии используется для обогрева помещений и 19% для нагрева воды [1]. Кроме того, именно эти же источники выбросов CO 2 многие считают основной причиной глобального потепления. В результате ученые усердно работают над способами уменьшения зависимости от этих ресурсов путем поиска более чистых и возобновляемых источников энергии.

Для большинства альтернативных источников энергии потребуется накопитель тепловой энергии в той или иной форме.Скрытое аккумулирование тепла представляет собой многообещающий метод достижения нулевого энергопотребления в зданиях [2].

Джоулен и др. . [3] численно исследовали тепловое поведение ПКМ, установленного внутри солнечных пассивных стен. Исследование включало одномерный и двухмерный анализ для различных соотношений сторон. Вертикальные стены обогревались дифференцированно, а горизонтальные стены изолированы. Авторы сообщают, что проводимость преобладает на ранней стадии процесса плавления, тогда как конвекция играет все более важную роль на протяжении всего процесса плавления.

Мбай и Билген [4] выполнили численное исследование для изучения влияния теплового потока и соотношения сторон корпуса на процесс плавления ПКМ. Вертикальные стенки корпуса подвергались постоянному тепловому потоку и постоянной температуре. Авторы обнаружили, что соотношение теплового потока, входящего и выходящего из камеры, не зависит от соотношения сторон в начале процесса плавления; по мере продолжения плавления коэффициент теплового потока увеличивается с увеличением аспектного отношения.Кроме того, они обнаружили, что процесс плавления ускоряется с уменьшением аспектного отношения.

Плавление ПКМ внутри высокого корпуса, который подвергается постоянному тепловому потоку с одной вертикальной стороны, было численно и экспериментально исследовано Пала и Джоши [5]. Авторы обнаружили, что в начале процесса плавления преобладает проводимость; после этого конвекция играет значительную роль в процессе плавления. На заключительной стадии процесса плавления ощутимый нагрев играет роль в аккумулировании тепла и увеличивает температуру PCM.

Alawadhi [6] численно исследовал влияние PCM на снижение притока тепла. Цилиндры с ПКМ закреплялись внутри крыши. Изучены тип, количество и расположение ПКМ внутри кирпича. Было применено граничное условие конвекции над и под крышей. Авторы обнаружили, что использование и размещение ПКМ в центре кирпича резко снижает приток тепла.

Основная цель статьи — изучить влияние условий конвективного теплообмена на плавление ПКМ.PCM заполняет квадратный корпус. Левая стенка корпуса изотермически нагревается, в то время как верхняя, правая и нижняя стенки подвергаются граничному условию конвекции.

2 Физико-математические модели

Систему накопления энергии можно представить в виде двухмерного шкафа. Принципиальная схема системы корпуса показана на рисунке 1. Изначально массивный модуль PCM занимает корпус. Предполагается, что начальная температура ПКМ равна его температуре плавления.В левой вертикальной стенке корпуса поддерживается постоянная температура ( T h ), которая выше температуры плавления ( T м ) PCM. Остальные три стенки применяются к граничному условию конвекции. Применяются следующие допущения: жидкая фаза ПКМ является ньютоновской и несжимаемой жидкостью, все теплофизические свойства ПКМ предполагаются постоянными, модель Буссинеска используется в члене силы плавучести. Кроме того, в уравнениях энергии не учитываются внутреннее тепловыделение и эффект вязкой диссипации и предполагается ламинарное движение жидкости.

Рисунок 1

Схематическое изображение (а) системы аккумулирования тепла, (б) физической модели накопителя тепла

Уравнения сохранения массы (непрерывности), количества движения и энергии (в жидкой и твердой областях) используются для моделирования полного потока и тепловых полей, как показано ниже [3, 7].

(1) ∂ρl∂t + ∂ρlu∂x + ∂ρlv∂y = 0

(2) ∂u∂t + u∂u∂x + v∂u∂y = 1ρl − ∂p∂x + μ∂ 2u∂x2 + ∂2u∂y2 − A (T) u

(3) ∂v∂t + u∂v∂x + v∂v∂y = 1ρl − ∂p∂y + μ∂2v∂x2 + ∂2v∂ y2 + gρβT − Tm − A (T) v

(4) ∂T∂t + u∂T∂x + v∂T∂y = kl (ρcp) l∂2T∂x2 + ∂2T∂y2

(5 ) ∂T∂t = ks (ρcp) s∂2T∂x2 + ∂2T∂y2.

В приведенных выше уравнениях ρ l — это плотность жидкого PCM, t — время, u и v — компоненты скорости жидкого PCM в моделях x и y — направления, p — давление, μ — динамическая вязкость PCM, g — сила тяжести, β — коэффициент теплового расширения жидкого PCM, T — температура, T m — температура плавления ПКМ, k l — теплопроводность жидкого ПКМ, c pl — удельная теплоемкость жидкого ПКМ при постоянном давлении, k s — теплопроводность твердого ПКМ, ρ s — плотность твердого ПКМ и c ps — удельная теплоемкость твердого ПКМ при постоянном давлении.

В уравнениях импульса Ур. (2) и (3) соотношение Козени-Кармана используется для моделирования потока внутри интерфейса. Параметр A (T) в уравнениях. (2) и (3) определены для достижения постепенного снижения скоростей жидкого PCM от конечного значения в жидкой зоне до нуля в твердой зоне. Для реализации соотношения Козени-Кармана параметр A (T) определяется как [8]

(6) A (T) = C (1 − B (T)) 2 (B (T) 3 + q)

.

, где C и q — произвольные константы со значением 10 5 и 10 −3 соответственно. B (T) можно определить как [8]

(7) B (T) = 0, T <(Tm − ΔT) T − Tm + ΔT2ΔT, (Tm − ΔT) (Tm + ΔT)

где ΔT — диапазон температур, в котором происходит процесс плавления. Если PCM представляет собой чистый материал, ΔT равно нулю, а мягкая зона является тонкой. С другой стороны, если PCM является нечистым материалом, ΔT больше нуля, а мягкая зона шире, чем у чистого материала.

B (T) равно нулю, когда температура ниже T m , а единица, когда температура выше T m .Уравнения (6) и (7) могут использоваться для расчета теплофизических свойств ПКМ следующим образом [8]

(8) ρ (T) = ρs + (ρl − ρs) B (T)

(9) k (T) = ks + (kl − ks) B (T)

(10) cp (T) = cps + (cpl − cps) B (T) + hfD (T)

(11) μ (T) = мкл (1 + A (T)).

s и l обозначают твердую и жидкую фазы ПКМ, соответственно, а h f — скрытая теплота плавления ПКМ. D ( T ), которая является функцией Гаусса, используется для определения скрытой теплоты в диапазоне температур ΔT . D ( T ) можно рассчитать из [8]

(12) D (T) = e − T (T − Tm) 2ΔT2πΔT2

Граничные и начальные условия теплового накопителя можно записать как :

(13) нижняя горизонтальная стена: −k∂Tx, 0, t∂y = hTx, 0, t − T∞, u = v = 0, верхняя горизонтальная стена, −k∂Tx, L, t∂y = hTx, L , t − T∞, u = v = 0, правая стенка: −k∂Tx, L, t∂y = hTL, y, t − T∞, u = v = 0, левая стена: T (0, y, t) = Th, u = v = 0, условие интерфейса: T (D, y, t) = Tm, ρhf∂D∂t = −k∂TD, y, t∂x − ∂D∂y∂TD, y, t∂ y, начальное условие: T (x, y, 0) = Tm, u = v = 0.

