Конвекция определение в физике: 100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

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

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

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

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

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

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

— Расскажите поподробнее?

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

— Система оценивания останется прежней?

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

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

Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

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

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

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

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

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

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

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

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

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

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

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

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

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

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

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

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

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

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

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

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

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

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

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

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

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

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

Конвекция — это.

.. Что такое Конвекция?

        перенос теплоты в жидкостях, газах или сыпучих средах потоками вещества. Различают естественную, или свободную, и вынужденную К.

         Естественная К. возникает при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих или сыпучих веществ, находящихся в поле силы тяжести (или в системе, движущейся с ускорением). Вещество, нагретое сильнее, имеет меньшую плотность и под действием архимедовой силы F_A перемещается относительно менее нагретого вещества. Сила F_A = Δρ∙V (Δρ — разность плотностей нагретого вещества и окружающей среды,

V — объём нагретого вещества). Направление силы F_A, а следовательно, и К. для нагретых объёмов вещества противоположно направлению силы тяжести. К. приводит к выравниванию температуры вещества. При стационарном подводе теплоты к веществу в нём возникают стационарные конвекционные потоки, переносящие теплоту от более нагретых слоев к менее нагретым. С уменьшением разности температур между слоями интенсивность К. падает. При высоких значениях теплопроводности и вязкости среды К. также оказывается ослабленной. На К. ионизованного газа (например, солнечной плазмы) существенно влияет магнитное поле и состояние газа (степень его ионизации и т.д.). В условиях невесомости естественная К. невозможна.

         При вынужденной К. перемещение вещества происходит главным образом под воздействием какого-либо устройства (насоса, мешалки и т.п.). Интенсивность переноса теплоты здесь зависит не только от перечисленных выше факторов, но и от скорости вынужденного движения вещества.

         К. широко распространена в природе: в нижнем слое земной атмосферы (см. Конвекция в атмосфере), морях и океанах (см. Конвекция в океане), в недрах Земли, на Солнце (в слое до глубины Конвекция20—30% радиуса Солнца от его поверхности) и т.д. С помощью К. осуществляют охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах (см. Конвективный теплообмен).

        в атмосфере, вертикальные перемещения объёмов воздуха с одних высот на другие, обусловленные архимедовой силой: воздух более тёплый и, следовательно, менее плотный, чем окружающая среда, перемещается вверх, а воздух более холодный и более плотный — вниз. При слабом развитии К. имеет беспорядочный, турбулентный характер. При развитой К. над отдельными участками земной поверхности возникают восходящие и нисходящие токи воздуха, пронизывающие атмосферу иногда до высот стратосферы (проникающая К.). Вертикальная скорость восходящих токов (термиков) при этом обычно порядка нескольких м/сек, по иногда может превышать 20—30 м/сек. С проникающей К. обычно связано образование облаков К. — кучевых и кучево-дождевых (грозовых).

         Развитие К. зависит от распределения температуры в атмосфере по высоте. Восходящий воздух поднимается до тех пор, пока его температура остаётся выше температуры окружающего воздуха; нисходящий воздух, в свою очередь, опускается, пока он холоднее окружающего воздуха. Но восходящий воздух вследствие расширения охлаждается на 1 °С на 100 м подъёма (пока в нём не началась конденсация) — так называемый сухоадиабатический градиент, а после начала конденсации (образования облаков), сопровождающейся выделением скрытой теплоты, — на переменную величину в несколько десятых долей градуса на 100 м подъёма (так называемый влажноадиабатический градиент). Поэтому для поддержания К. нужно, чтобы вертикальный градиент температуры в атмосферном столбе был больше сухоадиабатического градиента до уровня, на котором начинается конденсация, и больше влажнодиабатического над этим уровнем, т. е. атмосфера должна обладать неустойчивой стратификацией (см. Стратификация атмосферы). Такие условия создаются летом в воздухе над прогретой сушей и во все времена года в воздухе, движущемся с более холодной на более тёплую поверхность. Слои с малыми вертикальными градиентами температуры, особенно с инверсиями температуры (См. Инверсии температуры), являются для К. задерживающими слоями.

         Лит.: Матвеев Л. Т., Основы общей метеорологии, Л., 1965; Шметер С. М., Физика конвективных облаков, Л., 1972.

         С. П. Хромов.

        в океане, вертикальное движение воды, вызванное изменением её плотности в результате изменения температуры или солёности. Если плотность воды однородна по горизонтали и с глубиной возрастает, то вода находится в равновесии. В противном случае начинается опускание более плотной воды до глубины, на которой плотность опустившейся воды станет равной плотности окружающих вод. К. ведёт к перемешиванию и выравниванию по вертикали физических и химических характеристик воды, обогащению кислородом нижележащих слоев и т.д. В придонных областях океана (в частности, в глубоководных впадинах) могут иметь место случаи уменьшения плотности с глубиной, например за счёт геотермического притока тепла из недр Земли. В ряде случаев это уменьшение плотности с глубиной сопровождается К., охватывающей значительную толщу придонных вод (порядка нескольких сотен м по вертикали),

         Большую роль в режиме океана играет К. в период осенне-зимнего охлаждения (так называемая зимняя вертикальная циркуляция), так как в этот период К. распространяется на большие глубины, а в отдельных субтропических и тропических морях с большой солёностью воды — до дна (Средиземное море, Красное море, Персидский залив), Поскольку благодаря К. зимой в океане непрерывно происходит подъём к поверхности более тёплых вод с глубин, климат прилегающих стран смягчается.

         А. М. Муромцев.

Конвекция. Центральное отопление. Фен :: Класс!ная физика

КОНВЕКЦИЯ

— это перенос энергии струями жидкости или газа.
При конвекции происходит перенос вещества в пространстве.
Объяснить явление конвекции можно тепловым расширением тел и законом Архимеда .
Конвекция невозможна в твёрдых телах.
Интенсивность конвекции зависит от разности температур слоев жидкости или газа и агрегатного состояния вещества.

Конвекция может быть двух видов:

так, например, в лампе для ее возникновения требуется подогрев жидкости снизу
(или в другом устройстве — охлаждение сверху).

когда под действием вентиляторов, насосов, движения ложки и т.п. переносятся потоки газа или жидкости.

Красивый опыт с конвекцией жидкости.

Возьмите большую стеклянную банку с широким горлышком и заполните ее чистой холодной водой. В другой небольшой (чтобы проходил через горло большой банки) керамический сосуд налейте очень горячей подкрашенной обычными красками или марганцовкой (зеленкой) воды. Закрыв пальцем горлышко маленького сосуда, опустите его на дно большой банки с водой.
Струйки горячей подкрашенной жидкости, извиваясь, начнут подниматься к поверхности. Вы будете наблюдать явление конвекции в жидкости, когда более легкая горячая жидкости, перемешиваясь с холодной водой, устремится вверх.

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

Керосиновая лампа, масляная…
Каково назначение лампового стекла?

Тысячелетия люди обходились без стекла, используя открытый огонь. И только Леонардо да Винчи придумал окружить огонь цилиндрическим экраном, но сначала не стеклянным, а металлическим. Только спустя 300 лет появилась стеклянная колба для лампы. Главная роль стекла усилить яркость пламени, т.е. ускорить процесс горения ( стекло усиливает приток воздуха к пламени и увеличивает тягу). Второстепенная роль — защита пламени от ветра.

Устали? — Отдыхаем!

конвекция

Материально-техническое оснащение урока:

1.      Комплект приборов для демонстрации конвекции в жидкостях и газах: штатив, колба с водой, экран, перманганат калия, настольная лампа, бумажная спираль.

2.     Дидактический материал для контроля знаний учащихся: лото  по теме «Тепловые явления», карточки — задания для проверки навыков работы с величинами, заданными в стандартном виде.

3.     Дополнительная литература по теме «Проявления конвекции в природе и технике».

4.     Наглядные пособия.

План урока:

1.     Оргмомент

2.     Проверка домашнего задания.

3.     Изучение нового материала.

4.     Физическая минутка.

5.     Закрепление.

6.     Подведение итогов. Домашнее задание.

Ход урока:

1.     Оргмомент.

Объявляются цель и план  урока .

2.     Проверка домашнего задания:

Проверка ОУН 1-го ряда:

— учащиеся 1-го варианта заполняют физическое лото по теме « Тепловые явления»,

-учащиеся 2-го варианта выполняют задания по записи значений физических  величин в стандартном виде.

Монологический ответ по теме « Теплопроводность».

— учащиеся 2 и 3го ряда заслушивают ответ и проводят анализ по плану: положительные и неудачные моменты ответа, дополнения , оценка.

 Подведение итогов проверки домашнего задания.

3.     Изучение нового материала:

Учитель: Цель этого этапа урока: узнать новый вид теплопередачи, его механизм  и отличие от теплопроводности, познакомиться с видами конвекции и проявлениями ее в природе и технике.

 

Демонстрация опыта по конвекции в жидкостях. Наблюдение циркуляции воды.

 

Учитель: Что мы наблюдаем?

Ученик: Мы видим, как струи подкрашенной жидкости поднимаются вверх.

Учитель: Попробуем объяснить данное явление.

               Что происходит  с энергией и скоростью частиц  у дна сосуда?

Ученик: Так как сосуд у дна подогревают, то энергия  частиц у дна сосуда увеличивается.

