Интересные факты конвекция: Урок по теме «Конвекция»

Содержание

Урок по теме «Конвекция»

Технологическая карта урока физики в 8 классе по теме «конвекция »

Тип урока: урок открытия новых знаний

Деятельностная цель:создать способы действий по наблюдению и описанию конвекции

Образовательная цель: узнать новый вид теплопередачи, его механизм и отличие от теплопроводности, познакомиться с видами конвекции и проявлениями ее в природе и технике.

Опорные понятия, термины:внутренняя энергия, способы изменения внутренней энергии,теплопередача,теплопроводность.

Новые понятия:конвекция-вид теплопередачи ,при котором энергия передаётся струями жидкости или газа,виды конвекции:естественная и вынужденная.

Планируемыерезультаты(на раздел)

Личностные результаты:

Самостоятельно приобрели знания и практические умения по теме «конвекция».

Продолжили формирование коммуникативной компетентности в общении со сверстниками и учителем

Убедились в возможностях предмета для решения задач повседневной жизни

Метапредметные результаты:

Ученики умеют проводить эксперимент, прогнозировать результаты

Умеют работать индивидуально, в парах, группах, организовывать учебное сотрудничество, аргументировать свою точку зрения

Продолжили формировать умение оценивать правильность выполнения учебной задачи, определять понятия, создавать обобщение, устанавливать причинно-следственные связи, строить логическое рассуждение и делать выводы, умение создавать схемы

Планируемые предметные результаты:

Ученики умеют распознавать и описывать вид теплопередачи- конвекции и её виды

Условные обозначения:

ЛУУД- личностные универсальные учебные действия

ПУУД- познавательные универсальные учебные действия

РУУД- регулятивные универсальные учебные действия

КУУД- коммуникативные универсальные учебные действия

-Готовы? А сейчас давайте приступим к работе.

Отвечают на приветствие учителя.Выделение существенной информации из слов учителя. Слушание учителя. Целеполагание.Умение настраиваться на занятие.

РУУД: волевая саморегуляция

  1. Этап. Мотивация (самоопределение) к учебной деятельности

Цель: включить учащихся в деятельность (хочу, надо, могу)

Я предлагаю вам начать урок с опыта:

У меня есть две пробирки в каждую налита вода, на дне 1 –ой пробирки лед (ЛЁД ДОЛЖЕН БЫТЬ УТЯЖЕЛЕН ДЛЯ ЭТОГО ОПЫТА),я буду нагревать её сверху.

Во 2-ой пробирке лёд вверху,но нагревать я её буду снизу.

Почему в первой пробирке лед не тает,хотя вода кипит,а во второй растаял?

Урок мы посвятим новому виду теплопередачи.

Какие знания по теме у нас уже есть?

(как мы можем изменить внутреннюю энергию тела?что такое теплопередача?)

Каких знаний (о чём) нам не хватает?

Какие шаги мы должны сделать для открытия нового знания?

Наблюдают эксперимент.

Объясняют :в первой происходит изменение внутренней энергии,одним из видов теплопередачи-теплопроводностью(вода плохой проводник тепла),поэтому лед на дне пробирки не тает.

Смотрят как весь лед быстро растает и вся вода со временем равномерно прогрелась и даже, возможно, закипела

Выдвигают гипотезу:что Проведенный опыт говорит о том, что в данном случае перенос энергии осуществляется не путем теплопроводности, а на основании некого другого явления,в второй пробирке идет изменение внутренней энергии за счет другого вида теплопередачи.

Озвучивают опорные знания: что такое внутренняя энергия, признаки, по которым можно судить о её изменении,какими способами можно изменить внутреннюю энергию.

Не могут назвать новый вид теплопередачи.

Повторить, выполнить пробное учебное действие, понять, что мы не знаем, поставить цель, построить проект выхода из затруднения, закрепить знания и применить.

ПУУД: анализ, установление причинно-следственных связей, построение логической цепи рассуждений

РУУД: оценка (выделение и осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения)

ЛУУД: самооопределение (мотивация учения), смыслообразование

РУУД: планирование.

Цель: подготовить учащихся к самостоятельному выполнению пробного учебного действия, осуществить его и зафиксировать затруднение

Чтобы работа была успешной,давайте вспомним ,что мы знаем о теплопроводности.

Работаем фронтально:

Повторим,что такое теплопроводность-…

Среда , в которой происходит теплопроводность?

Как осуществляется перенос энергии?

Происходит ли при теплопроводности перенос вещества?

Особенности теплопроводности?

Примеры проявления в природе и применения человеком.

Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой. В этом случае тела и все части, участвующие в процессе, находятся в непосредственном контакте.

Металлы,твердые тела ,жидкости и газы.

В результате взаимодействия частиц друг с другом.

Не происходит.

Лучшие проводники тепла-металлы,в вакууме теплопроводность не происходит.

У каждого ученика свой пример:мех животных,пористые материалы в строительстве…

ПУУД: обобщение

Работают в парах :обсуждат две пословицы:(слайд2)

1.За горячее железо не хватайся.Затем кузнец клещи кует ,чтобы рук не обжечь.

2.Наша изба неровного тепла.На печи тепло ,на полу холодно.

Отвечают на вопросы:

1.Что с точки зрения физики объединяют эти пословицы?

2.В чем различие с точки зрения физики явлений ,о которых говориться в пословицах?

Внуренняя энергия тел изменяется с помощью теплопередачи.

Способы передачи тепла –разные.

Кузнец-теплопроводность.

Изба-не знаем.

РУУД: оценка (выделение и осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения)

КУУД: умение выражать свои мысли, аргументировать своё мнение, разрешать конфликты, управлять поведением партнёров.

РУУД: выполнение пробного учебного действия, волевая саморегуляция в ситуации затруднения

ЛУУД: смыслообразование

Цель: зафиксировать во внешней речи место и причину затруднения

Мы не знаем новый вид теплопередачи.

РУУД: оценка (выделение и осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения), целеполагание.

ПУУД: определение основной и второстепенной информации

Цель: организовать постановку цели учебной деятельности, составление плана, выбор способа и средств её реализации

Какова будет цель нашего урока?

Какие шаги нужно сделать для достижения цели?

Тема урока «Конвекция».

КОНВЕКЦИЯ от лат. convectio — принесение – доставка(слайд 3)

Цель урока: изучить новый вид теплопередачи

План.

  1. Формулировка (определение), выражающая суть явления.

  2. Опытные факты, обнаруживающие данное явление.

  3. Теория, объясняющая явление

  4. Область использования данного явления на практике, его проявление в природе.

1.Экспериментально изучить новое явление.

2. Дать определение новому понятию.

3.Выяснить причины её возникновения.

4.Изучить виды данного способа теплопередачи.

5. Сделать вывод и заполнить таблицу.

6. Применить знания.

Каждый пункт плана на магните вывешивается на доску.

Тема урока –проговаривает учитель,т.к. дети не знают название нового вида теплопередачи.

Дети пишут в тетради число и тему урока.

РУУД: целеполагание

Работая индивидуально, в парах ,с учебником, в группах

КУУД: планирование сотрудничества

Критерии достижения цели: выполнили самостоятельную работу в конце урока на использование новых понятий.

РУУД: прогнозирование

  1. Этап. Реализация построенного проекта

Цель: организовать реализацию построенного проекта в соответствии с планом, зафиксировать новый способ действия в знаках

Эксперимент: класс делиться на 6 групп лабораторий.

Интруктаж по ТБ:

  1. Точно выполнять все указания учителя (преподавателя) при проведении работы, без его разрешения не выполнять самостоятельно никаких работ.

    2. При работе со спиртовкой беречь одежду и волосы от воспламенения, не зажигать одну спиртовку от другой, не извлекать из горящей спиртовки горелку с фитилем, не задувать пламя спиртовки ртом, а гасить его, накрывая специальным колпачком.
    3.При нагревание жидкости в пробирке или колбе использовать специальные держатели (штативы), отверстие пробирки или горлышко колбы не направлять на себя и на своих товарищей, не наклоняться над сосудами и не заглядывать в них.
    4. Соблюдать осторожность при обращении с лабораторной посудой и приборами из стекла, не бросать, не ронять и не ударять их.

1,4 группа-оборудование:вертушка из бумаги,свеча,отражатель.

2,5группа-оборудавание:штатив,муфта,кольцо,колба с водой,кусочек красящего вещества,свеча.

3,6группа-оборудование:штатив,лапка,муфта,уровновешенные весы,свеча,отражатель

Каждой группе выдается задание исследовать явление конвекции,результаты которых оформляются в ИКР группы(приложение2)

1. что наблюдали?

2.в каком агрегатном состоянии происходит теплопередача?

3.как вы осуществляли перенос энергии?

4.происходит ли перенос вещества?

5.особенности теплопередачи(почему не происходит конвекция в твердых телах)?

Проанализируйте результаты и попробуйте дать определения конвекции(в ИКР деформированный текст),сравните с текстом учебника.

Обсуждаем версии ответов каждой группы.

Работа в парах с текстом учебника:

Виды конвекции:естественная и вынужденная, ищут определение и примеры в тексте параграфа§5 (учебник Пёрышкин)(слайд 4)

Давайте посмотрим на наш план,все ли пункты мы выполнили,что ещё нам осталось?

Инструкции для каждой группы( приложение 1)

1,4 группа- установит вертушку на заостренном металлическом стержне. Снизу подносит зажженную свечу(спиртовку)( змейка начинает вращаться)

2,5группа-берет стеклянную колбу с водой, на дно опускает кристаллик красящего вещества и поставьте на огонь(свеча,спиртовка)

3 ,6группа- берёт учебные весы, закрепляет их на лапке штатива и уравновешивает. Поднесите снизу на расстояние 10-12 см горящую свечу(спиртовку). (весы выходят из равновесия).

Нагревание воды в колбе,нагревание воздуха под вертушкой

Жидкости и газы.

Струями жидкости и газа.

Происходит.

Работает сила Архимеда,данный вид теплопередачи основан на разности плотностей жидкости или газа при нагреве.
Например, вода, которая находится на дне (близко к нагревателю) имеет большую температуру, а, следовательно ,меньшую плотность чем более холодная вода у поверхности, а значит более тёплая вода снизу начинает «всплывать» и замещаться более тяжёлой холодной. по мере подъёма она будет остывать и снова тонуть, где опять будет нагреваться. То же самое происходит с газом.

Вид теплопередачи ,при котором энергия переносится струями жидкости или газа,называется конвекцией.

Чертим в тетради схему:

конвекция

естественная

Вынужденная

определение видов выписывают из учебника,приводят примеры видов.

Применить знания

КУУД: планирование учебного сотрудничества, управление поведением партнёра, умение выражать свои мысли

ПУУД: выявление идеи опыта, определение порядка проведения опыта, выбор наиболее эффективного способа

проведение опыта, проведение опыта,анализ результатов

ПУУД: установление причинно-следственных связей.

ПУУД: выявление идеи опыта, проведение эксперимента.

КУУД: учёт разных мнений, управление поведением партнёра, умение выражать свои мысли.

РУУД: планирование (алгоритмизация)

ПУУД: извлечение из текста информации, заданной в явном виде, сравнение.

.

6 этап. Первичное закрепление во внешней речи

Цель: организовать усвоение нового способа действий при решении типовых задач с проговариванием во внешней речи

Итак возвращаемся к эксперименту и пословице в начала урока. Объясните опыт и пословицу.

Надо научиться применять новые знания .

Любое вещество не в твердом агрегатном состоянии,при нагревании расширяется и становиться менее плотным,более нагретов вещество поднимается вверх,а менее нагретое опускается вниз,поэтому нагретые слои воды в 1 –ой пробирке не опускались вниз и лёд не таял,а во 2-ой пробирке нагреваемые слои поднимались вверх ,из-за чего лёд таял.

Плотность холодного воздуха больше ,поэтому он опускается вниз,следовательно на полу холодно,а теплый поднимается вверх из-за небольшой плотности.

РУУД: планирование

ПУУД: анализ, обобщение

7 этап. Самостоятельная работа с самопроверкой по эталону

Цель: организовать самостоятельное выполнение учащимися типовых заданий на новый способ действия, выявить качество и уровень усвоения знаний, установить причину выявленных недостатков

Что нужно сделать,чтобы убедиться что мы поняли новый материал?

Тест.( самопроверка)(слайд 5)

Самостоятельно выполнить задания на новый способ действия.

Ответы (слайд6)1-в

2-а

3-в

4-а

5-а

6-в

РУУД:планирование,контроль в форме сличения способа действий с заданным эталоном с целью обнаружения отклонений и отличий от эталона

8 этап. Включение в систему знаний и повторение

Цель: организовать отработку навыков использования нового содержания совместно с ранее изученным материалом

На слайде перед вами советы юного физика,дополните их и объясните:

1.Зимой я буду носить просторные сапоги,т.к.они… (слайд7)

2.Открываю духовку с готовящимися пирогами ,я буду стоять…(слайд8)

3.В сильный мороз лицо необходимо смазать жирным кремом,так как….(слайд9)

4.Если я захочу ,чтобы мой чай остыл быстрее,я….(слайд10)

1. Лучше защищают от мороза.Воздух плохо проводит тепло,в сапоге он является ещё одной прослойкой,которая задерживает тепло.