, где h, — коэффициент конвективной теплопередачи, T — температура окружающей среды, L — высота агрегата, а D — положение границы раздела плавления, начиная с левой стенки. .

Среднее число Нуссельта рассчитывается по [9]

(14) Nu = 1ΔT∫0L − ∂T∂xx = 0dy

3 Численная процедура

Основные уравнения, уравнения. (1-5), где граничные и начальные условия решаются численно методом конечных элементов. Для этого была построена численная схема с использованием коммерческого программного обеспечения COMSOL 4.3b. Чтобы избежать зависимости результатов от размера ячейки, проводится тщательное обследование. Были протестированы элементы четырех размеров: 2522 (мелкий), 6580 (более мелкий), 16986 (сверхтонкий) и 26544 (очень мелкий), как показано на рисунке 2.Тест на независимость проводится для случая при ч = 10 Вт / (м 2 K) и T = 297 K. Между четырьмя случаями наблюдаются незначительные различия. Однако для элементов с меньшими номерами, 2522, решение обнаруживает небольшое колебание. Два случая с более высокими номерами, 16986 и 26544, требуют больше времени для завершения решения. В результате в настоящей работе выбрано более тонкое сетчатое соединение из 6580 элементов. Предлагаемая численная схема дискретизации состоит из 5964 треугольных элементов и 616 четырехугольных элементов.Шаг по времени 10 с. Моделирование прерывается, когда относительный допуск меньше 10 −3 для уравнений неразрывности, импульса и энергии.

Рисунок 2

Тест на независимость сетки при ч = 10 Вт / (м 2 K) и T = 307 K

4 Результаты и обсуждение

В настоящей работе , проведено численное исследование влияния условий конвективного теплообмена на процесс плавления ПКМ.По отдельности исследовали влияние коэффициента конвективной теплопередачи и температуры окружающей среды. Соотношение Кармана-Козени использовалось для моделирования границы раздела жидкость-твердое тело. Кокосовое масло было выбрано в качестве PCM, потому что его температура плавления близка к диапазону комфортных температур для жилых помещений в секторе кондиционирования воздуха: 293,5 — 296,5 K (20,5 — 23,5 C) [10]. Теплофизические свойства кокосового масла приведены в таблице 1.

Таблица 1

Теплофизические свойства кокосового масла

670 7 9226 7 9226 9227 f (Дж / кг)
Свойства (единицы) Кокосовое масло
Твердое Жидкое
6 м 2 920 918
μ (Па с) 0,0268
c p (K / (кг K)) 3,750 1 2277 3,750
k (Вт / (м K)) 0,166 0,166
β (1 / K) 0,7 × 10 −3
103,000
T m (K) 297

Для подтверждения возможностей построенной модели была проведена валидация. Настоящая модель была подтверждена путем сравнения эволюции границы раздела жидкость-твердое тело, полученной с помощью этой модели, с экспериментальными результатами Гау и Висканта [11].Как показано на рисунке 3, было достигнуто хорошее согласие. Незначительные расхождения могли быть следствием теоретических предположений.

Рисунок 3

Сравнение положения границы раздела во время плавления галлия между Гау и Вискантой [11] и настоящим исследованием

На рисунке 4 показано влияние коэффициента конвективной теплопередачи на поток и тепловые поля в 1500 с, когда T = T м = 297 K, рисунок 4 (а) и T > T м = 307 K, рисунок 4 (б ).Исследованные коэффициенты конвективной теплоотдачи составили [ ч = 5, 10 и 15 Вт / (м 2 K)]. Стрелки на рисунке 4 представляют поле потока, а счетчики представляют тепловое поле, где синяя область — твердый PCM, а цветная область — жидкий PCM. По мере того как ПКМ, прилегающий к горячим стенкам, нагревается и плавится, он становится легче из-за низкой плотности. Расплавленный ПКМ с относительно низкой плотностью поднимается вдоль горячей стенки с помощью выталкивающей силы, а затем направляется вправо.Непроницаемость верхней стенки заставляет расплавленный ПКМ перемещаться к границе раздела жидкость-твердое тело, передавая вместе с собой тепловую энергию. Когда теплый расплавленный PCM попадает на холодную поверхность раздела жидкость-твердое тело, он передает тепловую энергию твердому PCM. В результате жидкий ПКМ становится менее теплым, а его плотность увеличивается. Увеличение плотности ПКМ приводит к опусканию расплавленного ПКМ вдоль границы раздела жидкость-твердое тело. Протекая по границе раздела жидкость-твердое тело, расплавленный ПКМ продолжает передавать тепловую энергию границе раздела жидкость-твердое тело [12].Однако количество переданной тепловой энергии к границе раздела жидкость-твердое тело от расплавленного ПКМ уменьшается вдоль границы раздела жидкость-твердое тело. Неравномерная теплопередача приводит к большему количеству расплавленного ПКМ в верхней части блока. Значение коэффициента конвективной теплопередачи и температура окружающей среды играют важную роль в скорости процесса плавления и форме твердого ПКМ на протяжении всего процесса плавления. Для тех же ч , когда T = 297 K (= T м ), рисунок 4 (а), процесс плавления начинается исключительно с левой стенки.Однако, когда T = 307 K (> T м ), рис. 4 (b), процесс плавления происходит, начиная с левой, верхней и правой стенок. Хотя установка также подвергалась воздействию температуры окружающей среды снизу, воздействие на нижнюю стенку было незначительным. Высокие температуры боковых и верхних стенок способствуют началу плавления ПКМ с верхней и правой стенок, помимо плавления из-за нагрева от левой стенки.При изменении ч скорость плавления ПКМ отличается в соответствии с T . Когда T равно T м , скорость рассеивания тепла от блока в окружающую среду увеличивается с увеличением ч . В результате скорость плавления уменьшается с увеличением ч , как показано на рисунке 4 (а). Левая стенка блока нагревается до температуры выше температуры плавления ПКМ. Когда ПКМ плавится, температура расплавленного ПКМ становится выше, чем температура плавления.В случае, когда T равно T m , теплопотери происходят от термоклея PCM в окружающую среду. Потери тепла увеличиваются при увеличении h, что впоследствии снижает скорость плавления. На рис. 4 (б) показано ускорение процесса плавления при увеличении ч при условии, что T выше, чем T м . При этом скорость нагрева ПКМ от окружающей среды увеличивается за счет увеличения ч .Когда температура окружающей среды T выше, чем T m , окружающая среда становится источником тепла для плавления твердого PCM. Чем выше T , плавление ускоряется [13]. Кроме того, по мере увеличения ч тепло быстрее передается от окружающей среды к устройству, и, следовательно, PCM быстрее плавится.