Учитель: Как это отражается на плотности жидкости? И к чему это приводит?

Ученик: При увеличении скорости частиц плотность жидкости уменьшается и на менее плотные слои жидкости начинает действовать сила Архимеда, поэтому менее плотная жидкость всплывает.

Учитель: Менее плотные слои жидкости всплывают и переносят с собой энергию по всему объему жидкости.

Учитель: Мы с вами на опыте пронаблюдали проявление конвекции в жидкостях. Сделайте полный вывод по увиденному опыту и предложите возможные определения конвекции.

Учащиеся делают вывод

Учитель: Запишем определение конвекции в тетрадь:

 

Конвекция – вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкости или газа.

 

Механизм конвекции:

 

Отличие от теплопроводности:

 

Виды конвекции:

 

Учитель: Пронаблюдаем опыт, демонстрирующий конвекцию в газах.

 Демонстрация опыта по конвекции в газах.

 

 

4. Физическая минутка:

Разминка для глаз:

Посмотрели в окно, на верхушки деревьев.

Прочитали в тетради определение конвекции.

Посмотрели в окно, на последние этажи домов.

Прочитали в тетради механизм конвекции.

Встали, потянулись.

 

5.     Закрепление.

Класс делится на 5 групп ( далее работа продолжается стоя).

Учащиеся работают в группах, рассматривая вопросы проявления конвекции в природе и использование ее в технике.

Задания группам:

1 группе — Объяснить физику ночного и дневного бризов.

2 группе – Объяснить принцип действия водяного отопления.

3 группе – Объяснить механизм обогрева воздуха  в комнате от батареи центрального отопления. 

4 группе – объяснить принцип действия охлаждения автомобильного двигателя.

5 группе – объяснить на основе конвекционных потоков в мантии Земли движение литосферных плит.

 

На подготовку ответа группе дается 5 минут.

После подготовки ребята рассаживаются по местам.

Заслушивается ответ каждой группы.

 

6.     Подводится итого урока, объявляются оценки.

Домашнее задание: Учебник ПинскогоА.А.  п. 4.9, стр. 100, упр. 1,2,3

Урок 02. теплопроводность. конвекция. излучение — Физика — 8 класс

Конспект объясняющего модуля

Цели урока:

– познакомить с тремя способами теплопередачи, сформировать представление о механизмах и особенностях передачи энергии путём теплопроводности, конвекции и излучения;

– научить наблюдать, описывать и объяснять физические явления на основе представлений об изменении внутренней энергии при теплопередаче.

Планируемые результаты обучения учащегося:

– даёт определения теплопроводности, конвекции и излучения, приводит примеры передачи энергии перечисленными способами;

– демонстрирует знание механизмов и особенностей передачи энергии путём теплопроводности, конвекции и излучения;

– сравнивает значения теплопроводности различных веществ;

– приводит примеры и объясняет физические явления на основе полученных знаний о различных способах теплопередачи.

В окружающем нас мире происходят различные физические явления, некоторые из них связаны с изменением внутренней энергии тел.

Внутреннюю энергию можно изменить за счет совершения механической работы и теплопередачи.

Рассмотрим способ изменения внутренней энергии тела путем теплопередачи. Введем определение. Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

У теплопередачи есть три разновидности: теплопроводность, конвекция, излучение. Каждый вид теплопередачи имеет свои особенности, присущие только ему. Рассмотрим первый вид- теплопроводность.

Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Разные тела обладают разной теплопроводностью, так как молекулярное строение и скорость движения молекул в разных веществах разная.

У металлов самая высокая (хорошая) теплопроводность, у жидкостей меньше, а у газов самая маленькая ( плохая) теплопроводность.

Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества и если нет частиц, то нет теплопроводности. Следующий вид теплопередачи- конвекция.

Конвекция – это явление переноса энергии слоями жидкостей или газов.

Конвекция , что следует из определения, может быть только при наличии вещества, а конкретно — жидкости или газа, если же вещества нет, то и не имеет смысла говорить о явлении конвекции. Конвекцией, например, объясняются бризы — ночные и дневные ветры, возникающие на берегах морей и больших озер.

В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой. При этом воздух над сушей расширяется, после чего его давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате холодный воздух понизу с моря (где давление больше) перемещается к берегу (где давление меньше) -дует ветер. Это и есть дневной (или морской) бриз.

Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Теперь более высокое давление оказывается над сушей, и потому воздух начинает перемещаться от берега к морю. Это ночной (или береговой) бриз.

Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

Естественная конвекция происходит сама по себе без внешнего воздействия.

В вынужденной перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Рассмотрим еще один вид теплопередачи- излучение, который может осуществляться в вакууме.

Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн.

У излучения есть свои особенности- темные тела быстрее поглощают и излучают энергию, у светлых поглощение и испускание энергии происходит гораздо медленнее.

Кроме того, все нагретые тела, по сравнению с температурой окружающего пространства, испускают энергию. Чем сильнее нагрето тело, тем больше энергии оно испускает.

Это можно увидеть с помощью термоскопа.

Конспект урока по физике на тему : «Конвекция. Излучение»

Конспект урока по физике на тему :

«Конвекция. Излучение»

Цели урока: введение понятий конвекции и излучения как способов теплопередачи; раскрытие механизма передачи энергии в жидкостях и газах.

Задачи урока:

общеобразовательная: познакомить учеников с проявлениями видов теплопроводности в жидкостях, газах и вакууме; объяснить понятие явлений конвекции и излучения, их особенностей.

развивающая: продолжить формирование у обучающихся ключевых умений, имеющих универсальное значение для различных видов деятельности – выделение проблемы, принятие решения, поиска, анализа и обработки информации;

воспитательная: воспитывать коллективизм, творческое отношение к порученному делу.

Тип урока. Изучение нового материала.

Оборудование: теплоприемник, резиновая трубка, стакан с водой и электрическая лампочка, пробирка, жидкостный манометр, колба, бумажная вертушка;

мультимедийный проектор, презентация.

Демонстрации:

1. Движение вертушки над включенной лампой.

2. Нагревание марганца в колбе с водой.

3. Взаимодействие источника излучения с теплоприемником.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний.

Проверка усвоения домашнего задания.

Ответим на вопросы письменно по вариантам:

Как связана температура тела со скоростью движения его молекул?

3. Чем отличается движение молекул в различных агрегатных состояниях вещества?

3. Какие превращения энергии происходят при подъеме шара и при его падении?

2. как изменится состояние свинцового шара и свинцовой плиты в результате их соударения?

2. зависти ли внутренняя энергия тела от его движения и положения относительно других тел? Приведите пример.

3. Приведите примеры изменения внутренней энергии тела способом теплопередачи.

3. что такое теплопередача?

3. какими двумя способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

После сдачи письменных работ, записываем в тетрадь число и тему сегодняшнего занятия

III. Изучение нового материала.

Учитель. Эпиграфом к сегодняшнему уроку я взяла следующие слова: «Воду пруда нагревает зной сверху, а внизу – холодный слой». Йогешвара. Мы с вами продолжаем изучать виды теплопередачи. Сегодня познакомимся с конвекцией и излучением. Запишите тему урока.

Слайд 1

Вопрос: Какие способы изменения внутренней энергии тела вы знаете? (Заслушиваются ответы учеников)

Слайд 2

Итак, знакомимся еще с одним видом теплопередачи. Конвекция – (от лат. слова конвекцио – перенесение) – это вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями газа или жидкости.

Слайд 3

Существует два вида конвекции: естественная и вынужденная. Естественная конвекция – самопроизвольное охлаждение, нагревание, перемещение. Вынужденная конвекция – перемещение с помощью насоса, мешалки и т.п.

Слайд 4

Механизм конвекции в жидкостях. Жидкости и газы нагреваются снизу, так как у них плохая теплопроводность. У горячих слоёв жидкости (газа) плотность уменьшается, и они поднимаются вверх, уступая место более холодным. Возникает циркуляция («движение по кругу») слоёв.

Слайд 5

Механизм конвекции в газах. Теплый воздух имеет меньшую плотность и со стороны холодного воздуха на него действует сила Архимеда, направленная вертикально вверх.

Слайд 6

Конвекция учитывается при установке отопительных приборов: батареи располагаются у пола. В этом случае в комнате устанавливается устойчивое конвекционное движение воздуха.

В твердых телах конвекции нет, так как их частицы не обладают большой подвижностью. Много проявлений конвекции можно обнаружить в природе и жизни человека. Конвекция также находит применение в технике.

В результате конвекции в атмосфере образуются ветры у моря — это дневные и ночные бризы. Дневной бриз — Холодный воздух понизу с моря перемещается к берегу. Ночной бриз — Холодный воздух понизу с берега перемещается к морю.

Слайд 7

Демонстрации.

1. Включим лампу накаливания с отражателем и поместим над лампой бумажную вертушку. Вертушка начинает вращаться. Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается. (Плотность горячего воздуха меньше, чем холодного, поэтому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплого воздуха поднимаются вверх, а на их место опускается холодный воздух)

2. Нагреем пробирку с водой, на дно которой опущены кристаллики марганцовки. Появились малиновые «змейки», которые поднимаются вверх.

Вопрос. Какие особенности вы увидели? (Ученики делают выводы)

Учитель.  Запишите особенности в тетрадь.