2.Сбоку и не буду смотреть сверху на них,т.к. можно получить ожог конвекционными потоками воздуха.

3.Жир обладает плохой теплопроводностью и защищает кожу от переохлаждения.

4.Помешаю его ложкой(вынужденная конвекция).

ПУУД: обобщение, построение логической цепи рассуждений

9 этап. Рефлексия учебной деятельности на уроке

Цель: зафиксировать новое содержание, изученное на уроке, организовать рефлексию и самооценку учениками собственной учебной деятельности

  1. Что мы сегодня на уроке делали?

  1. Подчеркните в табличке верные для вас утверждения

1.Экспериментально изучили и назвали новый способ теплопередачи

2. Дали определение новым понятиям.(конвекция,естественная ,вынужденная).

3. Сделали выводы и заполнили таблицу.

4. Применили знания в решении задач.

Подчёркивают в таблице

Активно работал.

Просто сидел.

Коротким

Длинным

Устал

Не устал

Мне помогала в открытии новых знаний

Отвлекала.

Всё понял

Понял частично.

Ничего не понял

РУУД: оценка (выявление о осознание учащимися того, что уже усвоено и что ещё подлежит усвоению, осознание качества и уровня усвоения).

РУУД: контроль в форме сличения деятельности на уроке с критериями формирующего оценивания

  1. Домашнее задание: §5,сборник вопросов и задач А.А. Марон № 691,692,694,700(слайд11)

  1. Петерсон Л.Г. Деятельностный метод обучения: образовательная система «Школа 2000…»/ Построение непрерывной сферы образования.- М.: АПК и ППРО. УМЦ «Школа 2000…», 2007.- 448 с.

  2. Физика. 8 кл.: учеб. для общеобразоват. учреждений/А.В.Перышкин– М.: Дрофа, 2010. – 237.

3.Источник иллюстраций:

Приложение 1 (икр для групп):

Состав группы:

1.

2.

3.

4.

Таблица:

Определение конвекции:

жидкости вид при теплопередачи называется энергия, котором или переносится струями газа, конвекцией.

—————————————————————————————————————————————————————————

Приложение 2(инстукции для групп):

1,4 группа(опыт с вертушкой)

Оборудование:вертушка из бумаги,штатив,лапка,муфта,свеча,отражатель.

Цель:исследовать явление конвекции

Ход работы:

1.собрать установку как на рисунке

2.поджечь свечу.

3.наблюдаем вращение змейки.

4.заполняем ИКР группы

2,5 группа(опыт с колбой)

Оборудавание:штатив,муфта,кольцо,колба с водой,кусочек красящего вещества(марганцовка),свеча.

Цель:исследовать явление конвекции

Ход работы:

1.Собираем установку как на рисунке.

2.Кладем на дно колбы небольшой кусочек марганцовки.

3.Поджигаем спиртовку.

4.Наблюдаем как окрашенные потоки воды поднимаются вверх.

5.Заполняем ИКР группы.

3,6 группа(опыт с весами)

Оборудование:штатив,лапка,муфта,уровновешенные весы,свеча,отражатель.

Цель:исследовать явление конвекции

Ход работы:

  1. Группа берёт учебные весы, закрепляет их на лапке штатива и уравновешивает.

  2. Поджигают свечу.

  3. Подносят снизу на расстояние 10-12 см к правой чаши весов горящую свечу

  4. Наблюдаем ,что весы вышли из равновесия.

  5. Заполняем ИКР группы.

18 удивительных фактов о микроволновках — Ferra.

ru

Микроволновая печь обезвреживает губки для посуды

Губки для посуды – рассадник бактерий, в том числе, болезнетворных, как их ни промывай. НО стоит на минуту поместить губку в микроволновку и выставить мощность 700-800 Вт, все: происходит денатурация белков и микроорганизмы погибают. Кстати, та же самая денатурация белков происходит и при термической обработке продуктов.

Микроволновка может заменить духовку

Если это современная модель с конвекцией и грилем или просто с конвекцией, то, по сути, это уже не микроволновка, а небольшая духовка. Режим конвекции можно использовать и вместе с режимом микроволн, и отдельно, в комбинации с ТЭНами. В некоторых моделях даже дверца открывается сверху вниз, как в духовых шкафах.  

Микроволновка может заменить пароварку

Контейнер-пароварку из пластика можно купить для любой микроволновки – это будет дешевле, чем покупать пароварку отдельно. Но есть модели, в которых пароварка входит в комплект, например, от Whirlpool.

Микроволновка может заменить водяную баню

«Растопите шоколад и сливочное масло на водяной бане» — эту рекомендацию содержат все рецепты брауни, ганашей для пирожных макарун и прочих изысканных десертов. СВЧ в помощь, это быстрее и требует меньше посуды.

В микроволновке прекрасно получается бисквит

Причем готовить можно непосредственно в той же посуде, в которой вымешивалось бисквитное тесто, главное, чтобы она не была металлической: стеклянная или пластиковая идеально подойдет. Именно поэтому так популярны в Интернете рецепты маффинов и кексов в чашках. Пять минут – и готово.

В микроволновке отлично выходят яйца-пашотт

Все знают, что яйца в скорлупе нельзя готовить в СВЧ – это выяснил еще Перси Спенсер во время первых опытов с магнетроном. А вот без скорлупы – прекрасно получаются: яйцо нужно готовить в воде в специальных формочках-пашоттницах или, при определенном навыке, просто в миске с водой. Но тогда по одному.

Микроволновка может освежить черствый хлеб

Стоит лишь немного сбрызнуть его водой и положить на минуту в камеру СВЧ, вставив половинную мощность. Точно также можно разморозить замороженный хлеб – например, тостовый.

В микроволновке за секунды можно сделать мыльное облако для ребенка

Дно микроволновки лучше застелить бумагой для выпечки, на нее положить кусок обычного мыла и на несколько секунд включить полную мощность. Мыло превратится в пушистое облако, с которым можно сделать массу всего интересного: взять с собой в ванную, покрасить разными красками, разорвать на несколько кусочков, из которых слепить новые маленькие мыльца в формочках. Роль пушистого снега мыльному облаку тоже под силу. 

Урок «Теплопередача. Способы теплопередачи. Теплопередача в быту, природе, технике» с использованием набора «Тепловые явления» из серии оборудования «L-микро»

Урок «Теплопередача. Способы теплопередачи. Теплопередача в быту, природе, технике» с использованием набора «Тепловые явления» из серии оборудования «L-микро»

Зенкова Ю.Н.

(Свердловская обл., г.Краснотурьинск, Россия,

МАОУ «СОШ № 17»

[email protected])

Предлагаемый конспект урока предназначен для учителей физики. Тема урока: «Теплопередача. Способы теплопередачи. Теплопередача в быту, природе, технике». 8 класс. Тип урока: урок с усвоением новых знаний.

Урок основан на использовании набора «Тепловые явления» из серии оборудования «L-микро». В рамках национального проекта «Образование» наша школа получила современное физическое оборудование серии «L-микро», и в комплекте с компьютерным блоком я уже не первый год провожу современный, соответствующий требованиям ФГОС урок.

Цели урока:

— образовательная — познакомить учащихся с тремя способами теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение, и на примерах рассмотреть их проявления в быту, природе и технике.

— развивающая – способствовать овладению основными способами мыслительной деятельности (выделять главное, сравнивать, доказывать, объяснять физические явления), развитию речи, формированию познавательного интереса.

— воспитательная – воспитание любви к природе, наблюдательности и убеждения того, что, опираясь на полученные знания, человек способен их использовать в быту и в технике.

Используемое оборудование.

1. Набор «Тепловые явления» из серии оборудования «L-микро».

2. Компьютер, проектор.

3. Компьютерный измерительный блок.

4. Экран.

5. Кусочки проволоки.

6. Свеча.

7. Трёхлитровая банка с холодной водой.

8. Небольшой кипятильник.

Ход урока.

I.Организационный этап (1 минута): создание благоприятных условий для дальнейшего сотрудничества и подготовка к восприятию нового материала.

II.Актуализация опорных знаний (5 минут): повторение изученного ранее.

Учитель: У Вас на столах лежат кусочки проволоки. Попробуйте несколько раз сгибать проволоку то в одну, то в другую сторону. Потрогайте место сгиба. Что вы ощущаете?

Ученики: проволока нагрелась.

Учитель. О чём свидетельствует повышение температуры?

Ученики: об увеличении средней скорости движения молекул, а значит об изменении внутренней энергии.

Учитель: Какую энергию называют внутренней энергией тела?

Ученики: Внутренняя энергия тела – это сумма кинетической энергии всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальной энергии их взаимодействия.

Учитель: Итак, при совершении работы над проволокой механическая энергия превращалась во внутреннюю энергию. А как ещё можно изменить внутреннюю энергию тела?

Ученики: Опустить проволоку в стакан с горячей водой, положить на батарею, подержать над пламенем свечи — при этом она будет нагреваться, или привести в контакт с более холодным телом – проволока будет охлаждаться.

III.Изучение нового материала (25 мин).

Учитель: да, при этом говорят, что изменение внутренней энергии происходит при помощи теплопередачи. Таким образом, тема урока «Теплопередача. Способы теплопередачи. Теплопередача в быту, природе, технике».

Запишем определение: Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей.

Теплопередача всегда происходит в одном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. Когда температуры тел выравниваются, теплопередача прекращается. Существуют три способа теплопередачи: 1) теплопроводность; 2)конвекция; 3)излучение.

(Учащиеся чертят таблицу, и в процессе урока она заполняется).

Таблица 1.Виды теплопередачи

Вид теплопередачи

Особенности вида теплопередачи

Примеры в природе и технике.

Теплопроводность —

Конвекция —

Излучение —

Учитель: Рассмотрим первый способ теплопередачи – теплопроводность. Запишем определение в таблицу.

Теплопроводность называют явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при непосредственном контакте.

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

Проводится демонстрационный эксперимент «Теплопроводность».(2, с.11)

Цель: показать процесс переноса энергии в твердом теле, сравнить теплопроводности различных материалов.

Собираю установку. (Фото 1).Сначала использую медный стержень, опуская один его конец в горячую воду. Изменение энергии конца стержня регистрируется с помощью датчика температуры. На мониторе появляется график изменения температуры, который отражает процесс передачи энергии по стрежню от более нагретой его области в менее нагретую.

Для второго опыта использую два стержня одинаковых геометрических размеров с различной теплопроводностью (медный и стальной). На экране появляются две кривые роста температуры, соответствующие двум различным материалам. При анализе температурных кривых учащиеся отмечают разную скорость нагрева для различных веществ.

Фото 1. Демонстрационный эксперимент «Теплопроводность»

Предлагаю учащимся самим попытаться объяснить увиденное, используя знания о строении вещества.

Прослушав версии учащихся, подвожу итог. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части стержня, который погружен в горячую воду. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинается повышаться температура следующей части стержня и т.д.

Малую теплопроводность жидкости демонстрирую так: в трехлитровую банку наливаю воду и с помощью небольшого кипятильника нагреваю её верхнюю часть. Вскоре учащиеся замечают, что вода у поверхности кипит, а в нижней части банки остается холодной.

Предлагаю учащимся самим попытаться объяснить увиденное, используя знания о строении вещества.

Прослушав версии учащихся, подвожу итог. У жидкостей молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах, поэтому передача энергии происходит дольше.

Теплопроводность газов изучаем с помощью современных пластиковых окон, в которых установлено три стекла, разделённых воздушными промежутками. Про назначение стекла в окне учащиеся отвечают быстро: «Стекло не пускает холодный воздух с улицы в дом (и не выпускает тёплый из дома на улицу)».

Учитель: а зачем между стёклами воздушная прослойка?

Обменявшись версиями, учащиеся дают ответ: «Чтобы уменьшить теплопередачу через окна, ведь теплопроводность воздуха намного меньше теплопроводности стекла».

В таблице учащиеся записывают особенности теплопроводности: теплопроводность металлов>жидкостей>газов. Но самой низкой теплопроводностью обладает вакуум, где нет частиц вещества, и, соответственно, их взаимодействий друг с другом.

Первичное усвоение новых знаний проверяю с помощью вопросов (3, с.43):

1.Почему алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая чашка с чаем нет? (Алюминий обладает большей теплопроводностью).

2.В каком чайнике вода нагреется скорее: в новом или в старом, на стенках которого имеется накипь? (В новом, т.к. слой накипи ухудшает теплопроводность стенок чайника).

3. В какой посуде пища подгорает легче: в медной или в чугунной? Почему? (В медной, т.к. теплопроводность меди больше, чем чугуна).

4. При какой температуре и металл, и дерево будут казаться на ощупь одинаково нагретыми? (При температуре равной температуре человеческого тела, когда не происходит теплопередача).

5. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая? (Влажная, так как имеет большую теплопроводность).

6.Почему ранней весной образуются воронки в снегу вокруг стволов деревьев? (Днём стволы деревьев нагреваются и некоторое количество теплоты передается вниз, т. к. влажное дерево обладает хорошей теплопроводностью. Вследствие этого почва согревается, и снег вокруг ствола оттаивает).

7.В одежде из синтетической ткани в холод холоднее, а в жару теплее, чем из шерстяной. Почему? (Плотная синтетическая ткань обладает лучшей теплопроводностью, чем шерсть, содержащая внутри себя воздух).

8.Человек не чувствует прохлады на воздухе при 20 0С, а в воде зябнет при температуре 25 0С. Почему? (Вода обладает большей теплопроводностью, чем воздух, поэтому в воде тело человека охлаждается быстрее).

Учитель: Следующий вид теплопередачи – конвекция. Запишем определение в тетрадь: Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа. Рассмотрим её особенности.

Демонстрационный эксперимент «Конвекции в газе» (2, с.14)

Цель: показать процесс переноса энергии в газе на примере естественной конвекции.

Собираю установку. (Фото 2).Сначала помещаю чувствительный элемент датчика на некотором расстоянии над кистью, а потом под ладонью. На экране появляется кривая роста температуры. Разница температуры вполне заметна для того, чтобы ученики смогли сделать вывод о существовании потока нагретого воздуха, поднимающегося над рукой. Различие в температурах будет ещё заметнее, если ладонь слегка сжать и образовать некоторое подобие трубы. Конвекционный поток в этом случае усиливается, что наглядно показывает природу эффекта тяги в печных трубах. Эксперимент можно повторить, держа термометр над стаканом с горячей водой или любым нагретым телом.

Фото 2. Демонстрационный эксперимент «Конвекции в газе»

Предлагаю учащимся самим попытаться объяснить увиденное, используя знания о строении вещества.

Прослушав версии учащихся, подвожу итог. Воздух, соприкасающийся с теплой рукой, нагревается и расширяется, становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх больше, чем сила тяжести, которая действует на теплый воздух. В результате этого теплый воздух поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.

Демонстрационный эксперимент «Конвекции в жидкости» (2, с.16).

Цель: показать процесс переноса энергии в жидкости на примере естественной конвекции.

Собираю установку. (Фото 3).В стакан, разделенной теплоизоляционной перегородкой на два равных объёма, наливаю одновременно горячую и холодную воду. Опускаю в воду датчики температуры. На экране монитора видны две линии, соответствующие температурам холодной и горячей воды. Придерживая стакан, удаляю перегородку и наблюдаем процесс перемешивания жидкости. На экране появляются затухающие колебания температурных кривых, которые через некоторое время сольются, что будет свидетельствовать о наступлении стационарного теплового состояния.

Фото 3.Демонстрационный эксперимент «Конвекции в жидкости»

При анализе кривых, обращаю внимание учащихся, что процесс перемешивания сопровождался конвекцией, что и вызывает пульсации температуры.

Учащиеся делают записи особенностей конвекции в таблице.

Первичное усвоение новых знаний проверяю с помощью вопросов (3, с. 45):

1.Почему оконные стекла начинают замерзать снизу раньше и в большей мере, чем сверху? (Теплый воздух имеет меньшую плотность, чем холодный. Поэтому архимедова сила вытесняет нагретый воздух в верхние слои).

2.Когда скорее остынет чайник с кипятком: когда чайник поставлен на лед или когда лед положен на крышку чайника? (Когда лёд положен на крышку чайника).

3.Почему кофе, чай, суп скорее охлаждается, когда мешают их ложкой? (Вынужденная конвекция поднимает более нагретые слои жидкости вверх и приводит их в соприкосновение с менее нагретым воздухом).

4.Когда парусным судам удобнее входить в гавань – днём или ночью? (Парусны…

Если Вы являетесь автором этой работы и хотите отредактировать, либо удалить ее с сайта — свяжитесь, пожалуйста, с нами.

Физика в школе 867

Внутренняя энергия

Внутреннюю энергию тела составляет сумма кинетической энергии движения всех молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

Кинетическая энергия Потенциальная энергия Внутренняя энергия
Твердое тело Eкин ≈ 0 Eпот >> Eкин E ≈ Eпот
Жидкость E = Екин + Епот
Газ Eкин >> Eпот Eпот ≈ 0 E ≈ Eкин

Теплообмен

Теплота — количественная мера изменения внутренней энергии при теплообмене.

Теплообмен — самопроизвольный процесс передачи теплоты от более нагретого тела к менее нагретому.

Теплопроводность

Теплота передается (молекулами или атомами) от частиц более нагретой части тела к частицам менее нагретой.

Само вещество в процессе не переносится — переносится лишь энергия.

Конвекция

Теплота передается путем переноса вещества в жидкостях или газах.

Облучение

Теплота передается излучением, то есть переноса вещества не происходит.

Примеры теплообмена

Нагревание любого твердого тела с ненулевой теплопроводимостью: нагревая одну часть, теплота передается в другие части тела.

Чайник: вода нагревается снизу и, так как теплая вода легче обычной, переносится вверх, а ненагретая переходит вниз и нагревается. Таким образом, нагревается вся вода в чайнике.

Ультрафиолетовые лучи Солнца, луч лазера.

Теплоемкость

Удельная теплоемкость тела — физическая величина, равная количеству теплоты, которое нужно сообщить телу массой 1 кг, чтобы нагреть его на 1 °C.
Теплота, нужная, чтобы нагреть вещество с удельной теплоемкостью c, массой m на ΔT:

Теплоемкостью тела называется величина:

С учетом этого, вышеприведенная формула будет записана так:

Удельная теплота

Плавления

Для того, чтобы расплавить тело массой m, требуется теплота:

λ — удельная теплота плавления данного тела.

Сгорания

Теплота, выделяемая при сгорании тела массой m равна:

q — удельная теплота сгорания данного топлива или вещества.

Парообразования

Теплота, выделяемая при парообразовании жидкости массой m равна:

r — удельная теплота парообразования данной жидкости.

Уравнение теплового баланса

В замкнутой системе тел сумма всех выделенных теплот равна 0:

Примеры:

Тело расплавилось. Q1 — выделенная телом теплота, Q2 — выделенная окружающей средой теплота. Так как Q1 > 0, то Q2 = — Q1 — окружающая среда тепло не выделяла, она его принимала. Потому знак отрицательный — она приняла теплоту, равную — Q1.

В стакане вода с t = 20°C, в воду окунули лед. Теплота от воды (более нагретого тела) передается льду (менее нагретому телу), пока система не достигнет теплового равновесия (температуры тел не станут равны). Если пренебречь потерями в окружающую среду теплоты, то Q1 — выделенная водой теплота, Q2 — выделенная льдом теплота. Здесь лед теплоту не выделяет, а принимает, потому Q2

Мифы и факты о жидкой теплоизоляции

Миф 1. Жидкая «теплоизоляция».

Теплофизика интересная наука, но не все ее законы широко применяются в области строительства. Существует несколько способов переноса тепла: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплота — форма энергии, которая обычно ассоциируется с визуальным восприятием таких явлений, как огонь, пар или кипящая вода. Эти очевидные представления о теплоте в действительности охватывают лишь незначительную часть явления. Принцип теплопроводности применяется при теплоизоляции пористыми материалами. Принцип конвекции используют при водяном отоплении. Однако тепло передается также и путем излучения (лучистой энергии). Современные жидкие теплоизоляционные материалы работают за счет отражения лучистой энергии. И в отличие от пористых материалов, которые тормозят тепловой поток, жидкие покрытия на основе микросфер (ЖКТИ) отражают тепловую энергию в сторону источника тепла. Поэтому все покрытия на основе микросфер справедливо называть не «теплоизоляционными», а «теплоотражающими» покрытиями.

Миф 2. 1 мм = 50 мм минваты

Согласно информации, размещенной на сайтах целого ряда производителей жидких теплоотражающих покрытий, слой их материала толщиной всего 1 мм способен составить полноценную замену слою минеральной ваты толщиной 50 и более мм.

Данные утверждения вызывают сомнения у любого здравомыслящего человека.

Многими учеными специалистами было проведено более пятидесяти исследований и экспериентов с жидкими теплоотражающими покрытиями различных производителей.

В результате проведенных исследований, они пришли к выводу, что 1 мм жидких теплоотражающих покрытий сопоставим по своим свойствам с 20 мм минваты, о чем свидетельствует соответствующий протокол. Однако это вовсе не означает, что в любой ситуации 2 см минеральной ваты просто заменяются на 1 мм Жидкого теплоотражающего материала. Повторюсь, материал работает за счет отражения лучистой энергии и его коэффициент теплопроводности – величина относительная. Для каждой ситуации этот коэффициент будет различен.

При расчете точного количества необходимого для Вашего конкретного объекта материала необходимо проконсультироваться с поставщиком (или производителем), запросить тепловой расчет.

Миф 3. Коэффициент теплопроводности ? = 0,001 Вт/м?К

Возможно, именно на этом мифе и основана вся нелюбовь к жидким теплоотражающим покрытиям. Заявляя о аномально низкой теплопроводности, производители надеются привлечь клиента, а привлекают негатив.

Совершенно не понятная позиция, учитывая, что, как мы сказали выше, краска работает не за счет теплопроводности, а за счет теплоотражения.

И относительный (расчетный) коэффициент ее теплопроводности будет различным для разных условий применения и для разного количества отраженной теплоты.

Когда Вы говорите о термосе, Вы же не думаете об его теплопроводности. Для Вас важнее его способность сберегать тепло (или холод). А представьте, что пища внутри термоса еще и подогревается. Примерно так же и работает жидкое теплоотражающее покрытие. Теплопроводность тут совершенно не причем.

Из общения с одним из производителей:

«… реальная теплопроводность нашего материала 0,011 Вт/м*К.

Так как некоторые известные бренды изначально заявили 0,001 Вт/м*К, и продолжают об этом заявлять, ты мы (производители которые начали позже производить данный материал) соответственно не можем сегодня указать теплопроводность 0,011 Вт/м*К, я думаю, Вы понимаете почему, у нас просто продаж не будет.»

Миф 4. Поноцея от всех болезней

Некоторые продавцы утверждают, что «Любой объект, нуждающийся в теплоизоляции, можно эффективно обработать с помощью ЖКТИ».

Перечень условий, при которых использование ЖКТИ нецелесообразно:

  • в помещении нет источника тепла. Теплометт отражающее покрытие и при отсутствии источника тепла, ему просто нечего будет отражать.
  • Существует течь. Теплометт не гидроизоляция и не закрывает течи.
  • Щели в стене. В отличие от минваты и других утеплителей Теплометт не затыкает щели, из которых дует.
  • В вашем районе мощные ветра. Материал в первую очередь теплоотражающий, от сильных ветров он не спасет.
  • Фасад дома облицован плиткой. Теплометт следует наносить непосредственно на стену, а не на декоративное покрытие. Но можно положить плитку (или другое декоративное покрытие) на Теплометт, который прекрасно работает под облицовкой.

В этих случаях жидкая теплоизоляция не поможет!!!

Миф 5. Борется с плесенью

Жидкая теплоизоляция помогает предотвратить появление плесени, но не уничтожает уже существующую.

В случае если на стене уже есть плесень, перед применением ЖКТИ, необходимо вначале обработать поверхность противогрибковыми препаратами.

Миф 6. Универсальный материал 3 в 1

Многие предлагают уникальный теплоизоляционный материал, который можно наносить прямо на ржавую поверхность.

Всего насчитывается более сорока разнообразных видов коррозии, но и методов предохранения от нее известно не меньше.

При нанесении «прямо на ржавчину» зачастую не учитывается толщина ржавчины, а входящего в состав жидкого теплоотражающего покрытия ингибитора коррозии бывает недостаточно, чтобы «пробить» ржавчину полностью. В результате коррозия развивается под покрытием и рано или поздно она выходит на поверхность.

Для получения долговечного результата, металл нужно очистить, загрунтовать и только потом утеплять.

Миф 7. «Она не дышит»

Бытует мнение, что ЖКТИ, образует не дышащее покрытие и влага скапливается в стене, разрушая ее.

Способность покрытия «дышать», во многом зависит от используемых при производстве ЖКТИ компонентов. Например, в Теплометт, применяются те же компоненты, что и в акриловых красках. Поэтому Теплометт образует «дышащее» атмосферостойкое покрытие.

Волшебный мотор — Опыты с давлением — Опыты по физике

Комментариев: 1

В этом эксперименте ты сможешь заставить лист бумаги работать, как мотор – конечно, с помощью воздуха.