Рисунок 4

Поток (стрелки) и тепловые поля (контуры) для различных коэффициентов конвективной теплопередачи ( ч = 5, 10 и 15 Вт / (м 2 K)) при 1500 с (a) T = 297 K, (б) T (= 307 K)> T м

Влияние коэффициента конвективной теплопередачи h и температура окружающей среды T м на Nu , вдоль левой стенки агрегата, показана на Рисунке 5.Как только начинается плавление, образуется тонкий слой жидкого ПКМ, и проводимость становится доминирующим режимом теплопередачи. На этой стадии процесса плавления преобладает проводимость, поскольку сила вязкости преодолевает силу плавучести из-за скудного жидкого слоя ПКМ [14]. На этом этапе теплопередача уменьшается со временем из-за повышения температуры жидкости, окружающей его вдоль левой стенки. Затем Nu возникает, когда слой жидкого ПКМ становится шире, и сила вязкости уменьшается, а сила плавучести увеличивается.По мере нагревания температура жидкого ПКМ увеличивается, что приводит к падению скорости конвекционной теплопередачи, и в результате Nu уменьшается. Рисунок 5 показывает, что в начале процесса плавления как h , так и T оказывают незначительное влияние на Nu . После этого наблюдается положительный эффект увеличения h на улучшение Nu для обоих значений T . Аналогичное улучшение в Nu получается при увеличении T для всех исследованных значений h .

Рисунок 5

Влияние коэффициента конвективной теплопередачи и температуры окружающей среды на Nu

На рисунке 6 показано влияние коэффициента конвекционной теплопередачи h и температуры окружающей среды T на долю расплава ПКМ, МФ . ПКМ плавится быстрее на ранних стадиях процесса плавления из-за большой разницы температур между горячими стенками и расплавленным ПКМ, прилегающим к горячим стенкам [15].Однако скорость плавления снижается со временем по мере увеличения температуры жидкого PCM, что снижает скорость передачи тепла к устройству. Когда T равно T м , уменьшение ч помогает PCM плавиться быстрее. Где при уменьшении ч снижаются тепловые потери от агрегата. При увеличении ч , в случае T выше, чем T м , скорость теплопередачи к агрегату увеличивается.В результате скорость плавления увеличивается.

Рисунок 6

Влияние коэффициента конвективной теплопередачи и температуры окружающей среды на фракцию расплава ПКМ

5 Выводы

Для изучения поведения процесса плавления в условиях конвективной теплопередачи было проведено численное исследование. Помимо основных уравнений потока жидкости и энергии, соотношение Кармана-Козени было применено для моделирования границы раздела жидкость-твердое тело. Программное обеспечение COMSOL 4.3b, основанное на методе конечных элементов, было использовано для построения численной модели настоящего исследования.Можно сделать вывод, что скорость плавления увеличивается с увеличением ч , когда T выше, чем T м . В этом случае агрегат подвергается более высокой скорости нагрева. Когда T равно T м , увеличение ч приводит к увеличению тепловых потерь от агрегата. В результате скорость плавления ПКМ снижается.

Список литературы

[1] Отопительное оборудование, 2013, http: // www.nrcan.gc.ca/energy/products/categories/heating/13740 Поиск в Google Scholar

[2] Лей Дж., Ян Дж., Ян Э.-Х., Энергетические характеристики ограждающих конструкций зданий, интегрированных с материалами с фазовым переходом для снижение охлаждающей нагрузки в тропическом Сингапуре, Прил. Энергетика, 2016, 162, 207–217. Искать в Google Scholar

[3] Джоулин А., Юнси З., Залевски Л., Русе Д. Р., Лассуэ С., Численное исследование плавления материала с фазовым переходом, нагретого от вертикальной стенки прямоугольного корпуса, Int.J. Comput. Fluid Dyn., 2009, 23, 553–566.10.1080 / 106185603723 Искать в Google Scholar

[4] Мбай М., Бильген Э., Процесс изменения фазы за счет естественной конвекции – диффузии в прямоугольных корпусах, Тепломассопередача, 2001 , 37, 35–42.10.1007 / s002310000095 Поиск в Google Scholar

[5] Пал Д., Джоши Ю.К., Таяние в высоком обогреваемом сбоку кожухе равномерно рассеивающим источником тепла, Int. J. Heat Mass Transf., 2001, 44, 375–387.10.1016 / S0017-9310 (00) 00116-2 Искать в Google Scholar

[6] Alawadhi E.М., Термический анализ строительного кирпича, содержащего материал с фазовым переходом, Energy Build., 2008, 40, 351–357.10.1016 / j.enbuild.2007.03.001 Поиск в Google Scholar

[7] Sciacovelli A., Colella F ., Верда В., Плавление ПКМ в накопителе тепловой энергии: Численное исследование и эффект увеличения наночастиц, Междунар. J. Energy Res., 2013, 37, 1610–1623.10.1002 / er.2974 Искать в Google Scholar

[8] Самара Ф., Гроул Д., Биволе PH, Плавление материала с фазовым переходом, вызванное естественной конвекцией: сравнение двумя методами, в: Выдержка из материалов конференции COMSOL Conf., 2012. https://www.comsol.nl/paper/download/150959/groulx_paper.pdf Поиск в Google Scholar

[9] Озтоп Х.Ф., Абу-Нада Э., Численное исследование естественной конвекции в частично обогреваемых прямоугольных корпусах. заполнены наножидкостями, Int. J. Heat Fluid Flow, 2008, 29, 1326–1336.10.1016 / j.ijheatfluidflow.2008.04.009 Поиск в Google Scholar

[10] Ван С.К., Справочник по кондиционированию воздуха и охлаждению, второй, McGraw-Hill, 2001. Искать в Google Scholar

[11] Gau C., Висканта Р., Плавление и затвердевание чистого металла на вертикальной стене, J. Heat Transf., 1986, 108, 174–181.10.1115 / 1.3246884 Искать в Google Scholar

[12] Аль-Джетхела М.С., Тасним С.Х. , Махмуд С., Дутта А., Плавление материала с нано-фазовым переходом внутри пористой оболочки, Int. J. Heat Mass Transf., 2016, 102, 773–787.10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2016.06.070 Поиск в Google Scholar

[13] Mahdaoui M., Kousksou T., Blancher S., Msaad AA, El Rhafiki Т., Мукаллид М., Численный анализ теплопередачи при фазовом переходе твердое тело – жидкость вокруг горизонтального цилиндра, Прил.Математика. Model., 2014, 38, 1101–1110.10.1016 / j.apm.2013.08.002 Искать в Google Scholar

[14] Аль-Джетхела М., Тасним С.Х., Махмуд С., Дутта А., Плавление нано- PCM в замкнутом пространстве: анализ масштабов и отслеживание тепловых линий, Int. J. Heat Mass Transf., 2018, 119, 841–859.10.1016 / j.ijheatmasstransfer.2017.11.106 Поиск в Google Scholar

[15] Al-Jethelah M., Tasnim SH, Mahmud S., Dutta A., Заполненная нано-PCM система хранения энергии для солнечно-тепловых систем, Renew. Энергетика, 2018, 126, 137–155.Искать в Google Scholar

Получено: 2017-09-17

Принято: 27.10.2018

Опубликовано в Интернете: 31.12.2018

© 2018 MSM Al-Jethelah et al ., опубликовано De Gruyter

Эта работа находится под лицензией Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 License.