При конвекции в жидкостях или газах:

1) само вещество переносится;

2) существует только в жидкостях и газах, ее нет в твердых телах;

3) чтобы она происходила, нагревать нужно снизу.

Учитель: Вам хорошо известно, что основным источником тела на Земле является Солнце. Земля находится от Солнца на расстоянии 15*10⁷ км. Все это пространство за пределами нашей атмосферы содержит очень разреженное вещество. В вакууме перенос энергии путем теплопроводности почти невозможен. Не может происходить он и за счет конвекции. Следовательно, существует еще одни вид теплопередачи.

Демонстрация.

Включенная электрическая плитка, к которой сбоку подносится теплоприемник, соединенный с жидкостным манометром.

Учитель: Что наблюдаем? Почему изменился уровень воды в манометре? (Воздух в теплоприемнике нагрелся, расширился, в этом колене манометра жидкость опустилась, а в другом поднялась.)

Каким способом нагрелся воздух в теплоприемнике? (Между ним и плиткой есть воздух, а у него очень маленькая теплопроводность, следовательно, теплопроводность отсутствует. Конвекции тоже нет, т.к. теплоприемник не над плиткой, а рядом с ней.)

Учитель: Это действительно новый вид теплообмена — излучение (лучистый теплообмен). Под лучистым теплообменом, или просто излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн.

Любое нагретое тело является источником излучения. Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.

Слайд 8

Не задумывались ли вы над вопросом: как передается солнечное тепло на Землю? Ведь в космическом пространстве нет ни твердых, ни жидких, ни газообразных тел. Следовательно, космическое пространство не может передавать тепло Солнца на Землю ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Дело в том, что тепло от Солнца к Земле передается также как сигнал с радиостанции приемнику, — электромагнитными волнами.

Слайд 9

Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Слайд 10

Около 50% энергии излучаемой Солнцем является лучистой энергией, эта энергия — источник жизни на Земле. Излучение происходит по всем направлениям.

Слайд 11

Излучение применяется для сушки и нагрева материалов, в приборах ночного видения (бинокли, оптические прицелы), для создания систем самонаведения на цель бомб, снарядов и ракет

Слайд 12

Количество излучённой или поглощённой энергии зависит от площади поверхности тела

Слайд 13

Демонстрация. Взаимодействие источника излучения с теплоприемником.

При нагревании темной поверхности в стакане с водой быстрее появляются пузырьки воздуха, чем при нагревании светлой поверхности.

Учитель. Запишите особенности излучения в тетрадь:

1. излучают все нагретые тела (твердые, жидкие, газообразные),

2. происходит в вакууме,

3. зависит от цвета поверхностей: темная поверхность лучше излучает и поглощает   тепло, светлая – наоборот; тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой.

4. Закрепление изученного материала. Слайд 14.

4. Объясните как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.

5. Почему конвекция не возможна в твердых телах.

6. Почему форточки для проветривания комнаты помещают в верхней части окна?

7. В каком из двух сосудов закипит быстрее вода? Одни сосуд светлый, а другой закопченный.

8. Почему в светлом чайнике горячая вода остывает дольше, чем в темном?

9. Все ли было на уроке понятно? Было ли на уроке интересно? Усвоена ли тема урока?

10. 5. Домашнее задание. Слайд 15.

11. П.5-6 читать, записи

V. Подведение итогов. Домашнее задание

§ 5-6, упражнение 2,3, Л № 972-976, 984-987,

Задание: в бумажной коробочке вскипятить воду над пламенем свечи. (Опыт выполняйте вместе с родителями).

дайте определение конвекции — Школьные Знания.com

Через сколько делений от левого конца О рычага, изображённого на рисунке, нужно подвести три таких же шарика, чтобы рычаг находился в равновесии?​

Чому дорівнює внутрішня енергія 5 моль одноатомного газу ари температурі 27°С?

У Баренцовому морі для з’ясування причин аварії підводного човна водолази занурбвались на глибину 100 м.Який тиск діяв на них?​

Тіло вільно падає без початкової швидкості. Які відстань воно пролітає за першу секунду руху? (Відповідь: 5 м)розв’яжіть будь ласка задачу, тільки пра … вильно!! фізика​

мешканець хмарочоса виміряв тиск на даху, біля входу в підвалі. у скільки раз висота бідівля більше глибини підвалу, якщо записи вимірювань: 757мм рт. … ст., 755 мм.р. ст., 735 мм рт. ст.​

Мише приснился сон, в котором он был космонавтом и оказался на другой планете. Мишеснилось, что на привезённый с Земли динамометр он подвесил груз мас … сой 0,8 кг. При этомдинамометр показал значение силы тяжести 4 Н. Чему равно ускорение свободного паденияна этой планете?​

Чому дорівнює внутрішня енергія 5 моль одноатомного газу при температурі 27°С?

Помогите 3 теста 1.Что такое сферическое зеркало? А) Устройство, собирающее параллельные световые лучи по радиусу кривизны Б) Тело, преломляющее полуп … розрачные лучи В) Устройство, которое параллельно отражает световые лучи Г) Устройство, собирающее параллельные световые лучи в изогнутой лисе. 2.Чем вогнутое зеркало отличается от выпуклого? А) По радиусу кривизны. Б) В фокусах. В) Расположение прозрачной поверхности зеркала и поверхностей, на которых установлен отражатель. Г) Нет никакой разницы. 3. Какое зеркало называется плоским? А) Тело со сфокусированным светом фокусом, ограниченным отражающей поверхностью с двумя прозрачными поверхностями. Б) Тело, которое распространяет параллельные лучи в разные стороны. В) Тело бесконечного радиуса кривизны, ограниченное отражающей поверхностью с двумя прозрачными поверхностями. Г) Тело с бесконечным радиусом кривизны, одна прозрачная поверхность которого ограничена отражающей поверхностью.

Помогите решить задачу: ртутным манометром измеряют давление в баллоне .которое значение этого давления, если атмосферное давление составляет 740 мм.р … т.ст

Я 3.2. Два провідники опорами 12 і 30 Ом увімкнено до мережі, напруга в якій дорівнює 220 В. Визначте, яку роботу виконає електричний струм у кожному … провіднику за 10 хв, якщо провідники з’єднати: а) паралельно; б) послідовно.

Проводимость, конвекция и излучение | IOPSpark

Энергия, передаваемая посредством проводимости

Энергия и теплофизика

Проводимость, конвекция и излучение

Руководство для преподавателей для 11-14 14–16

Теплопроводность

Проводимость — это способ передачи энергии (посредством нагрева при контакте) от горячего тела к более холодному (или от горячей части объекта к более холодной части). Это результат движения частиц: быстрые или энергично движущиеся частицы сталкиваются с менее энергичными частицами и заставляют их двигаться быстрее или сильнее вибрировать.

Перед тем, как приступить к каким-либо другим экспериментам, ученики могут прикоснуться к ряду предметов в комнате и разделить их на те, которые кажутся теплыми на ощупь, и те, которые кажутся холодными на ощупь. Если на них не падает солнечный свет или они не находятся рядом с обогревателем:

• все материалы могут иметь одинаковую температуру
• , что температура, вероятно, будет ниже температуры тела.

Поскольку объекты имеют более низкую температуру, энергия передается от рук учащихся к объекту. Однако, даже если все они имеют одинаковую температуру, некоторые материалы будут холоднее. Это те, что лучше дирижируют. Причина, по которой они чувствуют себя холоднее, заключается в том, что, будучи хорошими проводниками, они быстро передают энергию по всему объекту. Или, другими словами, хороший проводник не может поддерживать разницу температур между предметом, который держат ученики, и остальным предметом.Следовательно, ученик должен повысить температуру всего объекта , а не только той части, которую он держит.

Тепловая конвекция

Энергия может переноситься из одного места в другое путем оптового движения среды: более теплая жидкость движется, вытесняя более холодную жидкость, и, таким образом, передает энергию конвекционными потоками. Это больше похоже на то, как ученик передает сообщение в письме другим, а не просто передает его по очереди, как в случае с дирижированием.

Радиация

Излучение сильно отличается от теплопроводности и конвекции. Дело не в том, что что-то горячее несет энергию, или в атомах, передающих энергию от одного к другому. Горячие предметы производят электромагнитные волны и поэтому остывают, если мы не держим их горячими. Когда электромагнитные волны ударяются о что-то, они поглощаются и могут повысить его температуру.

Энергия, передаваемая каждым фотоном электромагнитного излучения, равна {hf} (постоянная Планка, умноженная на частоту излучения).Все частоты передают кванты энергии. Энергия, передаваемая квантом ультрафиолетового излучения, больше, чем квант инфракрасного излучения. Однако горячее тело излучает больше инфракрасного излучения, чем более холодное. Один ватт зеленого света дает столько же тепла, сколько один ватт инфракрасного света. Нет никаких особых видов тепловых лучей или теплового излучения. Электромагнитные волны только увеличивают тепловую энергию, запасаемую объектом, когда они поглощаются; они не передают энергию, когда проходят через полностью прозрачную среду или при отражении от идеально отражающего зеркала.

Конвекция | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

• Обсудите метод передачи тепла конвекцией.

Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества. В случае с Землей атмосферная циркуляция вызывается потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам.(Обратите внимание, что вращение Земли вызывает наблюдаемый восточный поток воздуха в северном полушарии). Автомобильные двигатели охлаждаются потоком воды в системе охлаждения, а водяной насос поддерживает поток холодной воды к поршням. Система кровообращения используется телом: когда тело перегревается, кровеносные сосуды в коже расширяются (расширяются), что увеличивает приток крови к коже, где ее можно охладить за счет потоотделения. Эти сосуды становятся меньше, когда на улице холодно, и больше, когда жарко (поэтому течет больше жидкости и передается больше энергии).

Тело также теряет значительную часть своего тепла в процессе дыхания.

Хотя конвекция обычно сложнее, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и сделать несколько простых, реалистичных расчетов ее эффектов. Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры. Таким образом, дом на Рисунке 1 поддерживается в тепле, как и горшок с водой на плите на Рисунке 2. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция передают энергию из одной части земного шара в другую.Оба являются примерами естественной конвекции.

Рис. 1. Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления с использованием естественной конвекции, подобная этой, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 2. Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого котла с водой.Попадая внутрь, передача тепла другим частям горшка происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется.

Эксперимент на вынос: конвекционные ролики в подогреваемой сковороде

Возьмите две маленькие горшки с водой и с помощью пипетки нанесите каплю пищевого красителя на дно каждой. Оставьте один на столешнице, а другой нагрейте на плите.Наблюдайте, как цвет распространяется и сколько времени требуется, чтобы достичь вершины. Наблюдайте, как образуются конвективные петли.

Пример 1. Расчет теплопередачи путем конвекции: конвекция воздуха через стены дома

Большинство домов не герметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через трещины и щели, по проводке к выключателям и розеткам и так далее. Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час. Предположим, что дом среднего размера имеет внутренние размеры 12.0 м × 18,0 м × 3,00 м в высоту, и что весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в ваттах за единицу времени, необходимую для нагрева входящего холодного воздуха на 10,0 ° C, заменяя тем самым тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия

Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы Q = мк Δ T . Скорость теплопередачи тогда равна [латекс] \ frac {Q} {t} \\ [/ latex], где t — время оборота воздуха. Нам дано, что Δ T равно 10.0ºC, но мы все равно должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить Q . Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельной теплоты азота и кислорода, что дает c = c _p 1000 Дж / кг · ºC из таблицы 1 (обратите внимание, что удельная теплоемкость при постоянном давлении должна использоваться для этого процесса).

Решение

1. Определите массу воздуха по его плотности и заданному объему дома.Плотность рассчитывается исходя из плотности ρ и объема м = ρV = (1,29 кг / м ³ ) (12,0 м × 18,0 м × 3,00 м) = 836 кг.
2. Рассчитайте теплопередачу при изменении температуры воздуха: Q = мкС Δ T так, чтобы Q = (836 кг) (1000 Дж / кг · ºC) (10,0ºC) = 8,36 × 10 ⁶ Дж.
3. Рассчитайте теплопередачу от тепла Q и время оборота т .{6} \ text {J}} {1800 \ text {s}} = 4,64 \ text {кВт} \\ [/ latex].

Обсуждение

Эта скорость передачи тепла равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью лампочками мощностью 100 Вт. Вновь построенные дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не 30 минут для дома в этом примере. Обычно используются погодоустойчивые уплотнения, уплотнения и улучшенные оконные уплотнения. В очень холодном (или жарком) климате иногда принимаются более крайние меры для достижения жесткого стандарта более 6 часов на один оборот воздуха.Еще более продолжительное время оборота вредно для здоровья, потому что требуется минимальное количество свежего воздуха для подачи кислорода для дыхания и разбавления бытовых загрязнителей. Термин, используемый для процесса проникновения наружного воздуха в дом из трещин вокруг окон, дверей и фундамента, называется «проникновение воздуха».

Холодный ветер более холодный, чем неподвижный холодный воздух, потому что конвекция в сочетании с проводимостью в теле увеличивает скорость передачи энергии от тела.В таблице ниже приведены приблизительные коэффициенты охлаждения ветром, которые представляют собой температуры неподвижного воздуха, обеспечивающие такую ​​же скорость охлаждения, как и воздух с заданной температурой и скоростью. Факторы охлаждения ветром являются ярким напоминанием о способности конвекции передавать тепло быстрее, чем теплопроводность. Например, ветер со скоростью 15,0 м / с при 0ºC имеет холодный эквивалент неподвижного воздуха при температуре около -18ºC.

Таблица 1. Факторы охлаждения ветром
Температура движущегося воздуха	Скорость ветра (м / с)
(ºC)	2	5	10	15	0
5	3	-1	−8	−10	−12
2	0	−7	−12	−16	−18
0	-2	−9	−15	−18	−20
−5	−7	−15	−22	−26	−29
−10	−12	−21	−29	−34	−36
−20	−23	−34	−44	−50	−52
−10	−12	−21	−29	−34	−36
−20	−23	−34	−44	−50	−52
−40	−44	−59	−73	−82	−84

Хотя воздух может быстро передавать тепло за счет конвекции, он является плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором. Количество доступного пространства для воздушного потока определяет, действует ли воздух как изолятор или проводник. Например, расстояние между внутренней и внешней стенами дома составляет около 9 см (3,5 дюйма) — достаточно для эффективной работы конвекции. Дополнительная изоляция стен препятствует воздушному потоку, поэтому потери (или приток) тепла снижаются. Точно так же зазор между двумя стеклами окна с двойным остеклением составляет около 1 см, что предотвращает конвекцию и использует низкую проводимость воздуха для предотвращения больших потерь.Мех, волокна и стекловолокно также используют преимущества низкой проводимости воздуха, удерживая его в пространствах, слишком малых для поддержания конвекции, как показано на рисунке. Мех и перья легкие и поэтому идеально подходят для защиты животных.

Рис. 3. Мех наполнен воздухом, который разбивается на множество маленьких карманов. Конвекция здесь очень медленная, потому что петли такие маленькие. Низкая проводимость воздуха делает мех очень хорошим легким изолятором.

Некоторые интересные явления происходят , когда конвекция сопровождается фазовым переходом .Это позволяет нам охладиться потоотделением, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Тепло от кожи требуется для испарения пота с кожи, но без потока воздуха воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим, и испарение продолжается.

Пример 2. Расчет потока массы во время конвекции: передача тепла от пота от тела

Средний человек в состоянии покоя выделяет тепло мощностью около 120 Вт.С какой скоростью должна испаряться вода из тела, чтобы избавиться от всей этой энергии? (Это испарение может происходить, когда человек сидит в тени и температура окружающей среды такая же, как температура кожи, что исключает передачу тепла другими методами.)

Стратегия

Энергия необходима для фазового перехода ( Q = мл _v ). Таким образом, потери энергии в единицу времени составляют

[латекс] \ displaystyle \ frac {Q} {t} = \ frac {mL _ {\ text {v}}} {t} = 120 \ text {W} = 120 \ text {J / s} \\ [/ латекс].

Мы разделим обе части уравнения на L _v , чтобы найти, что масса, испарившаяся за единицу времени, равна [латекс] \ frac {m} {t} = \ frac {120 \ text {Дж / с}} { L _ {\ text {v}}} \\ [/ latex].

Решение

Вставьте значение скрытой теплоты из таблицы 1 в раздел «Фазовый переход и скрытая теплота», L _v = 2430 кДж / кг = 2430 Дж / г. Это дает

[латекс] \ displaystyle \ frac {m} {t} = \ frac {120 \ text {J / s}} {2430 \ text {J / g}} = 0,0494 \ text {g / s} = 2,96 \ text {г / мин} \\ [/ латекс]

Обсуждение

Испарение около 3 г / мин кажется разумным.Это будет около 180 г (около 7 унций) в час. Если воздух очень сухой, пот может испариться, даже если этого не заметят. Значительное количество испарений также происходит в легких и дыхательных путях.

Рис. 4. Кучевые облака создаются водяным паром, поднимающимся из-за конвекции. Возникновение облаков происходит за счет механизма положительной обратной связи. (кредит: Майк Лав)

Другой важный пример сочетания фазового перехода и конвекции происходит при испарении воды из океанов.При испарении воды тепло уходит из океана. Если водяной пар конденсируется в жидкие капли при образовании облаков, в атмосферу выделяется тепло. Таким образом, происходит общий перенос тепла от океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков, тех огромных кучевых облаков, которые поднимаются на 20 км в стратосферу. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии. Эта энергия заставляет воздух расширяться и подниматься там, где он холоднее.В этих более холодных регионах происходит больше конденсации, что, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, поскольку процесс усиливается и ускоряется.

Рис. 5. Конвекция, сопровождающаяся фазовым переходом, высвобождает энергию, необходимую для того, чтобы загнать этот гром в стратосферу. (кредит: Херардо Гарсиа Моретти)

Эти системы иногда вызывают сильные штормы с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы (рис. 5).

Движение айсбергов (рис. 6) — еще один пример конвекции, сопровождающейся фазовым переходом. Предположим, айсберг дрейфует из Гренландии в более теплые воды Атлантики. Тепло удаляется из теплой океанской воды, когда лед тает, и тепло передается на сушу, когда айсберг формируется на Гренландии.