Реквизит
  • Клей
  • Квадратный кусок дерева 2,5х2,5см
  • Швейная иголка
  • Бумажный квадрат 7, 5х7,5 см
Подготовка
  1. Нанеси каплю клея в центре деревяшки.
  2. Установи в клей иголку острым концом вверх, под прямым углом (перпендикулярно) к деревяшке. Держи её в таком положении, пока клей не застынет настолько, что иголка будет стоять самостоятельно.
  3. Сложи бумажный квадрат по диагонали (угол к углу). Разверни, и сложи по другой диагонали.
  4. Снова разверни бумагу.
  5. Там, где пересекаются линии сгиба, находится центр листа. Лист бумаги должен выглядеть как низкая, уплощённая пирамида.
Начинаем научное волшебство!
  1. Объяви зрителям: «Теперь у меня есть волшебная сила, которая поможет мне запустить маленький бумажный моторчик».
  2. Поставь на стол деревяшку с иголкой.
  3. Положи на иголку бумагу, так, чтобы её центр оказался на острие иголки. 4 стороны пирамиды должны свисать вниз.
  4. Произнеси волшебные слова, например : «Волшебная энергия, заведи мой мотор!»
  5. Потри ладони 5-10 раз, потом сложи их вокруг пирамиды на расстоянии около 2,5 см от краёв бумаги. Посмотри, что получиться.
Результат

Бумага сначала будет качаться, а затем начнёт вращаться по кругу.

Объяснение

Веришь или нет, но бумагу заставит двигаться тепло от твоих рук. Когда ты трёшь ладони друг о друга, между ними возникает трение – сила, которая тормозит движение соприкасающихся предметов. Из-за трения предметы разогреваются, значит, и трение твоих ладоней производит тепло.

Тёплый воздух всегда движется от тёплого места к холодному. Воздух, соприкасающийся с твоими ладонями, нагревается. Тёплый воздух поднимается вверх, так как расширяется и становится мене плотным, следовательно, более лёгким. Двигаясь, воздух соприкасается с бумажной пирамидой, заставляя двигаться и её.

Такое перемещение тёплого и холодного воздуха называется конвекцией. Конвекция – это такой процесс, при котором в жидкости или газе возникают потоки тепла.

Предмуссонная жара в Индии. Когда же придут спасительные дожди?

 

 

 

 

 

Индия охвачена нестерпимым зноем – в стране предмуссонная жара. После зимы температура начинает повышаться уже в феврале, а в апреле-мае достигает своего пика. Обычно апрель считается началом индийского лета, а май является наиболее изнурительным месяцем. В горных районах жара менее ощутима. Во времена британского владычества в период апрельско-майской жары губернаторы и все их окружение переезжали в маленькие города в горах — Дарджилинг и Отакамунд, которые становились летними столицами. Традиция жива и до сих пор – так поступают многие состоятельные индийцы. 


Большая часть граждан Индии должна переносить сильную жару в местах своего постоянного проживания. В это время воздух очень запылен, высока вероятность мглы, особенно в середине дня, когда усиливающийся ветер поднимает с поверхности почвы мелкие частички. Воздух так раскаляется от поверхности, что развивается конвекция, которая местами приводит к развитию кучево-дождевых облаков. Локальные грозовые ливни этого периода не приносят много осадков, и лишь на короткое время могут сбить жару.

 

Интересные факты приводят метеорологи о завершившемся апреле, который, по мнению многих, в Дели был не таким жарким, как обычно. На самом деле, значения средней температуры всего месяца, средний минимум и средний максимум оказались близкими к норме. Самая высокая дневная температура в Дели отмечалась 4 апреля, когда воздух прогрелся до 38,7°. В то же время это самый низкий апрельский максимум за последние 30 лет — с 1982 года, когда было 38,0°. Всего, говорят индийские метеорологи, было 46 лет с более низким средним дневным максимумом за 112-летний ряд наблюдений, 55 лет с более низким средним ночным минимумом, и 49 лет (примерно 45%) с меньшей средней месячной температурой. При этом во второй половине месяца, из-за высокой повторяемости гроз, максимальная температура в столице ни в один день не превысила 40-градусной отметки. Последний раз такое случалось 15 лет назад.

 

Май в Индии, как правило, бывает еще жарче, чем апрель. Особенно знойным выдался май 2007 года. Тогда температура поднималась до 50°, только за первые десять дней месяца погибли около 120 человек. И в мае 2012 года жара усилилась. Индийцы с еще большим нетерпением ожидают начала спасительных муссонных дождей. Но пока полуденный зной достигает в центре, на севере и на востоке страны 40-46° С, что выше нормы на 5-6°.

Медики советуют не выходить на улицу из своих жилищ. Они призывают применять строгие профилактические меры против распространения лихорадки, переносимой москитами, увеличение популяции которых всегда сопровождает жаркую погоду.

Уже в конце апреля Национальная служба погода Индии (IMD) выпустила прогноз развития предстоящего муссона. С 2007 года специалисты используют ансамблевый статистический метод, и прогноз дается в вероятностной форме. В качестве предикторов используются определенные за предшествующие несколько месяцев такие параметры как температура морской поверхности в Северной Атлантике, в экваториальной части южной половины Индийского океана, атмосферное давление в Восточной Азии, температура воздуха в приземном слое над Северо-Западной Европой, количество теплой воды в экваториальной части Тихого океана.

Такой прогноз составляется по 5 категориям:

дефицит осадков (менее 90% от нормы),

меньше нормы (90-96%),

около нормы (96-104%),

больше нормы (104-110%),

избыточное увлажнение (более 110%).

Климатическая повторяемость этих категорий составляет 16, 17, 33, 16 и 17% соответственно. Предварительный прогноз юго-западного муссона на 2012 год предусматривает 8, 24, 47, 17 и 4% соответственно.

В последние годы Национальная служба погоды Индии (IMD) совместно с Институтом тропической метеорологии (IITM) в Пуне, для прогноза муссона используют и динамические модели общей циркуляции атмосферы. Кроме того, стали учитываться прогнозы научно-исследовательских институтов и национальных метеослужб других стран.

Особенно важным представляется учет режима температуры в тропиках Индийского и Тихого океанов. В рассмотрение берутся и фаза явления Эль-Ниньо-Южное колебание и фаза похожего колебания в Индийском океане (диполь).

Расширенный за счет всего этого новый ансамбль позволил ожидать, что в этом году с вероятностью 47% сезон будет близким к норме, с вероятностью 24% — что дождей будет меньше нормы, и примерно с такой же вероятностью – что дождей выпадет больше нормы. Вероятность того, что сезон окажется очень сухим (осадков будет меньше 90%) или очень влажным (более 110% от нормы), составляет менее 10%. Среднее по стране (за 1951-2000 гг. ) количество осадков составляет 890 мм.

Индийские метеорологи в июне выпустят уточненный и детализированный по территории и месяцам прогноз развития муссона на период июнь-сентябрь. Следующие прогнозы будут выпускаться ежемесячно до окончания муссона.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Другим важным прогнозом является прогноз даты начала муссонных дождей. В последние годы IMD удается это сделать с точностью до 1-4 дней. Средней датой начала муссона является 1 июня. В последние 7 лет старт сезона приходился на интервал от 23 мая до 7 июня. Обычно дожди начинаются в штате Керала, что сигнализирует о дальнейшем распространении границы муссона по территории Индостана.


На акваторию Андаманского моря юго-западный муссон обычно приходит около 20 мая (стандартное отклонение от этой даты – 1 неделя). Внутритропическая зона конвергенции уже активизировалась, что говорит о том, что вот-вот над регионом установятся муссонные потоки, пересекающие экватор, и над морем будут формироваться мощные дождевые облака. Последние данные показывают отсутствие тесной связи между появлением дождей в Андаманском море и началом муссона в Керале и на остальной территории Индостана.

В прогнозе начала дождей в Керале в качестве предикторов используются характеристики температурного режима над северо-западной Индией, предмусонных дождей на юге полуострова, уходящей длинноволновой радиации над югом Китайского моря и над юго-западом Тихого океана, зонального ветра в нижней тропосфере над югом Индийского океана и в верхней тропосфере на востоке экваториальной зоны Индийского океана.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Модельные расчеты указывают на то, что муссон в Керале начнется 1 июня, ошибка расчета +/- 4 дня.  


 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

интересных фактов о тепле — Согревание — Помимо пингвинов и белых медведей

ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛО?

Возьмем кружку дымящегося чая — она кажется мне теплой. Если я прикоснусь к ней, тепло от кружки перейдет к моей руке. Это простая история: горячая вещь нагревает более холодную за счет передачи теплоты или, точнее говоря, тепловой энергии.

Изображение предоставлено Викискладом.

Тепло само по себе не «вещь», а скорее процесс передачи энергии — различие, которое трудно понять учащимся и, как правило, полностью не усваивается до средней школы или позже. Люди использовали , чтобы думать, что тепло — это некая невесомая вещь (называемая «калорией»), которая переходит от горячего объекта (чая) к холодному объекту (моя рука). Но это не объясняет, почему, например, две холодные вещи могут нагревать друг друга, если их потереть друг о друга. Теперь мы знаем, что тепло — это форма энергии , создаваемая движением молекул в объекте.

Итак, самый точный способ описать тепловой поток таков: кружка чая была горячей относительно моей руки. Когда я касался кружки, молекулы в моей руке двигались быстрее, поскольку тепловая энергия перетекала из кружки в мою руку.В результате у кружки было немного меньше тепловой энергии, и ее молекулы двигались медленнее. Кружка со временем становится «холодной». Холод — это просто отсутствие тепла. Холод не передается. Когда я беру кубик льда, моя рука холодеет. В каком направлении течет тепло?

Самое важное, что должны знать ваши ученики, это то, что теплые вещи могут нагревать более холодные. Точные определения энергии могут подождать, но учащиеся должны понимать, что передается тепло (НЕ холод), и что тепло не является неотъемлемым свойством объекта.Им также необходимо понимать, что процесс теплообмена продолжается до тех пор, пока все не станет одинаковой температуры. Если я оставлю свою кружку чая на столе, пока проверяю электронную почту, тепло будет течь из кружки в комнату, пока температура чая не станет той же температуры, что и в комнате (так называемое «равновесие»). Спасибо за микроволновые печи.


ЧТО О ТЕМПЕРАТУРЕ?

Температура является мерой того, сколько тепловой энергии имеет объект. Когда я говорю, что «кружка чая горячая (относительно моей руки)», я говорю:

  1. Кружка с чаем имеет более высокую температуру, чем моя рука.
  2. Молекулы в кружке чая движутся быстрее, чем молекулы в моей руке.
  3. Тепловая энергия будет течь в направлении от чая к моей руке (а не наоборот).

Все эти утверждения означают одно и то же. Различие между теплом и температурой не имеет значения для учащихся начальной школы.

Раскаленные угли Ходьба по раскаленным углям — хороший пример разницы между температурой и теплом.Горячие угли имеют высокую температуру , но если вы коснетесь их очень кратко, то к вашим ногам будет передано лишь небольшое количество тепловой энергии . Ваши ноги не обожжены (хотя в этой истории есть нечто большее). То же самое верно, когда вы глотаете горячий кофе, а не глотаете его. Какое действие, скорее всего, сожжет вас?

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА: ПРОВОДНОСТЬ, КОНВЕКЦИЯ, ИЗЛУЧЕНИЕ

Есть три основных способа получения тепла от чего-то другого: теплопроводность, конвекция и излучение.

Изображение предоставлено Waifer X через Flickr.

Проводка

Положите металлическую ложку в кастрюлю на плиту, и ручка нагреется. Это проводимость – передача тепла через материал. Это происходит, когда молекулы в одной части вещества колеблются быстрее при нагревании. Затем они передают эту тепловую энергию своим соседям и так далее по линии в своего рода «телефонной» игре. Некоторые материалы хорошо проводят тепло, например эта металлическая ложка.Если оставить деревянную ложку в кастрюле с супом, ручка не нагреется. Материалы, плохо проводящие тепло, называются изоляторами . Какие еще изоляторы? Керамика, дерево, пенопласт, шерсть и воздух — все это хорошие изоляторы.

Изображение предоставлено Викискладом.

Ваши ученики могут подумать, что некоторые материалы, такие как одеяла или куртки, обладают свойством «нагреваться». Однако на самом деле эти изоляторы и, таким образом, хорошо помогают уменьшить передачу тепла к или от объекта.Попробуйте завернуть один стакан кубиков льда в одеяло и оставить другой стакан кубиков на воздухе. Какой из них плавится быстрее?

Конвекция

Дровяная печь нагревает воздух вокруг себя, но не согревает весь дом, пока вы не включите вентилятор для циркуляции этого теплого воздуха. Конвекция — это передача тепла посредством движения жидкостей или газов. Конвекция является одной из причин того, что ветер заставляет вас мерзнуть — тепло от тела уходит быстрее при ветре.Помните, вы не «остываете» от ветра, вы просто теряете тепло.

Конвекционные потоки над спичкой. Изображение предоставлено Себастьяном Риттером через Wikimedia Commons.

Радиация

Даже без вентилятора вы чувствуете тепло от дровяной печи, когда подносите руку к ней. Как так? Невидимые электромагнитные волны (называемые инфракрасным светом) и видимый свет передают энергию от горячей плиты к вашей руке. Это называется излучением . По этой же причине автомобиль нагревается в солнечный день – энергия солнца передается автомобилю.