Исследование воздействия пыли Сахары на глубокую тропическую конвекцию с использованием микрофизики спектральной ячейки

Ackerman, A.С., Фридлинд А. М., Грандин А., Дезиттер Ф., Вебер М., Страпп, Дж. У., и Королев, А. В .: Высокое содержание ледяной воды на низком радаре. отражательная способность вблизи глубокой конвекции — Часть 2: Оценка микрофизических пути в моделировании восходящего потока земельных участков, Atmos. Chem. Phys., 15, 11729–11751, https://doi.org/10.5194/acp-15-11729-2015, 2015.

Научная группа AIRS / Жоао Тексейра: Стандарт AIRS / Aqua L2 Near Real Time (NRT) Физическое извлечение (только AIRS) V006, Гринбелт, Мэриленд, США, Годдард-Земля Центр научных данных и информационных услуг (GES DISC), https: // диск.gsfc.nasa.gov/datacollection/AIRS2RET_NRT_006.html (последний доступ: 2 августа 2018 г.), 2016.

Альтац, О., Корен, И., Рейсин, Т., Костинский, А., Фейнгольд, Г., Левин, З., и Инь, Ю.: Влияние аэрозолей на взаимодействие между конденсацией, испарение и дождь в теплых кучевых облаках, Атмос. Chem. Физ., 8, 15–24, https://doi.org/10.5194/acp-8-15-2008, 2008.

Альтац, О., Корен, И., Ремер, Л. А., и Хирш, Э .: Обзор: Cloud оздоровление с помощью аэрозолей — Связь между микрофизикой и динамикой, Атмос.Res., 140, 38–60, 2014.

Андреэ, М. О., Розенфельд, Д., Артаксо, П., Коста, А. А., Франк, Г. П., Лонго, К. М., Сильва-Диас, М. А. Ф .: Дымящиеся дождевые облака над Амазонкой, Science, 303, 1337–1342, 2004.

Ansmann, A., Tesche, M., Althausen, D., Müller, D., Seifert, P., Фройденталер, В., Дубовик, О.: Влияние сахарской пыли на облако. оледенение на юге Марокко во время эксперимента с минеральной пылью в Сахаре, J. Geophys. Res.-Atmos., 113, D04210, https://doi.org/10.1029 / 2007JD008785, 2008.

Аракава, А .: Проблема параметризации кучевых облаков: прошлое, настоящее и будущее. J. Climate, 17, 2493–2525, 2004.

Berg, W., L’Ecuyer, T., and van den Heever, S .: Доказательства воздействия аэрозолей о начале и микрофизических свойствах осадков от сочетание спутниковых наблюдений и моделирования облачности, J. Geophys. Res.-Atmos., 113, D14S23, https://doi.org/10.1029/2007JD009649, 2008.

Бигг, Э.К .: Образование атмосферных кристаллов льда при замерзании капли, Q.Дж. Рой. Метеор. Soc., 79, 510–519, 1953.

Буз, Ю., Велти, А., Аткинсон, Дж., Рамелли, Ф., Даниэлчек, А., Бингемер, Х. Г., Плётце, М., Серау, Б., Кандзи, З. А., и Ломанн, У.: Гетерогенные Зарождение льда на частицах пыли из девяти пустынь мира — Часть 1: Погружная заморозка, атмосфер. Chem. Phys., 16, 15075–15095, https://doi.org/10.5194/acp-16-15075-2016, 2016.

Баучер, О., Рэндалл, Д., Артаксо, П., Бретертон, К., Фейнголд, Г., Форстер, П., Чжан Х.Я .: Облака и аэрозоли, в: Изменение климата 2013: The основы физических наук, Вклад рабочей группы I в пятую отчет об оценке межправительственной группы экспертов по изменению климата, 571–657, Издательство Кембриджского университета, Кембридж, 2013.

Браун С.А .: Переоценка роли воздушного слоя Сахары в Атлантике. тропический циклогенез и эволюция, Пн. Weather Rev., 138, 2007–2037, 2010.

Браун С.А., Сиппель Дж. А., Ши К. Л. и Боллер Р. А. Эволюция. и роль воздушного слоя Сахары во время урагана Хелен (2006 г.), пн.Weather Rev., 141, 4269–4295, 2013.

Карлсон, Т. Н. и Просперо, Дж. М .: Масштабное движение воздуха в Сахаре. вспышки над северной экваториальной Атлантикой, J. Appl. Метеорология, 11, 283–297, 1972.

Каррио Г. и Коттон У. Р .: Исследования воздействия аэрозолей на ураганы: виртуальные посевные полеты, Атмос. Chem. Phys., 11, 2557–2567, https://doi.org/10.5194/acp-11-2557-2011, 2011.

Чен, К., Корен, И., Альтаратц, О., Хейблум, Р.Х., Даган, Г., и Пинто, Л. .: Как изменения в микрофизике теплой фазы влияют на глубокие конвективные облака ?, Атмос. Chem. Phys., 17, 9585–9598, https://doi.org/10.5194/acp-17-9585-2017, 2017.

Коттон, У. Р., Триполи, Дж. Дж., Раубер, Р. М., Малвихилл, Э. А .: Численные моделирование эффектов различной скорости зарождения кристаллов льда и агрегационные процессы при орографическом снегопаде, J. Clim. Прил. Метеорология, 25, 1658–1680, 1986.

Коттон У. влияние аэрозоля на интенсивность тропических циклонов: конвективные потоки и деятельность в холодном бассейне, троп.Cyclone Res. Rev, 1, 293–306, 2012.

DeMott, P. J., Sassen, K., Poellot, M. R., Baumgardner, D., Rogers, D.C., Брукс, С. Д., Крейденвейс, С. М .: Африканские пылевые аэрозоли как атмосферные ядра льда, Geophys. Res. Lett., 30, 1732, https://doi.org/10.1029/2003GL017410, 2003.