Рис. 6. Фазовое изменение, которое происходит при таянии этого айсберга, связано с огромной теплопередачей. (Источник: Доминик Алвес)

Проверьте свое понимание

Объясните, почему использование вентилятора летом дает ощущение свежести!

Решение

Использование вентилятора увеличивает поток воздуха: теплый воздух рядом с вашим телом заменяется более холодным воздухом из других мест.Конвекция увеличивает скорость теплопередачи, так что движущийся воздух «кажется» холоднее, чем неподвижный.

Сводка раздела

Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения массы. Конвекция может быть естественной или принудительной и обычно передает тепловую энергию быстрее, чем теплопроводность. В таблице 1 приведены коэффициенты охлаждения ветром, указывающие на то, что движущийся воздух имеет такой же охлаждающий эффект, как и более холодный стационарный воздух. Конвекция, возникающая вместе с фазовым переходом, может передавать энергию из холодных областей в теплые.

Концептуальные вопросы

1. Один из способов сделать камин более энергоэффективным — это использовать внешний воздух для сжигания топлива. Другой — обеспечить циркуляцию комнатного воздуха вокруг топки и обратно в комнату. Подробно опишите методы передачи тепла в каждом из них.
2. Холодными ясными ночами лошади будут спать под покровом больших деревьев. Как это помогает им согреться?

Задачи и упражнения

1. При какой скорости ветра -10ºC воздух вызывает такой же коэффициент охлаждения, как и неподвижный воздух при -29ºC?
2. При какой температуре неподвижный воздух вызывает такой же коэффициент охлаждения, как −5ºC, движущийся со скоростью 15 м / с?
3. «Пар» над чашкой свежеприготовленного растворимого кофе — это на самом деле капли водяного пара, конденсирующиеся после испарения горячего кофе.Какова конечная температура 250 г горячего кофе при начальной температуре 90,0 ° C, если из него испаряется 2,00 г? Кофе находится в чашке из пенополистирола, поэтому другими методами передачи тепла можно пренебречь.
4. (a) Сколько килограммов воды должно испариться у женщины с весом 60,0 кг, чтобы температура ее тела снизилась на 0,750ºC? (б) Достаточно ли это количества воды для испарения в виде потоотделения, если относительная влажность окружающего воздуха низкая?
5. В жаркий засушливый день испарение из озера имеет достаточно теплопередачи, чтобы уравновесить 1.00 кВт / м ² приходящего тепла от Солнца. Какая масса воды испаряется за 1,00 ч с каждого квадратного метра?
6. В один из зимних дней система климат-контроля в большом университетском здании вышла из строя. В результате каждую минуту поступает 500 м ³ избыточного холодного воздуха. С какой скоростью в киловаттах должна происходить теплопередача, чтобы нагреть этот воздух на 10,0ºC (то есть довести воздух до комнатной температуры)?
7. Вулкан Килауэа на Гавайях — самый активный в мире, извергающий около 5 × 10 ⁵ м ³ лавы 1200ºC в день.Какова скорость передачи тепла от Земли за счет конвекции, если эта лава имеет плотность 2700 кг / м ³ и в конечном итоге остывает до 30ºC? Предположим, что удельная теплоемкость лавы такая же, как у гранита.

   Рис. 7. Лавовый поток на вулкане Килауэа на Гавайях. (Источник: Дж. П. Итон, Геологическая служба США)

8. Во время тяжелых упражнений тело перекачивает 2,00 л крови в минуту на поверхность, где она охлаждается до 2,00 ° C. Какова скорость теплопередачи только от этой принудительной конвекции, если предположить, что кровь имеет такую ​​же удельную теплоемкость, что и вода, и ее плотность составляет 1050 кг / м ³ ?
9. Человек вдыхает и выдыхает 2.00 л воздуха 37,0ºC, испаряющего 4,00 × 10 ⁻² г воды из легких и дыхательных путей при каждом вдохе. а) Сколько тепла происходит за счет испарения при каждом вдохе? б) Какова скорость теплопередачи в ваттах, если человек дышит со средней скоростью 18,0 вдохов в минуту? (c) Если вдыхаемый воздух имел температуру 20,0 ° C, какова скорость теплопередачи для нагрева воздуха? (d) Обсудите общую скорость теплопередачи, поскольку она соотносится с типичной скоростью метаболизма.Будет ли это дыхание основной формой передачи тепла для этого человека?
10. Стеклянный кофейник имеет круглое дно диаметром 9,00 см, контактирующее с нагревательным элементом, который поддерживает кофе в тепле с постоянной скоростью теплопередачи 50,0 Вт. (A) Какова температура дна кофейника, если он имеет толщину 3,00 мм и внутренняя температура 60,0ºC? (б) Если температура кофе остается постоянной и вся теплопередача устраняется испарением, сколько граммов в минуту испаряется? Принять теплоту испарения 2340 кДж / кг.

Избранные решения проблем и упражнения

1. 10 м / с

3. 85,7ºC

5. 1,48 кг

7. 2 × 10 ⁴ МВт

9. (а) 97,2 Дж; (б) 29,2 Вт; (c) 9,49 Вт; (г) Общая скорость потери тепла составит 29,2 Вт + 9,49 Вт = 38,7 Вт. Во время сна наше тело потребляет 83 Вт энергии, в то время как сидя оно потребляет от 120 до 210 Вт. Следовательно, общая скорость потери тепла от дыхания не будет серьезной формой потери тепла для этого человека.

Термодинамика: определение и законы | Живая наука

Термодинамика — это раздел физики, изучающий отношения между теплом и другими формами энергии. В частности, он описывает, как тепловая энергия преобразуется в другие формы энергии и из них, и как она влияет на материю.

Тепловая энергия — это энергия, которую вещество или система имеет благодаря своей температуре, то есть энергия движущихся или колеблющихся молекул, согласно веб-сайту Energy Education Агентства образования Техаса.Термодинамика включает в себя измерение этой энергии, что, по словам Дэвида Макки, профессора физики Южного государственного университета штата Миссури, может быть «чрезвычайно сложным». «Системы, которые мы изучаем в термодинамике … состоят из очень большого числа атомов или молекул, взаимодействующих сложным образом. Но, если эти системы соответствуют правильным критериям, которые мы называем равновесными, их можно описать с помощью очень небольшого количества измерений или Часто это идеализируется как масса системы, давление в системе и объем системы или какой-либо другой эквивалентный набор чисел.Три числа описывают номинальные независимые переменные 10 ²⁶ или 10 ³⁰ ».

Тепло

Термодинамика, таким образом, касается нескольких свойств материи; прежде всего тепло. Тепло — это энергия, передаваемая между веществами или системами за счет разница температур между ними, согласно Energy Education. Как форма энергии, тепло сохраняется, т. е. не может быть создано или разрушено. Однако оно может передаваться из одного места в другое.Тепло также может быть преобразовано в другие формы энергии и обратно. Например, паровая турбина может преобразовывать тепло в кинетическую энергию для работы генератора, преобразующего кинетическую энергию в электрическую. Лампочка может преобразовывать эту электрическую энергию в электромагнитное излучение (свет), которое при поглощении поверхностью преобразуется обратно в тепло.

Температура

Количество тепла, передаваемого веществом, зависит от скорости и количества движущихся атомов или молекул, согласно Energy Education.Чем быстрее движутся атомы или молекулы, тем выше температура и чем больше атомов или молекул находится в движении, тем большее количество тепла они переносят.

Температура — это «мера средней кинетической энергии частиц в образце вещества, выраженная в единицах или градусах, обозначенных по стандартной шкале», согласно словарю American Heritage Dictionary. Чаще всего используется шкала температур по Цельсию, которая основана на точках замерзания и кипения воды, присваивая соответствующие значения 0 и 100 градусов Цельсия.Шкала Фаренгейта также основана на точках замерзания и кипения воды, которым присвоены значения 32 F и 212 F соответственно.

Ученые всего мира, однако, используют шкалу Кельвина (K без знака градуса), названную в честь Уильяма Томсона, 1-го барона Кельвина, потому что она работает в расчетах. Эта шкала использует то же приращение, что и шкала Цельсия, т. Е. Изменение температуры на 1 C равно 1 K. Однако шкала Кельвина начинается с абсолютного нуля, температуры, при которой полностью отсутствует тепловая энергия и вся молекулярная энергия. движение останавливается.Температура 0 K равна минус 459,67 F или минус 273,15 C.

Удельная теплоемкость

Количество тепла, необходимое для повышения температуры определенной массы вещества на определенное количество, называется удельной теплоемкостью или удельной теплоемкостью. емкость, согласно Wolfram Research. Традиционной единицей измерения является калорий на грамм на кельвин. Калорийность определяется как количество тепловой энергии, необходимое для повышения температуры 1 грамма воды при 4 C на 1 градус.

Удельная теплоемкость металла почти полностью зависит от количества атомов в образце, а не от его массы.Например, килограмм алюминия может поглотить в семь раз больше тепла, чем килограмм свинца. Однако атомы свинца могут поглощать только примерно на 8 процентов больше тепла, чем такое же количество атомов алюминия. Однако данная масса воды может поглотить почти в пять раз больше тепла, чем равная масса алюминия. Удельная теплоемкость газа более сложна и зависит от того, измеряется ли она при постоянном давлении или постоянном объеме.