Некоторые животные, например змеи, могут видеть в темноте, воспринимая инфракрасный свет. Спасатели используют инфракрасные датчики для поиска людей в чрезвычайных ситуациях.


СОХРАНЕНИЕ ТЕПЛА

Как согреться арктической зимой? Люди являются источниками тепла: пища, которую мы едим, помогает растопить печь нашего тела. (Люди в холодном климате потребляют примерно в два раза больше калорий, чем жители более теплого климата.) Мы чувствуем холод, когда теряем больше тепловой энергии, чем наше тело может произвести. Чтобы оставаться в тепле, мы должны уменьшить отток тепла от нашего тела.Одеяла, пальто и дома — это способы уменьшить передачу тепла (от теплопроводности, конвекции и излучения) от нас наружу. Испарение — это еще один способ потери тепла.

Гипотермия — это то, что происходит, когда температура нашего тела падает, потому что поток тепла, исходящий от нашего тела, больше, чем тело может восполнить. Гипотермия вызывает у людей головокружение и спутанность сознания, может сделать их кожу синей и может привести к летальному исходу. Обморожение — это когда какая-то часть тела, например пальцы, замерзает, потому что тело перестает циркулировать кровь в этой области, чтобы сохранить тепло.

Теплая одежда менялась со временем. Коренные народы носили шкуры животных, таких как тюлени, карибу, полярные медведи, волки и лисы, чтобы согреться. Шкуры животных согревают людей, потому что мех задерживает воздух, а воздух является хорошим изолятором. В пуховике очень тепло, потому что перья задерживают воздух.

Первые исследователи Арктики использовали такие ткани, как шерсть и хлопок, которые недостаточно хорошо изолировали их и были тяжелыми и громоздкими. Современное уличное снаряжение изготавливается из легких синтетических тканей, которые носят слоями: длинное нижнее белье, прикрытое теплой рубашкой, курткой и ветровкой.Каждый слой задерживает воздух, обеспечивая дополнительную изоляцию. Мы используем сапоги, носки и варежки, чтобы защитить части нашего тела, которые находятся далеко от нашего сердца, которое обеспечивает тепло посредством кровообращения.

 

Карл Бен Эйлсон, американский пилот и исследователь Арктики, и теплое платье бабушки-инуитки. Изображения предоставлены Викискладом.

Иглу также служат убежищем и теплом для путешественников и охотников. Но как иглу может согреть вас, если она сделана из снега и льда? Снег и лед на самом деле являются хорошими изоляторами.Иглу блокирует ветер и, что более важно, удерживает тепло вашего тела внутри воздушного пространства конструкции. Снег внутри иглу обычно тает и снова замерзает, образуя защитный слой.

Фото предоставлено Wikimedia Commons.

Животные также нуждаются в тепле в полярных условиях. У морских млекопитающих и пингвинов под кожей есть слой жира или ворвани, который обеспечивает изоляцию. Волосы в мехе белого медведя на самом деле полые, что обеспечивает дополнительную изоляцию.У других птиц, таких как белые совы, есть два слоя перьев. Эти приспособления позволяют выживать в суровых условиях Арктики и Антарктики.


РЕСУРСЫ

Контрольные показатели научной грамотности AAAS: преобразование энергии
В этом разделе Контрольных показателей научной грамотности подробно описывается, что учащиеся классов K-2, 3–5, 6–8 и 9–12 должны знать о преобразованиях энергии, включая тепло.

Карта научной грамотности AAAS: преобразование энергии
В этой части карты преобразования энергии в области научной грамотности AAAS показаны понятия, которые учащиеся K-5 должны знать о передаче тепловой энергии.

Онлайн-курс по температуре и теплу
Онлайновый курс повышения квалификации по теплу и температуре для учителей начальной и средней школы.


НАЦИОНАЛЬНЫЕ СТАНДАРТЫ НАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ: СТАНДАРТЫ НАУЧНОГО СОДЕРЖАНИЯ

Весь документ Национальных стандартов научного образования можно прочитать в Интернете или загрузить бесплатно с веб-сайта National Academies Press . Стандарты содержимого можно найти в Глава 6.

Преподавание тепловой энергии должно соответствовать Стандарту содержания физических наук для классов K-4 и 5-8:

К-4 Физические науки

  • Свет, тепло, электричество и магнетизм

5-8 Физические науки

Преподавание адаптации животных к жизни в холодных условиях может соответствовать Стандарту содержания наук о жизни для классов K-4 и 5-8:

К-4 Науки о жизни

  • Организмы и их среда

5-8 Науки о жизни

  • Регулирование и поведение
  • Разнообразие и адаптации организмов

Эта статья была написана Стефани Честин. Для получения дополнительной информации см. страницу участников. Пишите Кимберли Лайтл, главному исследователю, с любыми вопросами о содержании этого сайта.

Copyright Декабрь 2009 г. – Университет штата Огайо. Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 0733024. Любые мнения, выводы и выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат автору (авторам) и не обязательно отражают взгляды Национального научного фонда. Фонд. Эта работа находится под лицензией  Attribution-ShareAlike 3.0 Unported Creative Commons license .

DK Наука: теплопередача

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

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

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

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

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

БИОГРАФИЯ: АЛЕКСАНДР ФОН ГУМБОЛЬДТ Герман, 1769-1859

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

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

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

Вся световая и тепловая энергия, которую мы получаем на Земле, исходит от Солнца и распространяется в космосе в виде невидимых электромагнитных волн, известных как излучение. Космос огромен и пуст, поэтому тепловая энергия не может передаваться от Солнца путем теплопроводности или конвекции. Горячие объекты на Земле, такие как костры и батареи, также излучают тепло.

Конвекционная теплопередача – обзор

1.2.4 Тепловая конвекция

Конвекция возникает при передаче тепла молекулам жидкости и объемном движении этой жидкости, которое уносит эти молекулы от источника тепла.Обычно он используется для описания теплообмена на поверхности из-за движения воздуха по этой поверхности. Движение воздуха может быть результатом естественной конвекции из-за плавучести нагретого (менее плотного) воздуха непосредственно над плоской крышей, например, или принудительной конвекции, вызванной ветром или движением транспортного средства, и может быть комбинацией двух. Его можно описать в форме, аналогичной проводимости, но с введением коэффициента конвекции, ч c (Вт/м 2 К):

1.21qconv=hcT2−T1

Значение коэффициента конвекции будет зависеть от геометрии (форма и ориентация поверхности), свойств материала (шероховатость поверхности), свойств жидкости (вязкость), скорости набегающего потока жидкости (скорость и направление) и температуры объема жидкости и поверхности. Они будут определять, является ли поток над поверхностью плавучим или принудительным, ламинарным или турбулентным, или, фактически, их комбинацией. Сложность гидродинамики привела к использованию упрощенных эмпирических расчетов.Несколько примеров приведены ниже, а другие можно найти в рекомендуемых статьях, таких как Cole and Sturrock (1977), McClellan and Pedersen (1997) и Liesen and Pedersen (1997). CIBSE Guide C (2007) предлагает простой метод расчета коэффициента конвекции для внешних поверхностей при любой скорости ветра, c s (м/с) на основе эмпирических экспериментов в аэродинамической трубе:

1,22hc=5,8+4,1 ·cs

Стандарт BS EN 15026 (2007) дает аналогичную корреляцию ( h c  = 4 + 4 c s ) и включает примечание о том, что c s поверхности здания, что на практике часто строго не соблюдается.На этом этапе важно отметить, что определение корреляции между скоростью беспрепятственного ветра на высоте 10 м над землей (беспрепятственный ветер) и поверхностным сопротивлением очень полезно, но если это невозможно, то постоянные значения, которые были проверены для вместо этого следует использовать строительные приложения. Эмпирический метод расчета скорости приземного ветра по скорости беспрепятственного ветра приведен в справочнике ASHRAE (ASHRAE, 2005).

Подробный алгоритм ASHRAE (Energy Plus Engineering Reference Online, 2009) предполагает, что коэффициент внешней конвекции включает компоненты естественной конвекции, h n , и принудительной конвекции, h f , так что h c  =  h n  +  h f .Коэффициент естественной конвекции описывается уравнением 1. 23 для восходящего теплового потока и уравнения. 1.24 для нисходящего теплового потока:

1,23hn,up=9,4823Tповерхность-Tair7,238-cosϕ

1,24hn,down=1,8103Tповерхность-Tair1,382-cosϕ

Обратите внимание, что ϕ – это угол поверхности горизонтальный. Коэффициент вынужденной конвекции рассчитывается исходя из геометрии поверхности, шероховатости поверхности и скорости ветра:

1,25hf=2,537WfRfPvzA

где W f относится к ориентации поверхности (1 для наветренных поверхностей), R f

R f

индекс шероховатости (в пределах от 2. 17 для очень грубой ткани до 1,00 для очень гладкой), P — периметр открытой поверхности (м), v z — местная скорость ветра (м/с) и A — площадь поверхности ткани. (м 2 ). Выбор метода расчета может существенно повлиять на коэффициент конвекции и, в конечном счете, на теплопередачу, поэтому необходимо по возможности тщательно проверять модели. Однако следует помнить, что знание скорости воздуха у поверхности может быть не менее важным для точности любого моделирования, и ее может быть трудно определить, особенно для микроклимата вокруг транспортных средств и сооружений.

Конвекционная теплопередача также происходит внутри пористых материалов, и именно уменьшение этого члена придает изоляционным материалам их низкие свойства теплопередачи. Твердые изоляционные материалы обычно имеют низкую плотность и содержат большую долю пор (или пустот), которые связаны между собой таким образом, что они обеспечивают очень высокий уровень сопротивления любым жидкостям, пытающимся пройти через них, т. е. извилистым (см. раздел 1.3 для дальнейшие подробности). Назначение так называемых «изоляционных материалов» состоит в том, чтобы обеспечить очень высокий уровень теплового сопротивления ( R , m 2 К/Вт) и быть как можно более тонким, т.е.е. λ должно быть очень низким, чтобы d не увеличивалось. Как и в случае со всеми другими материалами, мы знаем, что общая теплопроводность изоляционного материала λ total количественно определяется по отношению к тепловому потоку в стационарных условиях при известной средней температуре. Следовательно, можно считать, что первичные способы передачи тепла через изоляционные материалы имеют кумулятивный эффект при определении λ всего . Режимы теплопередачи в типичном пористом изоляционном материале можно описать как:

проводимость через твердый материал, λ твердое тело

проводимость через поры Жидкость

9034

Излучение между внутренними поверхностями поры, λ Rad

Натуральная конвекция через жидкость в порах, λ CORV .

Обратите внимание, что конвективная и радиационная составляющие объединены в эффективную теплопроводность, где смесь или вода, и в этом случае λ жидкость может значительно различаться, а тепловая энергия также может передаваться в скрытой форме из-за испарения/конденсации воды, как обсуждалось в разделе 1.2.2. Это может иметь серьезные последствия для характеристик изоляционных материалов и подчеркивает очевидную необходимость того, чтобы они оставались сухими, если они хотят быть эффективными.В обычных изоляционных материалах с диаметром пор более ~ 1 мм компонент конвективной теплопередачи может составлять значительную долю от λ от общего числа при стандартной температуре и давлении (STP). По мере того, как диаметры пор становятся меньше, а взаимосвязанные пути между ними становятся более извилистыми, движение жидкости становится ограниченным, и поэтому конвекция становится менее доминирующей, а теплопроводность неподвижной фазы жидкости становится ограничивающим фактором. Если предположить, что поры заполнены воздухом, то теплопроводность покоящегося воздуха составляет приблизительно 0,026 Вт/м·К. Если диаметры пор достаточно малы, то можно принять для λ total  < 0,026 (Вт/м·K) необходимо значительно уменьшить λ жидкости . Молекулы жидкости передают друг другу кинетическую энергию в виде тепла при столкновении. Средняя длина свободного пробега молекул — это среднее расстояние, которое должна пройти одна из молекул, прежде чем она столкнется с другой молекулой того же типа.Следовательно, если это расстояние уменьшить, то λ жидкость должно уменьшиться, поскольку для передачи того же количества тепловой энергии на расстояние d должно произойти больше молекулярных столкновений, чем раньше, что, конечно, статистически гораздо менее вероятно. Средняя длина свободного пробега молекул в пористых материалах уменьшается, когда диаметр поры становится настолько малым, что столкновения молекул со стенками поры статистически более вероятны, чем столкновения между молекулами (Bird et al. , 2001).