ДеМотт П. Дж., Пренни А. Дж., Лю X., Крейденвейс С. М., Петтерс М. Д., Тухи, К. Х., Роджерс, Д. К. Прогнозирование ядер глобального атмосферного льда. распространения и их влияние на климат, P. Natl.Акад. Sci. США, 107, 11217–11222, 2010.

ДеМотт, П. Дж., Пренни, А. Дж., МакМикинг, Г. Р., Салливан, Р. К., Петтерс, М. Д., Тобо, Ю., Ниманд, М., Мёлер, О., Снайдер, Дж. Р., Ван, З. и Крейденвейс, С. М .: Объединение лабораторных и полевых данных для количественной оценки иммерсионное замораживание, образование зародышей льда в частицах минеральной пыли, Атмосфер. Chem. Phys., 15, 393–409, https://doi.org/10.5194/acp-15-393-2015, 2015.

Дудхия Дж .: Численное исследование конвекции, наблюдаемой во время зимнего муссона. эксперимент с использованием мезомасштабной двумерной модели, Дж.Атмос. Наук, 46, 3077–3107, 1989.

Дунион, Дж. П. и Велден, К. С .: Воздействие воздушного слоя Сахары на Активность атлантических тропических циклонов, B. Am. Meteorol. Soc., 85, 353–365, 2004.

Экман, А.М.Л., Энгстрём, А., и Ван, К.: Эффект аэрозоля. состав и концентрация на развитии и свойствах наковальни континентальное глубокое конвективное облако, К. Дж. Рой. Метеор. Soc., 133, 1439–1452, 2007.

Эван, А. Т., Дунион, Дж., Фоли, Дж. А., Хейдингер, А.К. и Велден К. С .: Новое свидетельство взаимосвязи атлантического тропического циклона активность и африканские пыльные вспышки, Geophys. Res. Lett., 33, L19813, https://doi.org/10.1029/2006GL026408, 2006.

Фан, Дж., Чжан, Р., Ли, Г. и Тао, В. К.: Воздействие аэрозолей и относительных влажность кучевых облаков, J. Geophys. Рес.-Атмос., 112, д. 14204, г. https://doi.org/10.1029/2006JD008136, 2007.

Фан, Дж., Овчинников, М., Комсток, Дж. М., Макфарлейн, С. А., и Хаин, А .: Ледообразование в арктических облаках со смешанной фазой: выводы из трехмерного изображения модель разрешения облаков с разрешением аэрозоля и микрофизики облаков с разрешением по размеру, J.Geophys. Res.-Atmos., 114, D04205, https://doi.org/10.1029/2008JD010782, 2009a.

Fan, J., Yuan, T., Comstock, J.M., Ghan, S., Khain, A., Leung, L.R., и Овчинников, М .: Доминирующая роль вертикального сдвига ветра в регулировании аэрозоля. воздействие на глубокие конвективные облака, J. ​​Geophys. Рес.-Атмос., 114, Д22206, https://doi.org/10.1029/2009JD012352, 2009b.

Фан, Дж., Комсток, Дж. М., Овчинников, М .: Ядра облачной конденсации. и влияние ядер льда на характеристики тропической наковальни и водяной пар слой тропической тропопаузы, Environ.Res. Lett., 5, 044005, г. https://doi.org/10.1088/1748-9326/5/4/044005, 2010a.

Фан, Дж., Люн, Л. Р., Ли, З., Моррисон, Х., Чен, Х., Чжоу, Ю. и Ван, Y .: Воздействие аэрозолей на облака и осадки в восточном Китае: Результаты бункерной и объемной микрофизики, J. Geophys. Рес.-Атмос, 117, Д00К36, https://doi.org/10.1029/2011JD016537, 2012a.

Fan, J., Rosenfeld, D., Ding, Y., Leung, L.R., и Li, Z .: Возможный аэрозоль косвенное воздействие на атмосферную циркуляцию и радиационное воздействие через глубокая конвекция, геофизика.Res. Lett., 39, L09806, https://doi.org/10.1029/2012GL051851, 2012b.

Фан, Дж., Люн, Л. Р., Розенфельд, Д., Чен, К., Ли, З., Чжан, Дж., И Ян, H .: Микрофизические эффекты определяют макрофизический отклик на аэрозоль. воздействия на глубокие конвективные облака, П. Нац. Акад. Sci. США, 110, E4581 – E4590, 2013.

Fan, J., Leung, L.R., DeMott, P.J., Comstock, J.M., Singh, B., Rosenfeld, Д., Томлинсон, Дж. М., Уайт, А., Пратер, К. А., Миннис, П., Айерс, Дж. К., и Мин, Q .: Воздействие аэрозолей на зимние облака и осадки в Калифорнии. во время CalWater 2011: локальное загрязнение по сравнению с пылью, переносимой на большие расстояния, Атмос.Chem. Phys., 14, 81–101, https://doi.org/10.5194/acp-14-81-2014, 2014.

Fan, J., Wang, Y., Rosenfeld, D., and Liu, X .: Обзор аэрозольного облака взаимодействия: механизмы, значение и проблемы, J. Atmos. Наук, 73, 4221–4252, 2016.

Фолкинс, И.: Происхождение градиентных изменений в верхней тропосфере. J. Atmos. Sci., 59, 992–1005, 2002.

Фовелл, Р. Г. и Огура, Ю.: Численное моделирование шквала средних широт. линия в двух измерениях, J. Atmos.Sci., 45, 3846–3879, 1988.

Фредерик, К.Л .: Характеристики наковальни с точки зрения C-POL во время тропической Warm Pool International Cloud Experiment (TWP-ICE) (докторская диссертация, Texas AandM University), 2006.

. Футян Дж. М., Дель Генио А. Д. Эволюция глубокой конвективной системы Африка и тропическая Атлантика, J. ​​Climate, 20, 5041–5060, 2007.

Gallagher, M. W., Connolly, P.J., Crawford, I., Heymsfield, A., Bower, K. Н., Чулартон, Т. У., Аллен, Г., Флинн, М. Дж., Воган, Г., и Хакер, Дж .: Наблюдения и моделирование микрофизической изменчивости, агрегации и седиментация в тропических районах оттока перистых наковальней, Атмосфер. Chem. Phys., 12, 6609–6628, https://doi.org/10.5194/acp-12-6609-2012, 2012.

Гонг, В., Мин, К., Ли, Р., Теллер, А., Джозеф, Э., Моррис В .: Подробно. моделирование с разрешением облаков воздействия пыли в воздушном слое Сахары на глубокая тропическая конвекция — Часть 1: Пыль действует как ледяные ядра, Atmos. Chem. Phys.Обсудить., 10, 12907–12952, https://doi.org/10.5194/acpd-10-12907-2010, 2010.

Грант Л. Д. и ван ден Хеевер С. С. Холодный бассейн и осадки. к аэрозольной загрузке: Модуляция сухими слоями, J. Atmos. Наук, 72, 1398–1408, 2015.