Теплопроводность

Теплопроводность ( k ) — это «скорость, с которой тепло проходит через указанный материал, выражается как количество тепла, протекающего в единицу времени через единицу площади с градиентом температуры в один градус на единицу. расстояние », согласно Оксфордскому словарю.Единица измерения для k — ватты (Вт) на метр (м) на кельвин (К). Значения k для металлов, таких как медь и серебро, относительно высоки и составляют 401 и 428 Вт / м · К соответственно. Это свойство делает эти материалы полезными для автомобильных радиаторов и ребер охлаждения для компьютерных микросхем, поскольку они могут быстро отводить тепло и обмениваться им с окружающей средой. Наивысшее значение k для любого природного вещества — это алмаз 2200 Вт / м · К.

Другие материалы полезны, потому что они очень плохо проводят тепло; это свойство называется термическим сопротивлением или значением R , которое описывает скорость, с которой тепло передается через материал.Эти материалы, такие как минеральная вата, гусиный пух и пенополистирол, используются для изоляции внешних стен зданий, зимних пальто и термокружек. R — значение дано в квадратных футах, умноженных на градусы Фаренгейта, умноженные на часы на британские термические единицы (футы ² · ° F · ч / британские тепловые единицы) для плиты толщиной 1 дюйм.

Закон охлаждения Ньютона

В 1701 году сэр Исаак Ньютон впервые изложил свой закон охлаждения в короткой статье под названием «Scala Grauuum Caloris» («Шкала градусов тепла») в «Философских трудах Королевского общества».Утверждение закона Ньютона переводится с оригинального латинского как: «Превышение градусов тепла … было в геометрической прогрессии, когда время в арифметической прогрессии». Вустерский политехнический институт дает более современную версию закона, поскольку «скорость изменения температуры пропорциональна разнице между температурой объекта и окружающей среды».

Это приводит к экспоненциальному спаду разницы температур.Например, если в течение определенного времени поместить теплый предмет в холодную ванну, разница в их температурах уменьшится вдвое. Затем за тот же промежуток времени оставшаяся разница снова уменьшится вдвое. Это повторное уменьшение вдвое разницы температур будет продолжаться через равные промежутки времени, пока она не станет слишком маленькой для измерения.

Теплообмен

Тепло может передаваться от одного тела к другому или между телом и окружающей средой тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Проводимость — это передача энергии через твердый материал . Проводимость между телами возникает, когда они находятся в прямом контакте, и молекулы передают свою энергию через поверхность раздела.

Конвекция — это передача тепла жидкой среде или от нее. Молекулы в газе или жидкости, контактирующие с твердым телом, передают или поглощают тепло к этому телу или от него, а затем удаляются, позволяя другим молекулам перемещаться на место и повторять процесс. Эффективность можно повысить, увеличив площадь нагреваемой или охлаждаемой поверхности, как в случае с радиатором, и заставив жидкость перемещаться по поверхности, как в случае вентилятора.

Излучение — это излучение электромагнитной (ЭМ) энергии, в частности инфракрасных фотонов, переносящих тепловую энергию. Все вещества испускают и поглощают некоторое электромагнитное излучение, чистое количество которого определяет, приведет ли это к потере или приросту тепла.

Цикл Карно

В 1824 году Николя Леонар Сади Карно предложил модель теплового двигателя, основанную на так называемом цикле Карно. Цикл использует взаимосвязь между давлением, объемом и температурой газов, а также то, как подводимая энергия может изменять форму и работать вне системы.

Сжатие газа увеличивает его температуру, поэтому он становится горячее окружающей среды. Затем тепло можно отводить от горячего газа с помощью теплообменника. Затем, если позволить ему расшириться, он остынет. Это основной принцип тепловых насосов, используемых для отопления, кондиционирования и охлаждения.

И наоборот, нагревание газа увеличивает его давление, заставляя его расширяться. Затем давление расширения можно использовать для приведения в действие поршня, таким образом преобразуя тепловую энергию в кинетическую энергию.Это основной принцип тепловых двигателей.

Энтропия

Все термодинамические системы производят отходящее тепло. Эти потери приводят к увеличению энтропии, которая для закрытой системы является «количественной мерой количества тепловой энергии, недоступной для выполнения работы», согласно American Heritage Dictionary. Энтропия в любой замкнутой системе всегда увеличивается на ; это никогда не уменьшается . Кроме того, движущиеся части выделяют отходящее тепло из-за трения, и радиационное тепло неизбежно выходит из системы.

Это делает невозможным создание так называемых вечных двигателей. Сиабал Митра, профессор физики в Государственном университете Миссури, объясняет: «Вы не можете построить двигатель со 100-процентной эффективностью, что означает, что вы не можете построить вечный двигатель. Однако есть много людей, которые до сих пор этого не делают. Я не верю этому, и есть люди, которые все еще пытаются построить вечные двигатели ».

Энтропия также определяется как «мера беспорядка или случайности в замкнутой системе», которая также неумолимо увеличивается.Вы можете смешать горячую и холодную воду, но поскольку большая чашка теплой воды более беспорядочная, чем две меньшие чашки, содержащие горячую и холодную воду, вы никогда не сможете разделить ее обратно на горячую и холодную без добавления энергии в систему. Другими словами, вы не можете разбить яйцо или удалить сливки из кофе. Хотя некоторые процессы кажутся полностью обратимыми, на практике это не так. Таким образом, энтропия дает нам стрелу времени: вперед — это направление увеличения энтропии.

Четыре закона термодинамики

Фундаментальные принципы термодинамики первоначально были выражены в трех законах.Позже было установлено, что более фундаментальный закон был проигнорирован, по-видимому, потому, что он казался настолько очевидным, что его не нужно было прямо указывать. Чтобы сформировать полный набор правил, ученые решили, что необходимо включить этот фундаментальный закон. Проблема, однако, заключалась в том, что первые три закона уже были приняты и были хорошо известны по присвоенным им номерам. Столкнувшись с перспективой изменения нумерации существующих законов, что могло бы вызвать значительную путаницу, или помещения главного закона в конец списка, что не имело бы логического смысла, британский физик Ральф Х.Фаулер предложил альтернативу, которая разрешила дилемму: он назвал новый закон «нулевым законом». Вкратце, это следующие законы:

Нулевой закон гласит, что если два тела находятся в тепловом равновесии с некоторым третьим телом, то они также находятся в равновесии друг с другом. Это устанавливает температуру как фундаментальное и измеримое свойство материи.

Первый закон гласит, что общее увеличение энергии системы равно увеличению тепловой энергии плюс работа, проделанная в системе.В нем говорится, что тепло является формой энергии и, следовательно, подчиняется принципу сохранения.

Второй закон гласит, что тепловая энергия не может передаваться от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой без добавления энергии. Вот почему запуск кондиционера стоит денег.

Третий закон гласит, что энтропия чистого кристалла при абсолютном нуле равна нулю. Как объяснялось выше, энтропию иногда называют «пустой тратой энергии», т.е.е. энергия, которая не может выполнять работу, и поскольку нет никакой тепловой энергии при абсолютном нуле, не может быть потерь энергии. Энтропия также является мерой беспорядка в системе, и хотя идеальный кристалл по определению идеально упорядочен, любое положительное значение температуры означает, что внутри кристалла есть движение, которое вызывает беспорядок. По этим причинам не может быть физической системы с более низкой энтропией, поэтому энтропия всегда имеет положительное значение.

Наука термодинамика развивалась веками, и ее принципы применимы почти ко всем когда-либо изобретенным устройствам.Его важность в современных технологиях невозможно переоценить.

Дополнительные ресурсы

Конвекция: что это и как работает?

Тепло на самом базовом уровне — это кинетическая энергия атомов и молекул. Конвекция влияет на все, от отопления вашего дома до процесса теплопередачи внутри солнца.

Взаимосвязь между температурой и плотностью

Когда твердое тело, жидкость или газ нагреваются, составляющие его атомы или молекулы колеблются все больше и больше; эти повышенные колебания требуют большего объема для каждого атома / молекулы.

В газе это выражается не как «вибрация», а как повышенная скорость частиц и, следовательно, повышенное давление на емкость с газом. По этой причине большинство материалов расширяются на при нагревании. В большей степени это происходит с газами, но в меньшей степени с жидкостями и твердыми телами.

Когда что-то расширяется, оно становится менее плотным; в единице объема меньше частиц и, следовательно, меньше массы, чем было раньше.Но в жидкостях и газах (флюидах) область с более низкой плотностью будет подниматься и плавать над областями с более высокой плотностью из-за влияния силы тяжести. Эти две концепции, что тепло вызывает уменьшение плотности и что жидкость поднимается и опускается в зависимости от плотности, объединяются, чтобы создать явление теплопередачи конвекции.

Определение конвекции

Конвекция — это метод передачи тепловой энергии, при котором передача тепла происходит посредством движения жидкости. Это движение жидкости вызвано разницей в плотности между более горячими областями жидкости и более холодными областями. Эти движения называются конвекционными потоками , и конвективное движение жидкости продолжается до тех пор, пока существует разница температур между областями.

Эта разница температур особенно велика, когда на одной стороне жидкости есть источник тепла, например обогреватель возле пола в комнате. Теплый воздух внизу непрерывно движется вверх, в то время как более холодный воздух движется вниз, чтобы нагреться, а затем также движется вверх. Движение воздуха вызывает круговые токи, которые будут продолжаться, пока воздух не достигнет равновесной температуры; в стакане воды комнатной температуры обычно не будет конвективных токов, в то время как в стакане воды со льдом будут конвективные потоки.