Отношение средней длины свободного пробега молекул к характеристической длине (например, среднему радиусу пор в пористом материале) называется числом Кнудсена , которое использует символ Kn . Обратите внимание, что в очень проницаемых материалах, когда Kn > > 1, может потребоваться использование метода Монте-Карло (или аналогичного подхода) для оценки молекулярных траекторий внутри поры и, следовательно, для прогнозирования количества столкновений. Конечным результатом является то, что когда Kn ≥ 1, λ жидкость можно записать как:

1.27λfluid=λfluid01+α·Kn

, где λfluid0 — теплопроводность покоящегося воздуха, а α — константа, характерная для газа в порах, которая обычно считается равной примерно 2 для воздуха. Некоторые твердые пористые изоляционные материалы имеют чрезвычайно малые диаметры пор, что приводит к числам Кнудсена примерно от 1 до 2. Это дает коэффициент λ жидкости от примерно 0,0052 до 0,0087 Вт/м·К. Важно понимать эти явления, поскольку в последнее время повышенное внимание уделяется «наноизоляционным материалам», таким как аэрогели (см. главу 13), которые предлагают высокоэффективную альтернативу другим технологиям тонкой изоляции, таким как вакуумные изоляционные панели (VIP, см. главу 8).Это означает, что из-за низкого λ жидкости в действительности можно легко достичь общего значения λ 0,016 Вт/м K или меньше.

Тепловая энергия: определение, виды, примеры и интересные факты

Тепловая энергия – это энергия, которой обладает тело или система благодаря движению частиц внутри тела или системы. Это один из различных видов энергии, где энергия в основном относится к способности выполнять работу. Так как такую ​​тепловую энергию можно определить и как способность чего-либо совершать работу в результате движения его частиц.

Другими словами, тепловая энергия — это энергия, которой обладает предмет или тело благодаря движению составляющих его частиц. Это полная внутренняя кинетическая энергия объекта из-за случайного движения его атомов и молекул. Тепловая энергия является разновидностью кинетической энергии, поскольку она возникает в результате движения частиц. Кинетическая энергия – это энергия, которой обладает объект вследствие его движения.

Чем быстрее движутся атомы или молекулы или атомы, из которых состоит тело, тем выше тепловая энергия тела.Чаще всего понятие тепловой энергии часто путают с теплотой. В физике тепло рассматривается как передача энергии от более горячего тела к более холодному за счет разницы температур.

Термин «тепло» в физике относится к тепловой энергии в пути; оно всегда перетекает из вещества с более высокой температурой в вещество с более низкой температурой, повышая температуру последнего и понижая температуру первого вещества при условии, что объем тел остается постоянным.

Короче говоря, тепло — это передаваемая энергия, тогда как тепловая энергия — это внутреннее свойство, которым обладает объект до передачи энергии в виде тепла (часто это сумма кинетических энергий различных частиц, из которых состоит рассматриваемый объект).

Физики считают тепловую энергию равной произведению k и T, где:

K = постоянная Больцмана (1,381 x 10 -23 м 2 кг -2 K -1 )

T= Абсолютная температура

Это отношение обычно записывается как: kT или k B T

Тепловая энергия составляет основу изучения тепловой энергии и термодинамики.Это одна из древнейших форм энергии, используемых человечеством. Его использование существовало еще до открытия нефти и ядерных источников энергии.

Большинство людей называют тепловую энергию просто теплом. Тепловая энергия каждой материи всегда будет зависеть от скорости молекул и атомов, составляющих материю. Если движение этих молекул и атомов быстрее, говорят, что объект имеет более высокую кинетическую энергию.

Точно так же известно, что более быстрое движение молекул и атомов в объекте увеличивает температуру объекта.Следовательно, тепловая энергия увеличивается с увеличением движения и, следовательно, становится формой кинетической энергии.

Поскольку большинство людей путают тепловую энергию с другими формами энергии и другими терминами, такими как температура, некоторые факты скрыты от знания очень многих людей. Поэтому важно знать несколько примеров и основных фактов о тепловой энергии.

Виды тепловой энергии

Когда составляющие тело атомы и молекулы вибрируют, что приводит к увеличению внутренней энергии тела (тепловой энергии), устанавливается температурный градиент.Таким образом, тепловую энергию часто подразделяют на различные виды на основании того, как эта внутренняя энергия в виде теплоты передается от одного тела к другому. Ниже приведены различные типы:

1. Проводимость

Это тип тепловой энергии, который включает в себя движение составляющих частиц объекта без движения самого тела. Его могут проявлять объекты во всех фазах (твердое, жидкое и газообразное). Вибрационное движение частиц объекта приводит к увеличению тепловой энергии (форма внутренней энергии) каждого атома или молекулы, которая передается при контакте соседним атомам и молекулам внутри объекта.

Таким образом, тепловая энергия, связанная с проводимостью, возникает в результате передачи увеличенной внутренней энергии каждого составного атома или молекулы другому до тех пор, пока все атомы или молекулы не придут в колебание. В этом типе тепловой энергии должен быть установлен контакт между соседними частицами, прежде чем тепловая энергия сможет пройти вдоль тела.

При проводимости только часть проводника подвергается воздействию перемешивающего агента, но повышение или понижение тепловой энергии равномерно передается от одной составляющей частицы к другой.Типичным примером является повышение температуры ложки из нержавеющей стали, вставленной в кастрюлю на некоторое время, при продолжающемся нагреве.

Атомы или молекулы в ложке из нержавеющей стали, находящиеся в непосредственном контакте с самой горячей частью кастрюли, приходят в движение и обладают большей внутренней энергией из-за своего движения. Эта энергия передается соседним атомам или молекулам до тех пор, пока все атомы и молекулы в ложке не приходят в колебание с результирующим увеличением внутренней энергии, проявляющимся в повышении температуры ложки.

2. Конвекция

Тогда как конвекция происходит не только внутри тела, но и между двумя соприкасающимися телами. Если одно из веществ является жидкостью или газом, то движение жидкости обязательно будет происходить. Перенос энергии между твердой поверхностью и движущейся жидкостью или газом называется конвекцией.

Жидкость подвергается естественной или вынужденной конвекции. При нагревании жидкости или газа их масса в единице объема обычно уменьшается. В случаях, когда жидкость или газ находятся в гравитационном поле, более горячая и легкая жидкость поднимается, а более холодная и тяжелая опускается.Такое движение, обусловленное исключительно неравномерностью температуры жидкости в присутствии гравитационного поля, называется естественной конвекцией.

Принудительная конвекция достигается путем воздействия на жидкость градиента давления, что приводит к движению в соответствии с законом гидромеханики. Типичным примером этого вида тепловой конвекции является следующий: вода в кастрюле нагревается снизу, ближайшая ко дну жидкость расширяется и ее плотность уменьшается; в результате горячая вода поднимается вверх, а часть более холодной жидкости опускается вниз, создавая таким образом циркуляционное движение.

Аналогичным образом, в вертикальной газонаполненной камере, такой как воздушное пространство между двумя оконными стеклами в окнах с двойным остеклением или термопане, воздух возле холодного внешнего стекла движется вниз, а воздух возле внутреннего, более теплого стекла поднимается вверх , что приводит к циркуляторному движению (называемому «тепловой конвекцией»)

3. Радиация

Этот тип тепловой энергии принципиально отличается как от теплопроводности, так и от конвекции тем, что вещества, обменивающиеся теплом, не должны соприкасаться друг с другом.На самом деле передача тепловой энергии излучением происходит между двумя телами, несмотря на то, что они разделены вакуумом.

Термин «излучение» обычно применяется ко всем видам явлений электромагнитных волн. Закон Планка в физике гласит: все вещества излучают лучистую энергию только благодаря тому, что имеют положительную абсолютную температуру. Таким образом, более высокие температуры дают большее количество энергии.

Помимо излучения, все вещества способны поглощать излучение. Это иллюстрируется тем фактом, что, хотя кубик льда непрерывно излучает лучистую энергию, он тает, когда на него фокусируется лампа накаливания, потому что он будет поглощать большее количество тепла, чем может излучать.

Примеры тепловой энергии

Примеров использования тепловой энергии бесконечное количество. Дома, например, большинство объектов проявляют тепловую энергию, которая является формой как кинетической, так и потенциальной энергии. Мы также взаимодействуем с несколькими примерами тепловой энергии в нашей повседневной жизни. Ниже приведены некоторые примеры тепловой энергии, с которыми вы часто сталкиваетесь:

1. Солнечная энергия

Солнечное излучение (вид тепловой энергии) нагревает нашу атмосферу, поэтому на Земле ощущается тепло.

2. Геотермальная энергия

Геотермальная энергия, которая представляет собой форму энергии в земной коре в виде сильного тепла, которое постоянно вытекает наружу из недр Земли. Это тепло возникает в основном в ядре. Это тепло вырабатывается в земной коре главным образом в результате распада радиоактивных элементов, присутствующих во всех горных породах.

Кора толщиной от 5 до 75 км (от 3 до 47 миль) изолирует земную поверхность от горячих недр, температура которых в ядре может достигать от 4000°C до 7000°C (приблизительно 7200°F). до 12 600° F).Когда тепло концентрируется у поверхности Земли, его можно использовать в качестве источника энергии.

3. Тепловая энергия океанов

Поверхности океана и морской воды обладают огромным потенциалом накопления тепловой энергии благодаря прямому воздействию солнечных лучей в течение длительного периода времени. Эта тепловая энергия используется за счет использования разницы между температурами мелководных и глубоководных морских районов.

С помощью соответствующей технологии мы можем собирать тепловую энергию из океана и морских вод для питания различных отраслей промышленности, машин и приложений для экономического развития. Технология, используемая для использования этой энергии, широко известна как преобразование тепловой энергии океана (ПТЭО).

4. Энергия топливных элементов

Мы также можем использовать энергию, полученную из тепловой энергии, используя топливные элементы. Топливный элемент вырабатывает энергию в результате химической реакции, которая происходит в его электродах. В результате реакции между двумя электродами образуются ионы или заряженные частицы, переносимые электролитом. Тепло, выделяемое в ходе этого процесса, утилизируется и используется для повышения энергоэффективности.

5. Стакан холодного шоколада и чашка горячего шоколадного молока

Чашка горячего шоколада имеет тенденцию быть теплее, чем стакан того же шоколада в холодном виде. В этом случае можно сделать вывод, что горячее шоколадное молоко обладает более высокой тепловой энергией по сравнению с холодным шоколадным молоком. Если поставить шоколадное молоко на горячую плиту, температура молока повысится. Это так, потому что; молоко сможет поглотить тепловую энергию, идущую от горячей плиты.

С другой стороны, когда горячее шоколадное молоко остывает, оно теряет тепловую энергию, поскольку движение частиц уменьшается. Он не поглощает тепло от горящей печи. Таким образом, он отдает тепло окружающим холодным областям. Следовательно, кинетическая энергия его частиц уменьшается, что снижает тепловую энергию шоколадного молока.

6. Тающий лед

Когда лед добавляется в стакан с водой, температура воды уменьшается по мере увеличения температуры льда.Это происходит потому, что тепловая энергия более теплой воды, чем лед, заставляет лед таять.

Другие распространенные примеры тепловой энергии включают следующие :

7. Добавление льда в стакан с водой приводит к снижению температуры воды, поскольку тепловая энергия воды используется для таяния льда.

8. Стакан воды на восемь унций при температуре 70 градусов обладает более высоким количеством тепловой энергии по сравнению со стаканом воды на восемь унций при температуре 60 градусов.

9. Гриль вырабатывает тепловую энергию за счет сжигания пропана

10. Когда компьютер включен, его внутренние компоненты выделяют тепловую энергию. Эта энергия должна охлаждаться с помощью небольшого вентилятора, установленного внутри компьютера.

11. Горячая плита имеет тепловую энергию, которая передается металлическому горшку, увеличивая скорость молекул воды и, следовательно, повышая температуру воды.

12. Внутри кошки находится тепловая энергия, которая может передаваться человеку, когда теплое животное сидит у него на коленях.

13. Ванна, наполненная горячей водой, содержит достаточно тепловой энергии, чтобы согреть замерзшее тело и снова почувствовать себя комфортно в холодный день.

Точно так же объекты могут быть разделены путем нагревания их обоих, чтобы зажечь движение молекул, разделяющих их пути. Это увеличивает их тепловую энергию, возникающую в результате повышения температуры вещества. Опять же, если это происходит в жидкостях в процессе испарения, это известно как скрытая теплота парообразования, которая является формой тепловой энергии.

Интересные факты о тепловой энергии

Факт 1: Тепловая энергия измеряется в джоулях.

Факт 2: Существует связь между тепловой энергией и температурой объекта.

Факт 3: Тепловая энергия является составной частью общей энергии объекта.

Факт 4: Тепловая энергия труднее преобразовывается в другие формы энергии по сравнению с другими формами энергии.

Факт 5: Предметы не могут содержать тепло.Они содержат тепловую энергию. Это потому, что тепло считается процессом.

Факт 6: Когда тепловая энергия передается к объекту или от него, это называется теплом.

Факт 7: Вам нужна машина, такая как двигатель, для преобразования тепловой энергии в другие формы энергии.

Факт 8: Солнечное тепло заменяет тепло Земли, которое уходит в космос.

Факт 9: Количество тепловой энергии не зависит от количества выполненной работы. Он отличается от других форм энергии.