Халлгрен, Р. Э. и Хослер, К. Л .: Предварительные результаты по объединению кристаллы льда, в: Physics of Precipitation: Proceedings of the Cloud Physics. Conference, Вудс-Хоул, Массачусетс, 3–5 июня 1959 г., стр. 257–263, American Геофизический союз, 1960.

Хеймсфилд, А.Дж., Бансемер, А., Филд, П.Р., Дерден, С.Л., Стит, Дж. Л., Дай, Дж. Э., и Грейнджер, К. А .: Наблюдения и параметризация гранулометрический состав в глубоких тропических перистых и слоистых формах выпадающие облака: результаты натурных наблюдений в поле TRMM кампании, J. Atmos. Sci., 59, 3457–3491, 2002.

Хирон, Т. и Флоссманн, А. И .: Исследование роли параметризации гетерогенного образования льда для моделирования микрофизики и выпадение конвективного облака, Дж.Атмос. Sci., 72, 3322–3339, https://doi.org/10.1175/JAS-D-15-0026.1, 2015.

Каин, Дж. С .: Конвективная параметризация Каина-Фрича: обновленная информация, J. Прил. Метеорология, 43, 170–181, 2004.

Карьямпуди В. М. и Карлсон Т. Н .: Анализ и численное моделирование воздушный слой Сахары и его влияние на возмущения восточных волн, J. Atmos. Sci., 45, 3102–3136, 1988.

Каридис В. А., Кумар П., Барахона Д., Соколик И. Н. и Ненес А. Оценка влияния минеральной пыли и активации адсорбции на Формирование облачных капель, в: Достижения в области метеорологии, климатологии и Физика атмосферы, 515–520, Springer Berlin Heidelberg, 2013.

Хаин А.П .: Заметки о новейших исследованиях воздействия аэрозолей на осадки: критический обзор, Environ. Res. Lett., 4, 015004, https://doi.org/10.1088/1748-9326/4/1/015004, 2009.

Хаин А. и Покровский А. Моделирование воздействия атмосферных аэрозолей на глубокие турбулентные конвективные облака с использованием смешанной фазы спектральной микрофизики Модель кучевых облаков. Часть II: Исследование чувствительности, J. Atmos. Наук, 61, 2983–3001, 2004.

Хаин А., Покровский А., Пинский, М., Зайферт, А., Филлипс, В .: Моделирование воздействия атмосферных аэрозолей на глубокую турбулентную конвективную облака с использованием спектрально-микрофизической модели кучевых облаков со смешанной фазой, Часть I: Описание модели и возможные приложения, J. Atmos. Sci., 61, 2963–2982, 2004.

Хаин А., Розенфельд Д., Покровский А .: Воздействие аэрозоля на динамику и микрофизика глубоких конвективных облаков, К. Дж. Рой. Метеор. Соц., 131, 2639–2663, 2005.

Хаин, А.П., БенМош, Н., и Покровский, А .: Факторы, определяющие влияние аэрозолей на приземных осадках из облаков: попытка классификация, J. Atmos. Sci., 65, 1721–1748, 2008.

Khain, A.P, Leung, L.R., Lynn, B., and Ghan, S .: Влияние аэрозолей на динамика и микрофизика линий шквалов, смоделированные с помощью спектральной ячейки и схемы объемной параметризации, J. Geophys. Рес.-Атмос., 114, D22203, https://doi.org/10.1029/2009JD011902, 2009.

Куп, Т., Луо, Б., Циас, А., и Питер, Т.: Активность воды как детерминант гомогенного зародышеобразования льда в водных растворах, Природа, 406, 611–614, 2000.

Корен И., Кауфман Ю. Дж., Розенфельд Д., Ремер Л. А. и Рудич Ю.: Аэрозольное оздоровление и перестройка атлантических конвективных облаков, Geophys. Res. Lett., 32, L14828, https://doi.org/10.1029/2005GL023187, 2005.

Корен И., Фейнгольд Г. и Ремер Л. конвективные облака над Атлантикой: аэрозольный эффект, метеорология или поиск артефакт ?, Атмос.Chem. Phys., 10, 8855–8872, https://doi.org/10.5194/acp-10-8855-2010, 2010a.

Корен, И., Ремер, Л. А., Альтац, О., Мартинс, Дж. В., и Давиди, А.: Вызванные аэрозолем изменения наковальней конвективных облаков приводят к сильному климату потепление, атмос. Chem. Phys., 10, 5001–5010, https://doi.org/10.5194/acp-10-5001-2010, 2010b.

Корен, И., Альтац, О., и Даган, Г .: Воздействие аэрозоля на подвижность облачные капли, Environ. Res. Lett., 10, 104011, г. https://doi.org/10.1088/1748-9326/10/10/104011, 2015 г.

Кумар П., Соколик И. Н. и Ненес А. Измерения конденсации облаков. активность ядер и кинетика активации капель свежих необработанных региональных образцы пыли и минералов, Атмос. Chem. Phys., 11, 3527–3541, https://doi.org/10.5194/acp-11-3527-2011, 2011.

Лау, В. К., Ким, К. М., Сюй, К. Н., и Холбен, Б. Н.: Возможное влияние Загрязнение воздуха, пыль и песчаные бури во время индийских муссонов доступны по адресу: https://public.wmo.int/en/bulletin/possible-influences-air-pollution-dust-and-sandstorms-indian-monsoon (последний доступ: 6 августа 2018 г.), 2010 г.

Лоусон, Р. П., Дженсен, Э., Митчелл, Д. Л., Бейкер, Б., Мо, К., и Пилсон, Б .: Микрофизические и радиационные свойства тропических облаков исследованы в TC4 и NAMMA, J. Geophys. Рес.-Атмос., 115, D00J08, https://doi.org/10.1029/2009JD013017, 2010.

Лоусон, Р. П., Вудс, С., и Моррисон, Х .: Микрофизика льда и Развитие осадков в тропических кучевых облаках, J. Atmos. Наук, 72, 2429–2445, https://doi.org/10.1175/JAS-D-14-0274.1, 2015.

Lebo, Z.Дж. И Сайнфельд Дж. Х .: Теоретические основы конвективной оздоровление за счет повышенной концентрации аэрозоля, Атмос. Chem. Физ., 11, 5407–5429, https://doi.org/10.5194/acp-11-5407-2011, 2011.

Лебо, З. Дж., Моррисон, Х. и Сайнфельд, Дж. Х .: моделируются аэрозольным воздействием. воздействие на глубокие конвективные облака, сильно зависящие от насыщения регулировка ?, Атмос. Chem. Phys., 12, 9941–9964, https://doi.org/10.5194/acp-12-9941-2012, 2012.

Ли, С.С., Доннер, Л.Дж., Филлипс, В.Т., Минг Ю.: Зависимость воздействие аэрозолей на облака и осадки на организацию облачной системы, сдвиг и стабильность, J. Geophys. Рес.-Атмос., 113, https://doi.org/10.1029/2007JD009224, 2008.