Конвекцию часто описывают как комбинацию двух физических процессов: адвекции и диффузии. Адвекция — перенос вещества объемным движением, например движение ила русла реки потоком реки. Диффузия — это перенос вещества за счет движения частиц из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией, например движение частиц красителя, распространяющихся через стакан с водой.

Поскольку конвекция перемещает более горячее вещество вверх, а более холодное — вниз, это происходит как за счет перемещения вещества в объеме (адвекция), так и в виде частиц (диффузия).

Конвекция по определению не может возникать в твердых телах из-за неспособности создать поток жидкости в твердом веществе (частицы не могут двигаться относительно друг друга, а могут только колебаться на месте). Вместо этого передача тепла в твердых телах происходит за счет теплопроводности или передачи колебательной энергии от одного атома или молекулы твердого кристалла к его соседям. Есть некоторые исключения из этого в мягких твердых телах, где частицы могут двигаться мимо друг друга.

Отопление и охлаждение вашего дома

Помните о конвекции, чтобы обогреть или охладить ваш дом более эффективно. Поскольку горячий воздух имеет тенденцию подниматься, а холодный — опускаться, это помогает расположить обогреватели ближе к полу, а кондиционеры — выше.

Потолочные вентиляторы обычно могут работать в обоих направлениях: либо выдувать воздух сверху, либо выдувать воздух снизу. Летом обычно полезно обдувать воздухом, так как вы чувствуете, как конвективный ветерок охлаждает вашу кожу; втягивание воздуха полезно зимой, потому что оно помогает выталкивать горячий воздух вниз и наружу к стенам, не дуя прямо на вас.

Замерзающее озеро

По мере охлаждения вода сжимается и становится более плотной, как и большинство других веществ. Однако, когда он остывает примерно до 4 градусов по Цельсию, он фактически начинает немного расширяться. Вода уникальна тем, что ее твердая форма, лед, менее плотная, чем жидкая. Таким образом, хотя обычно он становится более плотным по мере охлаждения, в определенный момент эта тенденция меняется на противоположную, и он начинает расширяться до точки замерзания, равной 0 градусам Цельсия. Это влияет на работу конвекции в замерзающем озере.

По мере того, как вода в озере охлаждается, она опускается по мере подъема более теплой воды, но только до тех пор, пока температура всего озера не достигнет 4 градусов Цельсия. В этот момент конвекция меняется на противоположную: вода, температура которой ниже 4 градусов по Цельсию, менее плотная, чем более теплая вода, а это означает, что верхняя часть озера становится холоднее, чем дно, и образуется лед. Вот почему сначала замерзают озера сверху.

Солнечная конвекция

Солнце (как и большинство звезд) испытывает внутреннюю конвекцию с более горячей плазмой и более холодной плазмой.Внутри конвективной зоны Солнца, которая простирается внутрь от его внешней поверхности, тепловая энергия переносится из горячих внутренних частей Солнца в более холодные внешние области посредством конвективных токов.

Это создает « конвекционных ячеек », которые представляют собой темные и светлые пятна, которые вы можете видеть на поверхности Солнца. Световые пятна представляют собой конвекционные ячейки горячей плазмы, только что поднявшейся изнутри; темные пятна представляют собой конвективные ячейки плазмы, которая остыла и скоро вернется обратно через конвективную зону.

Эти темные и светлые пятна также иногда называют солнечными гранулами. В среднем они имеют диаметр около 1000 км (длина штата Калифорния) и остаются на поверхности всего от восьми до 20 минут. В любой момент на поверхности Солнца содержится около четырех миллионов гранул!

Другие примеры конвекции

Конвекция чрезвычайно важна в метеорологии или изучении погоды. Потоки теплого и прохладного воздуха в атмосфере создают облака различной формы, а также грозы, торнадо и погодные фронты.

Некоторые печи могут выпекать за счет конвекции. В конвекционных печах используются вентиляторы и вытяжная система, которые обеспечивают циркуляцию воздуха внутри духовки во время выпечки, направляя горячий воздух прямо на продукты. Это позволяет продуктам готовиться быстрее и равномернее, чем если бы их просто поместили рядом с нагревательными элементами духовки. Это также делает внутреннюю часть духовки суше и менее влажной, что может быть лучше для подрумянивания пищи.

Магнитное поле Земли создается конвекционными токами во внешнем ядре.В центре Земли находится твердое внутреннее ядро, окруженное жидким внешним ядром, состоящим в основном из железа и никеля. Оба эти металла являются хорошими проводниками электричества. Конвекционные токи в этом жидком слое создают электрические токи в жидком металле, которые создают магнитные поля; сумма этих магнитных полей и есть магнитное поле Земли, которое направляет все компасы на Северный полюс и защищает Землю от космического излучения.

Конвекционные токи — Что такое конвекционные токи?

Что такое конвекция? Конвекция — это процесс передачи тепла за счет движения жидкостей (газа или жидкости) между областями с различными температурами. Если конвекция возникает естественным образом, она называется естественной конвекцией или свободной конвекцией. Если конвекция возникает принудительно, например, если жидкость циркулирует с помощью насоса или вентилятора, это называется принудительной конвекцией.

Что такое конвекционные токи?

Конвекционные токи возникают из-за разницы плотностей жидкости, возникающей из-за температурных градиентов. Активность, возникающая в результате непрерывной замены нагретой жидкости в области источника тепла на находящуюся поблизости более прохладную жидкость, называется потоком естественной конвекции.Тепло- и массообмен, который усиливается за счет этого потока естественной конвекции, называется тепломассопереносом естественной конвекции. Говорят, что при естественной конвекции тепло и материя перемещаются из одного места в другое. Конвекционные потоки связаны с естественной конвекцией, при которой движение жидкости происходит естественным образом, например, плавучесть (оптимизм). Конвекционный ток не может иметь место в твердых телах, поскольку частицы внутри твердых тел не могут свободно течь, и большая часть свободного движения происходит в основном из-за разница в плотности, которая вызвана огромной теплопередачей между пластинами.Примеры конвекционного тока:

1. Холодильник:

В случае холодильника морозильная камера находится наверху. Основная причина заключается в том, что теплый воздух внутри холодильника будет подниматься вверх, а холодный воздух в точке замораживания будет двигаться вниз, что будет поддерживать нижнюю часть холодильника в теплом состоянии.

2. Гроза:

Гроза может быть лучшим примером конвекционных потоков.Теплая вода в воздухе поднимается вверх и превращается в насыщенные водные капли, которые образуют облака. В этом процессе меньшие облака сталкиваются друг с другом и, следовательно, образуются большие облака. Грозы или кучево-дождевые облака образуются по достижении финальной стадии роста.

3. Паровой напиток:

Паровой напиток — простой пример конвекции. Обычно пар выходит из чашки горячего кофе или чая. Теплый воздух, содержащийся в паре, поднимается вверх за счет тепла жидкости.

4. Костры:

Причина того, что над костром жарче, чем тепло рядом с ним, связана с конвекционными потоками. Если вы поместите руки перед костром (конечно, на безопасном расстоянии; ни в коем случае не помещайте руку над огнем), вы можете почувствовать тепло, которое связано с наличием небольшого количества конвекционных потоков, поднимающихся вверх. к вам.

Почему образуются конвекционные токи?

• Разница в уровне температуры заставляет частицы двигаться, что приводит к возникновению тока.В плазме и газах разница температур приводит к областям с низкой и высокой плотностью, где молекулы и атомы движутся, заполняя области с низким давлением. Если отсутствуют источники энергии, такие как солнечный свет, тепло и т. Д., Конвекционные токи будут продолжаться до тех пор, пока не будет достигнута однородная температура.

Как создаются конвекционные токи?

На основе трех физических предположений создаются конвекционные токи. Это следующие:

• Источник тепла:

Наличие источника тепла важно, потому что конвекционные токи генерируются разницей в плотности жидкости, возникающей из-за температурных градиентов.В случае естественной конвекции жидкость, окружающая источник тепла, получает тепло. Из-за теплового расширения он становится менее плотным и поднимается выше. Тепловое расширение жидкости играет важную роль в создании конвекционных потоков. Проще говоря, более плотные или тяжелые компоненты будут двигаться вниз, в то время как менее плотные или более легкие компоненты будут двигаться вверх, что приведет к движению объемной жидкости.

• Наличие надлежащего ускорения:

Естественная конвекция возникает только в гравитационном поле или при наличии надлежащего ускорения, такого как центробежная сила, сила Кориолиса и т. Д.На околоземной орбите он практически не работает. Например, другие механизмы теплопередачи необходимы для предотвращения перегрева электронных компонентов на орбитальной Международной космической станции.

• Правильная геометрия:

Величина и наличие естественной конвекции также будут зависеть от геометрии проблемы. В гравитационном поле наличие градиента плотности жидкости не гарантирует существования естественных конвективных течений.
Эту проблему можно продемонстрировать на следующих рисунках, где жидкость заключена в две большие горизонтальные пластины с разными температурами.(изображение будет загружено в ближайшее время)

Случай A:

В этом случае температура нижней пластины выше, чем температура верхней пластины. Здесь происходит уменьшение плотности в направлении силы тяжести. Эта геометрия способствует циркуляции жидкости, и благодаря естественной циркуляции происходит передача тепла. Будучи в процессе теплой, тяжелая жидкость будет двигаться вниз, а более легкая жидкость будет двигаться вверх, охлаждая при движении.