Факт 10: Джеймс Джоуль признан первым, кто заговорил о притоке и потере тепла, но он не был первым, кто использовал термин «тепловая энергия».

Факт 11: Температура и тепло — две разные вещи. А именно, температура относится к тому, насколько холодным или горячим является объект.

Факт 12: Тепло может передаваться тремя способами – излучением, конвекцией и теплопроводностью.

Факт 13: Объекты, которые позволяют легко передавать тепловую энергию через себя, известны как проводники.Металлы являются хорошим примером проводников.

Факт 14: Объекты, которые не позволяют легко передавать тепловую энергию через себя, известны как изоляторы. Пластик является хорошим примером изоляторов.

Факт 15: Тепловая энергия часто передается тремя основными способами, а именно; теплопроводность, конвекция и излучение.

Факт 16: Тепловая энергия и температура не одно и то же. Это связано с тем, что температура просто определяет, насколько горячей или холодной является материя, в то время как тепловая энергия связана с кинетическим или потенциальным состоянием молекул и атомов объекта.

Факт 17: Хотя Джеймс Джоуль не был первым, кто использовал тепловую энергию, ему приписывают то, что он был первым, кто обсудил приток и потерю тепла.

Факт 18: Существует тесная связь между тепловой энергией и температурой любого вещества.

Факт 19: Количество тепловой энергии в объекте никак не связано с количеством работы, совершаемой объектом.

Факт 20: Предметы, которые используются в качестве изоляторов, такие как дерево и пластик, не позволяют тепловой энергии проходить через них быстро.

Факт 21: Тепловая энергия составляет значительную часть общей энергии, которой обладает объект.

Источники:

ScienceDirect, Википедия

мантия | Национальное географическое общество

Мантия — это в основном твердая часть недр Земли. Мантия находится между плотным, перегретым ядром Земли и ее тонким внешним слоем, земной корой. Мантия имеет толщину около 2900 километров (1802 мили) и составляет колоссальные 84% от общего объема Земли.

 

Когда около 4,5 миллиардов лет назад Земля начала формироваться, железо и никель быстро отделились от других горных пород и минералов, сформировав ядро ​​новой планеты. Расплавленный материал, окружавший ядро, был ранней мантией.

 

За миллионы лет мантия остыла. Вода, попавшая в минералы, извергалась вместе с лавой — процесс, называемый «дегазацией». По мере выделения большего количества воды мантия затвердевала.

 

Горные породы, составляющие мантию Земли, в основном представляют собой силикаты — широкий спектр соединений, которые имеют общую структуру кремния и кислорода. Обычные силикаты, обнаруженные в мантии, включают оливин, гранат и пироксен. Другим основным типом породы, обнаруженной в мантии, является оксид магния. Другие элементы мантии включают железо, алюминий, кальций, натрий и калий.

 

Температура мантии сильно колеблется от 1000°С (1832° по Фаренгейту) вблизи ее границы с земной корой до 3700°С (6692° по Фаренгейту) вблизи ее границы с ядром. В мантии тепло и давление обычно увеличиваются с глубиной. Геотермический градиент является мерой этого увеличения.В большинстве мест геотермальный градиент составляет около 25° по Цельсию на километр глубины (1° по Фаренгейту на 70 футов глубины).

 

Вязкость мантии также сильно различается. Это в основном твердая порода, но менее вязкая на границах тектонических плит и мантийных плюмах. Породы мантии там мягкие и способны пластически (в течение миллионов лет) двигаться на большой глубине и при большом давлении.

 

 

Мантия делится на несколько слоев: верхняя мантия, переходная зона, нижняя мантия и D” (D двойной штрих), странная область, где мантия встречается с внешним ядром.

 

Верхняя мантия

 

 

Две части верхней мантии часто признаются отдельными областями в недрах Земли: литосфера и астеносфера.

 

Литосфера

Литосфера — это твердая внешняя часть Земли, простирающаяся на глубину около 100 километров (62 мили). Литосфера включает в себя как кору, так и хрупкую верхнюю часть мантии.Литосфера — одновременно самый холодный и самый жесткий из слоев Земли.

 

Наиболее известной особенностью литосферы Земли является тектоническая активность. Тектоническая активность описывает взаимодействие огромных плит литосферы, называемых тектоническими плитами. Литосфера делится на 15 основных тектонических плит: Североамериканскую, Карибскую, Южноамериканскую, Скотийскую, Антарктическую, Евразийскую, Аравийскую, Африканскую, Индийскую, Филиппинскую, Австралийскую, Тихоокеанскую, Хуан-де-Фука, Кокос и Наска.

 

Разделение в литосфере между земной корой и мантией называется разрывом Мохоровичича, или просто Мохо. Мохо не существует на одинаковой глубине, потому что не все регионы Земли одинаково сбалансированы в изостатическом равновесии. Изостазия описывает физические, химические и механические различия, которые позволяют земной коре «плавать» на иногда более податливой мантии. Мохо находится на глубине около 8 километров (5 миль) под океаном и около 32 километров (20 миль) под континентами.

 

Разные типы горных пород различают литосферную кору и мантию. Литосферная кора представлена ​​гнейсами (континентальная кора) и габбро (океаническая кора). Ниже Мохо мантия характеризуется перидотитом, породой, в основном состоящей из минералов оливина и пироксена.

 

Астеносфера

Астеносфера — более плотный и слабый слой под литосферной мантией. Он находится на глубине от 100 километров (62 миль) до 410 километров (255 миль) под поверхностью Земли.Температура и давление астеносферы настолько высоки, что породы размягчаются и частично плавятся, становясь полурасплавленными.

 

Астеносфера гораздо более пластична, чем литосфера или нижняя мантия. Пластичность измеряет способность твердого материала деформироваться или растягиваться под нагрузкой. Астеносфера, как правило, более вязкая, чем литосфера, и граница литосферы-астеносферы (ГГБ) — это точка, где геологи и реологи — ученые, изучающие потоки вещества — отмечают разницу в пластичности между двумя слоями верхней мантии.

 

Очень медленное движение литосферных плит, «плавающих» по астеносфере, является причиной тектоники плит — процесса, связанного с дрейфом континентов, землетрясениями, образованием гор и вулканов. По сути, лава, извергающаяся из вулканических трещин, на самом деле и есть сама астеносфера, переплавленная в магму.

 

Конечно, тектонические плиты на самом деле не плавучие, потому что астеносфера не жидкая. Тектонические плиты неустойчивы только на своих границах и в горячих точках.

 

Переходная зона

 

Примерно от 410 километров (255 миль) до 660 километров (410 миль) под поверхностью Земли горные породы подвергаются радикальным преобразованиям. Это переходная зона мантии.

 

В переходной зоне породы не плавятся и не разрушаются. Вместо этого их кристаллическая структура изменяется важным образом. Камни становятся намного, намного плотнее.

 

Переходная зона препятствует большому обмену веществом между верхней и нижней мантией.Некоторые геологи считают, что повышенная плотность пород в переходной зоне препятствует дальнейшему падению в мантию субдуцированных плит из литосферы. Эти огромные куски тектонических плит застревают в переходной зоне на миллионы лет, прежде чем смешаться с другими породами мантии и в конечном итоге вернуться в верхнюю мантию в составе астеносферы, извергнуться в виде лавы, стать частью литосферы или появиться в виде новой океанической коры. в местах распространения морского дна.

 

Однако некоторые геологи и реологи считают, что субдуктивные плиты могут проскальзывать под зону перехода в нижнюю мантию.Другие данные свидетельствуют о том, что переходный слой проницаем, а верхняя и нижняя мантии обмениваются некоторым количеством материала.

 

Вода

Возможно, самым важным аспектом переходной зоны мантии является обилие воды. Кристаллы в переходной зоне содержат столько же воды, сколько все океаны на поверхности Земли.

 

Вода в переходной зоне не является «водой», как мы ее знаем. Это не жидкость, не пар, не твердое тело и даже не плазма.Вместо этого вода существует в виде гидроксида. Гидроксид представляет собой ион водорода и кислорода с отрицательным зарядом. В переходной зоне ионы гидроксида захватываются кристаллической структурой таких пород, как рингвудит и вадслеит. Эти минералы образуются из оливина при очень высоких температурах и давлении.

 

В нижней части переходной зоны повышение температуры и давления трансформирует рингвудит и вадслеит. Их кристаллическая структура нарушается, и гидроксид вытекает в виде «расплава».Частицы расплава текут вверх, к минералам, способным удерживать воду. Это позволяет переходной зоне поддерживать постоянный резервуар воды.

 

Геологи и реологи считают, что вода попала в мантию с поверхности Земли во время субдукции. Субдукция — это процесс, при котором плотная тектоническая плита проскальзывает или плавится под более плавучей. Большая часть субдукции происходит, когда океаническая плита проскальзывает под менее плотную плиту. Вместе с горными породами и минералами литосферы в мантию переносятся также тонны воды и углерода.Гидроксид и вода возвращаются в верхнюю мантию, кору и даже атмосферу в результате мантийной конвекции, вулканических извержений и распространения по морскому дну.

 

Нижняя мантия

 

Нижняя мантия простирается примерно от 660 километров (410 миль) до примерно 2700 километров (1678 миль) под поверхностью Земли. Нижняя мантия более горячая и плотная, чем верхняя мантия и переходная зона.

 

Нижняя мантия гораздо менее пластична, чем верхняя мантия и переходная зона.Хотя тепло обычно соответствует размягчению горных пород, сильное давление удерживает нижнюю мантию в твердом состоянии.

 

У геологов нет единого мнения о строении нижней мантии. Некоторые геологи считают, что здесь осели субдуцированные плиты литосферы. Другие геологи считают, что нижняя мантия совершенно неподвижна и даже не переносит тепло конвекцией.

 

D Двойная штриховка (D’’)

 

Под нижней мантией находится неглубокая область, называемая D», или «d двойной штрих».«В некоторых областях D’’ представляет собой почти тонкую границу с внешним ядром. В других областях D» имеет мощные скопления железа и силикатов. В других областях геологи и сейсмологи обнаружили области огромного таяния.

 

На непредсказуемое движение материалов в D’’ влияют нижняя мантия и внешнее ядро. Железо внешнего ядра влияет на формирование диапира, куполообразной геологической особенности (изверженное вторжение), где более жидкий материал вытесняется в хрупкую вышележащую породу.Железный диапир излучает тепло и может выпускать огромный выпуклый импульс либо материала, либо энергии — точно так же, как лавовая лампа. Эта энергия устремляется вверх, передавая тепло нижней мантии и переходной зоне, и, возможно, даже извергается в виде мантийного плюма.

 

В основании мантии, примерно на 2900 километров (1802 мили) ниже поверхности, находится граница ядра и мантии, или CMB. Эта точка, называемая разрывом Гутенберга, отмечает конец мантии и начало жидкого внешнего ядра Земли.

 

Мантийная конвекция

 

Мантийная конвекция описывает движение мантии при передаче тепла от раскаленного добела ядра хрупкой литосфере. Мантия нагревается снизу, охлаждается сверху, и ее общая температура снижается в течение длительных периодов времени. Все эти элементы способствуют мантийной конвекции.

 

Конвекционные потоки переносят горячую плавучую магму в литосферу на границах плит и в горячих точках.Конвекционные потоки также переносят более плотный и холодный материал из земной коры в недра Земли в процессе субдукции.

 

 

Геологи спорят о том, является ли мантийная конвекция «полной» или «слоистой». Общемантийная конвекция описывает долгий, долгий процесс рециркуляции, включающий верхнюю мантию, переходную зону, нижнюю мантию и даже D’’. В этой модели мантия конвектируется в едином процессе. Субдуцированная плита литосферы может медленно соскальзывать в верхнюю мантию и падать в переходную зону из-за своей относительной плотности и прохлады.За миллионы лет он может погрузиться глубже в нижнюю мантию. Затем конвекционные потоки могут переносить горячий плавучий материал в D’’ обратно через другие слои мантии. Часть этого материала может даже снова появиться в виде литосферы, поскольку она выливается на земную кору в результате извержений вулканов или распространения по морскому дну.

 

Слоистая мантийная конвекция описывает два процесса. Плюмы перегретого материала мантии могут пузыриться из нижней мантии и нагревать область в переходной зоне, прежде чем вернуться обратно.Выше переходной зоны на конвекцию может влиять тепло, переносимое из нижней мантии, а также дискретные конвекционные потоки в верхней мантии, вызванные субдукцией и распространением по морскому дну. Мантийные плюмы, исходящие из верхней мантии, могут прорываться сквозь литосферу в виде горячих точек.

 

Мантийные перья

Мантийный плюм представляет собой подъем перегретой породы из мантии. Мантийные плюмы, вероятно, являются причиной «горячих точек», вулканических регионов, не созданных тектоникой плит.Когда мантийный плюм достигает верхней мантии, он превращается в диапир. Этот расплавленный материал нагревает астеносферу и литосферу, вызывая извержения вулканов. Эти вулканические извержения вносят незначительный вклад в потери тепла недрами Земли, хотя основной причиной таких потерь тепла является тектоническая активность на границах плит.

 

Гавайская горячая точка посреди северной части Тихого океана расположена над мантийным плюмом. Поскольку Тихоокеанская плита движется в основном в северо-западном направлении, Гавайская горячая точка остается относительно неподвижной.Геологи считают, что это позволило гавайской горячей точке создать серию вулканов, от подводной горы Мэйдзи возрастом 85 миллионов лет недалеко от полуострова Камчатка в России до подводной горы Лоихи, подводного вулкана к юго-востоку от «Большого острова» на Гавайях. Лоихи, которому всего 400 000 лет, в конечном итоге станет самым молодым гавайским островом.

 

Геологи выявили два так называемых «суперплюма». Эти суперплюмы, или большие области с низкой скоростью сдвига (LLSVP), берут свое начало в расплавленном материале D’’.Тихоокеанский LLSVP влияет на геологию большей части южной части Тихого океана (включая гавайскую горячую точку). Африканский LLSVP влияет на геологию большей части юга и запада Африки.

 

Геологи считают, что на мантийные плюмы может влиять множество различных факторов. Некоторые могут пульсировать, в то время как другие могут постоянно нагреваться. У некоторых может быть один диапир, а у других может быть несколько «стеблей». Одни мантийные плюмы могут возникать в середине тектонической плиты, другие могут быть «захвачены» зонами спрединга морского дна.

 

Некоторые геологи выявили более тысячи мантийных плюмов. Некоторые геологи считают, что мантийных плюмов вообще не существует. Пока инструменты и технологии не позволят геологам более тщательно исследовать мантию, споры будут продолжаться.

 

Исследование мантии

 

Мантия никогда не исследовалась напрямую. Даже самое сложное буровое оборудование не выходит за пределы земной коры.

 

Бурение до Мохо (разделение земной коры и мантии) является важной научной вехой, но, несмотря на десятилетия усилий, никому еще не удалось это сделать.В 2005 году ученые из проекта Integrated Ocean Drilling Project пробурили 1416 метров (4644 фута) ниже морского дна Северной Атлантики и заявили, что подошли всего к 305 метрам (1000 футов) от Мохо.

 

Ксенолиты

Многие геологи изучают мантию, анализируя ксенолиты. Ксенолиты — это тип вторжения — камень, застрявший внутри другого камня.

 

Ксенолиты, дающие больше всего информации о мантии, — это алмазы.Алмазы образуются в очень уникальных условиях: в верхней мантии, на глубине не менее 150 километров (93 мили) от поверхности. Выше глубины и давления углерод кристаллизуется в виде графита, а не алмаза. Алмазы выносятся на поверхность при эксплозивных извержениях вулканов, образуя «алмазные трубки» из горных пород, называемых кимберлитами и лампролитами.

 

Сами по себе алмазы представляют для геологов меньший интерес, чем содержащиеся в некоторых ксенолитах. Эти интрузии представляют собой минералы из мантии, заключенные внутри твердого алмаза.Алмазные вторжения позволили ученым заглянуть на глубину до 700 километров (435 миль) под поверхность Земли — нижнюю мантию.

 

Исследования ксенолитов показали, что породы в глубокой мантии, скорее всего, представляют собой плиты субдуцированного морского дна возрастом 3 миллиарда лет. Алмазные интрузии включают воду, океанические отложения и даже углерод.

 

Сейсмические волны

Большинство исследований мантии проводятся путем измерения распространения ударных волн от землетрясений, называемых сейсмическими волнами. Сейсмические волны, измеряемые при исследованиях мантии, называются объемными волнами, потому что эти волны проходят через тело Земли. Скорость объемных волн зависит от плотности, температуры и типа породы.

 

Есть два типа объемных волн: первичные волны, или P-волны, и вторичные волны, или S-волны. Р-волны, также называемые волнами давления, образуются в результате сжатия. Звуковые волны — это P-волны, а сейсмические P-волны — это слишком низкая частота, чтобы люди могли их услышать. S-волны, также называемые поперечными волнами, измеряют движение, перпендикулярное передаче энергии.S-волны не могут передаваться через жидкости или газы.

 

Приборы, размещенные по всему миру, измеряют эти волны, когда они достигают разных точек на поверхности Земли после землетрясения. Р-волны (первичные волны) обычно появляются первыми, а s-волны появляются вскоре после них. Обе объемные волны по-разному «отражаются» от разных типов горных пород. Это позволяет сейсмологам идентифицировать различные породы, присутствующие в земной коре и мантии глубоко под поверхностью. Например, сейсмические отражения используются для выявления скрытых нефтяных залежей глубоко под поверхностью.

 

Внезапные предсказуемые изменения скоростей объемных волн называются «сейсмическими разрывами». Мохо представляет собой разрыв, обозначающий границу коры и верхней мантии. Так называемый «410-километровый разрыв» отмечает границу переходной зоны.

 

Разрыв Гутенберга более известен как граница ядра и мантии (CMB). При реликтовом излучении S-волны, которые не могут продолжаться в жидкости, внезапно исчезают, а P-волны сильно преломляются или искривляются.Это предупреждает сейсмологов о том, что твердая и расплавленная структура мантии уступила место огненной жидкости внешнего ядра.

 

Карты мантии

Передовые технологии позволили современным геологам и сейсмологам составлять карты мантии. Большинство карт мантии отображают сейсмические скорости, обнаруживая закономерности глубоко под поверхностью Земли.

 

Ученые-геологи надеются, что сложные карты мантии смогут отображать объемные волны до 6000 землетрясений с магнитудой не менее 5. 5. Эти карты мантии могут идентифицировать древние плиты субдуктивного материала, а также точное положение и движение тектонических плит. Многие геологи считают, что карты мантии могут даже предоставить доказательства существования мантийных плюмов и их структуры.

Мантийная конвекция и континентальный дрейф

Английский геолог Артур Холмс внес не один, а два важных вклада в наше понимание того, как устроена Земля.

Сэр Артур Холмс (1890–1965), британский геолог, внесший вклад в наше понимание возраста Земли.Фото предоставлено Эдинбургским университетом, факультет геологии и геофизики.

Он был первым ученым-геологом, который понял механические и тепловые последствия мантийной конвекции, и он широко применил недавно разработанный метод радиоактивного датирования минералов в первой попытке количественно оценить возраст Земли.

Холмсу повезло, что явление радиоактивности было открыто, когда он был аспирантом Имперского научного колледжа в Лондоне.Холмс приехал туда изучать физику, но переключился на геологию, прежде чем получить высшее образование в 1910 году. Тем временем в 1905 году английский физик Эрнест Резерфорд предположил, что энергия, излучаемая радиоактивными минералами в виде частиц и лучей, может быть использована для датирования минералов. Этот метод, называемый радиоактивным датированием, измеряет скорость распада определенных нестабильных атомов, таких как уран, содержащихся в минералах. Используя этот новый метод, Холмс смог определить возраст минералов и, следовательно, горных пород, в которых они находятся, а в 1913 году он сформулировал первую количественную геологическую шкалу времени. Он оценил возраст Земли в 1,6 миллиарда лет, что намного больше, чем считалось в то время. Холмс пересматривал эту оценку на протяжении всей своей жизни по мере совершенствования методов измерения. В 1953 году американский геохимик Клер С. Паттерсон наконец установил истинный возраст Земли в 4,55 миллиарда лет.

Холмс также внес большой вклад в теорию дрейфа континентов. Эта теория была предложена немецким метеорологом и геологом Альфредом Вегенером в 1912 году и утверждает, что положение континентов на поверхности Земли со временем значительно изменилось.Идея Вегенера была далеко не общепринятой, поскольку было неясно, что заставит большие континенты двигаться по поверхности Земли.

Холмс в 1919 году предложил механизм: континенты переносятся потоком мантии, на которой они сидят, и что мантия течет, потому что она конвектирует. Предупреждая, что его идеи были «чисто спекулятивными», он предположил, что камни в недрах Земли будут плавно подниматься к поверхности из глубины Земли при нагревании радиоактивностью, а затем опускаться обратно по мере того, как они охлаждаются и уплотняются. Холмс предположил, что конвекционные потоки движутся через мантию так же, как нагретый воздух циркулирует в комнате, и в процессе радикально меняют форму поверхности Земли. Он предположил, что восходящая конвекция может поднять или даже разорвать кору, что боковое движение может толкать кору вбок, как конвейерную ленту, и что там, где конвекция направлена ​​​​вниз, плавучие континенты сминаются и образуют горы. Холмс также понимал важность конвекции как механизма потери тепла Землей и охлаждения ее недр.Только после Второй мировой войны ученые смогли представить веские доказательства в поддержку фундаментальной концепции Холмса. (Чтобы узнать, как это произошло, прочитайте профиль Гарри Гесса.) Теории Холмса продолжали подкрепляться новыми данными сейсмологов, физиков-минералологов и геохимиков.

Холмс начал свою основную работу, Принципы физической геологии, когда стоял на страже от немецких зажигательных бомб в лабораториях Даремского университета, где он возглавлял геологический факультет. Опубликованная в 1944 г. и существенно переработанная в 1965 г., незадолго до смерти Холмса, эта книга является одной из самых важных и ясно написанных книг о науках о Земле. Глубина и широта его мышления, охватившего почти все аспекты физической геологии, делают Холмса блестящим ученым-геологом.

Что делают с Землей конвекционные потоки? — Ответы на все

Что делают с Землей конвекционные потоки?

Конвекционные потоки переносят тепло из одного места в другое за счет массового движения жидкости, такой как вода, воздух или расплавленная порода.Функция теплопередачи конвекционных течений управляет океанскими течениями Земли, атмосферной погодой и геологией.

Что образуют конвекционные потоки?

конвекционных течения возникают, когда нагретая жидкость расширяется, становится менее плотной и поднимается вверх. Затем жидкость охлаждается и сжимается, становится более плотной и тонет.

Как конвекция влияет на океаны Земли?

Во время конвекции более холодная вода или воздух опускается, а более теплая вода или воздух поднимается. Это движение вызывает токи.Океанские течения подобны рекам воды, текущим по морю. Эти течения перемещают воду по всей земле, принося теплую воду в более прохладные районы и наоборот.

Как конвекционные потоки помогают формировать подводные горы?

Конвекционные потоки переносят тепло из нижней мантии и ядра в литосферу. По мере того как тектонические плиты медленно удаляются друг от друга, тепло конвекционных потоков мантии делает кору более пластичной и менее плотной. Менее плотный материал поднимается, часто образуя гору или возвышенность морского дна.

Что стало результатом традиционной современной географии?

Конвекционные потоки воздействуют на земную кору, вызывая движение тектонических плит. Большие конвекционные потоки переносят тепло, вызывая расхождение границ плит. в.

Как конвекционные потоки влияют на пластины?

Конвекционные потоки двигают пластины. Там, где конвекционные потоки расходятся у земной коры, плиты раздвигаются. Там, где конвекционные потоки сходятся, плиты движутся навстречу друг другу.Движение плит и активность внутри Земли называется тектоникой плит.

Как работает конвекция в воздухе?

Конвекция происходит потому, что теплый воздух менее плотный, чем окружающий его холодный воздух, поэтому он легче и поднимается вверх в атмосфере. В нашей атмосфере все время происходит постоянное уравновешивание: влажный теплый воздух поднимается вверх, а более холодный и плотный воздух движется вниз.

Как конвекционные потоки помогают формировать подводные горы quizlet?

Срединно-океанический хребет или срединно-океанический хребет — это подводный горный хребет, образованный тектоникой плит.Это поднятие дна океана происходит, когда конвекционные потоки поднимаются в мантии под океанической корой и создают магму там, где две тектонические плиты встречаются на расходящейся границе.

Что такое конвекционные потоки и почему они так важны?

Конвекционные течения важны, потому что они управляют тектоникой плит, влияют на ветер и океанские течения. Тектоника плит Конвекционные потоки ответственны за движение тектонических плит на земной коре. Большие конвекционные потоки в астеносфере переносят тепло на поверхность, где шлейфы…

Что такое конвекционные потоки и как они возникают?

Конвекционные потоки — это движение жидкости в результате дифференциального нагрева или конвекции.В случае Земли конвекционные потоки относятся к движению расплавленной породы в мантии по мере того, как радиоактивный распад нагревает магму, заставляя ее подниматься и приводя в движение поток магмы глобального масштаба.

Что такое конвекционные потоки и чем они вызваны?

Конвекционные потоки — это движения, вызванные изменениями температуры жидких или газообразных тел. В таких телах более теплый материал имеет тенденцию подниматься, вытесняя более холодный материал, который циркулирует в другом месте; непрерывное движение, создаваемое этим процессом, известно как конвекционная ячейка.

Какие интересные факты о конвекции вы знаете?

Факты о конвекции 1: конвекционное течение. Источник тепла и жидкость необходимы для образования конвекционного течения. Следовательно, передача тепла может быть осуществлена. Конвекция происходит в атмосфере. Воздух считается жидкостью, а солнце – источником тепла.

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.