Ли С. С., Доннер Л. Дж. и Пеннер Дж. Э .: Гроза и слоисто-кучевые облака: как их контрастная морфология влияет на их взаимодействие с аэрозоли ?, Атмос. Chem. Phys., 10, 6819–6837, https://doi.org/10.5194/acp-10-6819-2010, 2010.

Лерах, Д. Г., Годе, Б. Дж., и Коттон, У. Р .: Идеализированные модели влияние аэрозолей на торнадогенез, Geophys. Res. Lett., 35, L23806, https://doi.org/10.1029/2008GL035617, 2008.

Ли Р. и Мин, К. Л .: Воздействие минеральной пыли на вертикальную структуру осадков, J. Geophys. Рес.-Атмос., 115, D09203, https://doi.org/10.1029/2009JD011925, 2010.

Ли Р., Мин, К. Л. и Харрисон, Л. К. Пример из практики: непрямой аэрозоль. воздействие минеральной пыли на теплые облака, J. ​​Atmos. Sci., 67, 805–816, 2010.

Ли, З., Ню, Ф., Фань, Дж., Лю, Ю., Розенфельд, Д., и Дин, Ю.: Долгосрочные воздействие аэрозолей на вертикальное развитие облаков и осадков, Nat. Geosci., 4, 888–894, 2011.

Lim, K. S. S., Hong, S. Y., Yum, S. S., Dudhia, J., and Klemp, J. B.: Aerosol. влияние на развитие сверхъячейковой бури в двухмоментном объемном облаке Схема микрофизики, J. Geophys. Рес.-Атмос., 116, D02204, https://doi.org/10.1029/2010JD014128, 2011.

Ломанн, У .: Возможные аэрозольные эффекты на ледяные облака через контактное зародышеобразование. Дж.Атмос. Sci., 59, 647–656, 2002.

Мэй П. Т., Бринги В. Н. и Тураи М .: Наблюдаем ли мы воздействие аэрозолей на DSD при сильных тропических грозах ?, J. Atmos. Наук, 68, 1902–1910, 2011.

Мейерс, М. П., ДеМотт, П. Дж. И Коттон, У. Р .: Новое первичное зародышеобразование льда. параметризации в явной облачной модели, J. Appl. Метеорология, 31, 708–721, 1992.

Мин, К. и Ли, Р .: Длинноволновое косвенное воздействие минеральной пыли на ледяные облака. Атмос. Chem. Phys., 10, 7753–7761, https: // doi.org / 10.5194 / acp-10-7753-2010, 2010.

Мин, К.-Л., Ли, Р., Лин, Б., Джозеф, Э., Ван, С., Ху, Ю., Моррис, В., и Чанг, Ф .: Свидетельства того, что минеральная пыль изменяет микрофизику облаков и осадки, атм. Chem. Phys., 9, 3223–3231, https://doi.org/10.5194/acp-9-3223-2009, 2009.

Мин, К. Л., Ли, Р., Лин, Б., Джозеф, Э., Моррис, В., Ху, Ю., и Ван, С.: Воздействие минеральной пыли на ледяные облака в условиях глубокой тропической конвекции системы, Атмос. Res., 143, 64–72, 2014.

Млавер, Э.Дж., Таубман, С. Дж., Браун, П. Д., Яконо, М. Дж., И Клаф, С. А .: Перенос излучения для неоднородной атмосферы: RRTM, подтвержденный коррелированная k-модель для длинных волн, J. Geophys. Рес.-Атмос., 102, 16663–16682, 1997.

Möhler, O., Stetzer, O., Schaefers, S., Linke, C., Schnaiter, M., Tiede, Р., Саатхофф, Х., Кремер, М., Мангольд, А., Будз, П., Цинк, П., Шрайнер, J., Mauersberger, K., Haag, W., Kärcher, B., and Schurath, U .: Экспериментальное исследование гомогенного замораживания серной кислоты. частицы в аэрозольной камере AIDA, Atmos.Chem. Физ., 3, 211–223, https://doi.org/10.5194/acp-3-211-2003, 2003.

Моррис, В., Клементе-Колон, П., Налли, Н. Р., Джозеф, Э., Армстронг, Р. А., Детрес Ю. и Лампкин Р.: Измерение трансатлантического аэрозоля. транспорт из Африки, Эос, Транзакции Американского Геофизического Союза, 87, 565–571, ​​2006.

Моррисон, Х .: Об устойчивости аэрозольных эффектов на идеализированной суперячейке. шторм смоделирован с помощью модели разрешения облачных систем, Atmos. Chem. Физ., 12, 7689–7705, https: // doi.org / 10.5194 / acp-12-7689-2012, 2012.

Мюльбауэр А. и Ломанн У.: Исследования чувствительности аэрозольного облака. взаимодействия в смешанных орографических осадках, J. Atmos. Наук, 66, 2517–2538, 2009.

Маллендор, Дж. Л., Дурран, Д. Р., Холтон, Дж. Р .: Измеритель кросс-тропопаузы транспорт в условиях конвекции средних широт, J. Geophys. Рес.-Атмос., 110, D06113, https://doi.org/10.1029/2004JD005059, 2005.

Наканиши М. и Ниино Х .: Улучшенная модель уровня 3 Меллора – Ямады: численная стабильность и приложение к региональному предсказанию адвекции туман, Связанный.-Класть. Meteorol., 119, 397–407, 2006.

Национальные центры экологических прогнозов / Национальная погода. Сервис / NOAA / США. Министерство торговли: Глобальная операционная модель NCEP FNL Анализ тропосферы, продолжающийся с июля 1999 г., Архив исследовательских данных на Национальный центр атмосферных исследований, вычислений и информации Системная лаборатория, Боулдер, Колорадо, доступно по адресу: https://doi.org/10.5065/D6M043C6 (последний доступ: 2 августа 2018 г.), 2000.

Ниманд М., Мёлер О., Фогель, Б., Фогель, Х., Хуз, К., Коннолли, П., и Лейснер, Т.: параметризация частиц на основе площади поверхности. иммерсионное замораживание на частицах пыли пустыни, J. Atmos. Sci., 69, 3077–3092, 2012.

Ниу, Ф. и Ли, З .: Систематические вариации температуры верхней границы облаков и интенсивность осадков с аэрозолями над глобальными тропиками, Атмос. Chem. Phys., 12, 8491–8498, https://doi.org/10.5194/acp-12-8491-2012, 2012.

О’Дауд, К. Д., Смит, М. Х., Констердин, И. Э., и Лоу, Дж. А.: Морской аэрозоль, морская соль и морской цикл серы: краткий обзор, Atmos. Environ., 31, 73–80, 1997.

Просперо, Дж. М .: Долгосрочные измерения переноса африканских минералов. пыль на юго-восток США: влияние на региональный воздух качество, J. Geophys. Res.-Atmos., 104, 15917–15927, 1999.