Случай B:

В этом случае температура нижней пластины ниже, чем температура верхней пластины.Здесь плотность увеличивается согласно направлению силы тяжести. Такая геометрия приводит к стабильному температурному градиенту, стабильным условиям и не вызывает циркуляцию жидкости. Также передача тепла происходит только за счет теплопроводности. Конвекция отличается от конвекции, которая представляет собой передачу тепла между веществами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Конвекционные токи переносят тепло за счет массового движения жидкостей, таких как вода, расплавленная порода или воздух, из одного места в другое.

Конвекция в океане:

В океанах конвекция приводит в движение океанские течения, такие как Гольфстрим и другие течения, которые переворачивают и перемешивают воды. С более высоких широт холодная полярная вода тянется вниз и опускается на дно океана. Его тянет вниз к экватору, когда светлая и теплая вода поднимается вверх к поверхности океана. Чтобы заменить холодную воду, которая тянется в южном направлении, теплая вода тянется в северном направлении.Растворимые питательные вещества и тепло распределяются по всему миру благодаря этому процессу.

Конвекция в воздухе:

Циркуляция воздуха в земной атмосфере осуществляется за счет конвекции. Около экватора Земли солнце нагревает воздух, который становится менее плотным и поднимается вверх. По мере подъема он остывает и становится менее плотным, чем окружающий воздух, расширяясь и снова опускаясь к экватору. Постоянно движущиеся ячейки холодного и теплого воздуха известны как ячейки Хэдли.Он постоянно вызывает циркуляцию воздуха на поверхности земли — это то, что мы называем ветром. Токи атмосферной конвекции также являются причиной того, что облака поднимаются вверх.

Конвекция в Земле:

Геологи считают, что расплавленная порода глубоко внутри Земли циркулирует за счет конвекционных потоков. Находясь в полужидком состоянии, горная порода должна вести себя, как и любые другие жидкости, поднимаясь вверх со дна мантии после того, как она станет более горячей и менее плотной из-за тепла ядра Земли.Камень становится относительно плотнее и холоднее, опускаясь обратно к ядру, поскольку теряет тепло в земной коре. Считается, что постоянно циркулирующие ячейки холодной и горячей расплавленной породы помогают нагревать поверхность. Кроме того, некоторые геологи считают, что конвекционные потоки внутри Земли являются одной из причин землетрясений, извержения вулканов и дрейфа континентов.

Конвекционные токи — Атмосферная циркуляция:

Атмосферная циркуляция является наиболее важным явлением в земном климате.Это движение воздуха в больших масштабах и средство, с помощью которого тепловая энергия вместе с циркуляцией океана распределяется по поверхности земли. Ежегодно атмосферная циркуляция Земли меняется, но крупномасштабная структура циркуляции остается довольно постоянной. (Изображение будет загружено в ближайшее время) Атмосферная циркуляция является следствием освещения Земли Солнцем и законов термодинамики. Его можно рассматривать как тепловой двигатель, приводимый в действие энергией солнца, энергия которого в конечном итоге уходит в темноту космоса, а также ветряные турбины питаются от солнца.

Что произойдет, если прекратятся конвекционные токи на Земле?

Предположим, что если все конвекционные токи на Земле прекратятся, это отразится на нас хуже всего. Количество тепла, излучаемого солнцем, определяет температуру поверхности земли. Если нет конвекции, то экватор будет становиться все горячее и горячее, а северный и южный полюса — все холоднее и холоднее. Океанические течения из тропических регионов будут приносить теплую воду больше на север, а течения из более прохладных регионов будут приносить прохладную воду к экватору.Следовательно, если конвекция полностью прекратится, возникнут океанические течения, и очень низкие и очень высокие температуры заставят живые существа на Земле отойти от экватора и полюсов. шкала. Камни могут дрейфовать очень медленно, даже если они твердые. Конвекция способствовала образованию крупных островов. На островах не будет новых вулканов, если камни перестанут течь внутрь земли. Влияние конвекции на климат Земли: Конвекция, которая происходит в глубоких слоях мантии Земли, также влияет на климат и поверхность Земли.Благодаря движению океанических и континентальных плит конвекция влияет на атмосферу. Огромное количество воздуха циркулирует в атмосфере, и положение бассейнов и континентов в океане меняется в зависимости от того, как погода и движение воздуха вокруг земного шара. Колебания воздушных и океанских течений позволяют атмосферным осадкам перемещаться в различные области земного шара.

Также предполагается, что конвекция, происходящая в мантии Земли, ответственна за создание магнитного поля Земли.Из-за потока жидкого железа через мантию возникает магнитное поле Земли, которое создает электрические токи.

Определение естественной конвекции в физике.

Примеры естественной конвекции по следующим темам:

• Конвекция

  • Пример: расчет теплопередачи по конвекции : Конвекция воздуха через стены дома.
  • Конвекция вызвана крупномасштабным потоком вещества.
  • Хотя конвекция обычно сложнее, чем проводимость, мы можем описать конвекцию и выполнить несколько простых, реалистичных расчетов ее эффектов.
  • Естественная конвекция приводится в действие выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с увеличением температуры.
  • Кучевые облака вызваны водяным паром, который поднимается из-за конвекции .

• диффузия

  • Таким образом, диффузию не следует путать с конвекцией , или адвекцией, которые представляют собой другие механизмы переноса, которые используют объемное движение для перемещения частиц из одного места в другое.

• Радиация

  • И все же пространство между Землей и Солнцем в значительной степени пусто, без какой-либо возможности передачи тепла за счет конвекции или теплопроводности.
  • Конвекция передает энергию от наблюдателей по мере подъема горячего воздуха, в то время как проводимость здесь пренебрежимо мала.

• Инфракрасные волны

  • В отличие от тепла, передаваемого теплопроводностью или тепловой конвекцией , излучение может распространяться через вакуум.

• Обзор Heat

  • Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения жидкости.

• Геомагнетизм

  • Движение расплавленного внешнего железного сердечника поддерживается конвекцией или движением, вызванным плавучестью.

• спутников

  • Также известно 84 естественных спутника транснептуновых объектов.
  • Планеты вокруг других звезд, вероятно, также имеют естественных спутника , хотя ни один из них еще не наблюдался.
  • Из внутренних планет Меркурий и Венера не имеют естественных и спутников; У Земли есть один большой естественный спутник , известный как Луна; а у Марса есть два крошечных естественных спутника , Фобос и Деймос.
  • Семь крупнейших естественных спутника в Солнечной системе (более 2500 км в поперечнике) — это галилеевы спутники Юпитера (Ганимед, Каллисто, Ио и Европа), спутник Сатурна Титан, спутник Земли и захваченный естественный спутник Тритон Нептуна. .
  • Девятнадцать естественных спутника достаточно велики, чтобы быть круглыми, а один, Титан Сатурна, обладает значительной атмосферой.

• Волновая природа материи вызывает квантование

  • Волна природы материи отвечает за квантование уровней энергии в связанных системах.
  • Чтобы понять, почему волна природы материи в связанных системах приводит к квантованию, рассмотрим пример из классической механики.
  • Волна природы материи отвечает за квантование уровней энергии в связанных системах.
  • Объясните взаимосвязь между волновой природой материи и квантованием уровней энергии в связанных системах

• Естественная радиоактивность

  • Обнаруживаемые количества радиоактивного материала встречаются в природе в почве, камнях, воде, воздухе и растительности.
  • Радиоактивный материал обнаружен повсюду природа .
  • Обнаруживаемые количества встречаются в природе в почве, камнях, воде, воздухе и растительности.
  • Средняя во всем мире естественная доза для человека составляет около 2,4 миллизиверта (мЗв) в год.
  • Гистограмма среднегодовых доз от природных источников излучения для основных европейских стран

• Ядерная стабильность

  • Кроме того, только четыре встречающихся в природе радиоактивных нечетно-нечетных нуклидов имеют период полураспада более миллиарда лет:
  • Радионуклиды встречаются в природе , но также могут быть произведены искусственно.
  • Все элементы образуют ряд радионуклидов, хотя период полураспада многих настолько короток, что они не наблюдаются в природе .
  • Для каждого химического элемента было искусственно произведено множество радиоизотопов, которые не встречаются в природе (из-за короткого периода полураспада или отсутствия природного источника производства ).

Теплопередача — Конвекция — Институт Святого Иосифа

Теплопередача

Тепловая передача энергии может происходить посредством
(i) проводимости
(ii) конвекции
(iii) излучения

Что такое конвекция?

Конвекция — это передача тепловой энергии
посредством токов в жидкости.

Конвекция

Как работает конвекция?

Конвекция работает по принципу изменения плотности, которое происходит при изменении температуры
жидкости.

Для нагрева жидкости конвекцией нагреватель необходимо разместить внизу. Почему?
Нагреватель расположен внизу, чтобы способствовать передаче тепловой энергии путем конвекции за счет
создания конвекционного тока.

Как?
Когда жидкость на дне сосуда
нагревается, она расширяется, становясь менее плотной, чем
окружающая жидкость.