Просперо Дж. М. и Карлсон Т. Н .: Радон-222 в торговле в Северной Атлантике. ветры: его связь с переносом пыли из Африки, Science, 167, 974–977, 1970.

Пруппахер, Х.Р. и Клетт, Дж. Д .: Микрофизика облаков и осадков: С введением в химию облаков и электричество облаков, 954 стр., 1997.

Рен, К. и Маккензи, А. Р .: Параметризация Cirrus и роль льда ядер, К. Дж. Роя. Метеор. Soc., 131, 1585–1605, 2005.

Розенфельд, Д., Ломанн, У., Рага, Г. Б., Дауд, К. Д., Кулмала, М., Фуцци, С., Reissell, A., Andreae, M.O .: Наводнение или засуха: как аэрозоли влияют на осадки? Science, 321, 1309–1313, https://doi.org/10.1126 / science.1160606, 2008.

Розенфельд Д., Вуд Р., Доннер Л. Дж. И Шервуд С. К. Аэрозоль. радиационное воздействие, опосредованное облаками: весьма неопределенные и противоположные эффекты от мелкие и глубокие облака, в: Наука о климате на службе общества, 105–149, Springer, Нидерланды, 2013.

Рыжков А., Пинский М., Покровский А., Хаин А. Поляриметрический радар. оператор наблюдения для модели облака со спектральной микрофизикой, J. Appl. Meteorol. Climatol., 50, 873–894, 2011.

Saleeby, S.M., Heever, S.C., Marinescu, P.J., Kreidenweis, S.M. и ДеМотт П. Дж .: Воздействие аэрозоля на характеристики наковальни в мезомасштабе. конвективные системы, J. Geophys. Рес.-Атмос., 121, 10880–10901, https://doi.org/10.1002/2016JD025082, 2016.

Сассен, К., ДеМотт, П. Дж., Просперо, Дж. М., и Поеллот, М. Р .: Сахарская пыль штормы и косвенное аэрозольное воздействие на облака: результаты CRYSTAL-FACE, Geophys. Res. Lett., 30, 1633, https://doi.org/10.1029/2003GL017371, 2003.

Skamarock, W.К., Клемп, Дж. Б., Дудхия, Дж., Гилл, Д. О., Баркер, Д. М., Дуда, М. Г., Хуанг, X.-Y., Ван, В., и Пауэрс, Дж. Г .: Модель WRF-ARW: A Описание Advanced Research WRF Version 3, https://doi.org/10.5065/D68S4MVH, 2008.

Смирнова, Т.Г., Браун, Дж. М., и Бенджамин, С.Г .: Производительность различных конфигурации модели почвы при моделировании температуры поверхности земли и поверхностные потоки, пн. Weather Rev., 125, 1870–1884, 1997.

Смит П.Л .: Эквивалентные коэффициенты отражательной способности радара для снега и льда. частицы, Дж.Клим. Прил. Meteorol., 23, 1258–1260, 1984.

Solomon, S., Qin, D., Manning, M., Alley, R. B., Berntsen, T., Bindoff, N. Л. и Рратт, Д.: Техническое резюме, доступно по адресу: https://www.ipcc.ch/pdf/assessment-report/ar4/wg1/ar4-wg1-ts.pdf (последний доступ: 6 августа 2018 г.), 2007.

Стит, Дж. Л., Дай, Дж. Э., Бансемер, А., Хеймсфилд, А. Дж., Грейнджер, К. А., Петерсен, В. А., Чифелли, Р.: Микрофизические наблюдения тропических облака, J. ​​Appl. Метеорология, 41, 97–117, 2002.

Сторер, Р.Л. и Ван ден Хеевер, С.К .: Микрофизические процессы, очевидные в аэрозольное воздействие на тропические глубокие конвективные облака, J. ​​Atmos. Наук, 70, 430–446, 2013.

Сторер, Р. Л., Ван Ден Хивер, С. К., Стивенс, Г. Л .: Моделирование аэрозоля. воздействия на конвективные бури в различных средах, J. Atmos. Наук, 67, 3904–3915, 2010.

Сторер, Р. Л., Хивер, С. К., и Л’Экуайер, Т. С. Наблюдения за конвективное оздоровление в тропиках восточной Атлантики, вызванное аэрозолем, J. Geophys.Res.-Atmos., 119, 3963–3975, 2014.

Тао, В.-К., Ли, X., Хаин, А., Мацуи, Т., Ланг, С., и Симпсон, Дж .: роль Концентрация атмосферного аэрозоля при глубоких конвективных осадках: Моделирование с разрешением облаков, J. Geophys. Рез., 112, D24S18, https://doi.org/10.1029/2007JD008728, 2007.

Тао, В. К., Чен, Дж. П., Ли, З., Ван, К., и Чжан, К.: Воздействие аэрозолей о конвективных облаках и осадках, Rev. Geophys., 50, RG2001, https://doi.org/10.1029/2011RG000369, 2012 г.

Томпсон, Г., Филд, П. Р., Расмуссен, Р. М., и Холл, В. Д .: Явный прогнозы зимних осадков с использованием усовершенствованной схемы объемной микрофизики. Часть II: реализация новой параметризации снега, Пн. Погода Rev., 136, 5095–5115, https://doi.org/10.1175/2008MWR2387.1.2008, 2008.

Twohy, C.H., Kreidenweis, S.M., Eidhammer, T., Browell, E.V., Heymsfield, А.Дж., Бансемер А.Р. и Ван Ден Хивер С.К .: Сахарские частицы пыли. ядерные капли в облаках восточной Атлантики, Geophys.Res. Lett., 36, L01807, https://doi.org/10.1029/2008GL035846, 2009.

Вали, G .: Терминология нуклеации, B. Am. Метеор. Soc., 66, 1426–1427, 1985.

Вали, Г., ДеМотт, П. Дж., Мёлер, О., и Кит, Т. Ф .: Техническое примечание: A предложение по терминологии образования льда, Атмос. Chem. Физ., 15, 10263–10270, https://doi.org/10.5194/acp-15-10263-2015, 2015.

ван ден Хеевер, С. К., Каррио, Г. Г., Коттон, В. Р., ДеМотт, П. Дж., и Пренни, А. Дж .: Воздействие зародышевого аэрозоля на штормы во Флориде, Часть I: Мезомасштабное моделирование, J.Атмос. Sci., 63, 1752–1775, 2006.

Инь, Ю., Карслав, К. С., Фейнгольд, Г.: Вертикальная транспортировка и обработка. аэрозолей в смешанном конвективном облаке и обратная связь разработка, Q.J. Рой. Метеоро. Soc., 131, 221–245, 2005.

Yoon, Y.J., Ceburnis, D., Cavalli, F., Jourdan, O., Putaud, J.P., Facchini, M.C., O’Dowd, C.D .: Сезонные характеристики физико-химического свойства морских атмосферных аэрозолей в Северной Атлантике, J.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *