Примеры конвекции в природе и технике: Конвекция в природе и технике – примеры, сообщение для доклада по физике (7-8 класс)

Содержание

Приведите примеры конвекции в природе и технике.

очень срочно пожалуйста​

Помогите! У Києві через Дніпро побудований сталевий міст ім. Патона. За температури 20 °С довжина моста 1543 м. Знайти на скільки зміниться довжина мо … ста при зниженні температури до -30 °С.

Срочно пожалуйста! Гас міститься в цистерні циліндричної форми, висота якої 6 м, а діаметр основи 5 м. За температури 0 °С гас не доходив до верхнього … краю цистерни на 20 см. За якої температури гас переллється через край цистерни?

1.5 не треба.1.5 не надо​

физика!!! очень срочно помогите мне прошу

6. Яка питома теплоємність алюмінію, якщо для нагрівання від 20 °C до 61,5 °С алюмінієвої деталі, маса якої 110 г, була затра- чена така ж кількість т … еплоти, яка виділяється при охолодженні від 1 л води на 1 °С?​

СРОЧНО умоляю………​

физика, помогите мне умоляю

на рисунке показаны графики зависимости скорости движения тел от времени.

По этим графикам найдите:Скорости движения каждого тела; рассчитайте пути, п … ройдены каждым телом за 4 с; постройке графики зависимости пути равномерного движения тела от времени. Данное тоже надо

Упражнение 4 В задачах теплообменом с окружающей средой пренебречь. 1. В воду массой 1 кг, взятой при температуре 20°С, добавили 1,5 кг горячей воды п … ри температуре 60°С. Определите, какая установится температура. (Ответ: 44°C) 2. При охлаждении камня массой 5 кг на Дt = 2°С выделяется количество теплоты Q = 4,2 кДж. Определите удельную теплоемкость камня. (Ответ: 420 Дж/кг — °C) 3. В воду массой 20 кг и температурой 27°С влили кипяток, в результате установилась температура 60°С. Определите массу кипятка. (Ответ: 16,5 кг) 4. В воду массой 0,1 кг при температуре 7°C опустили предмет массой 42 ги температурой 127°С, после чего установилась температура 17°C. Определите удельную теплоемкость тела. (Ответ: 909 Дж/кг — °C) 15. В воду массой 2 кг при температуре 20°С опустили латунный брусок массой 100 г, нагретый до температуры 80°С, и алюминиевый брусок массой 200 ги температурой 90°С.

Какая установится температура? (Ответ: ~ 21,76°C) 6. На нагревание металлического куска массой 1 кг на Дt, 2,3°С было затрачено такое же количество теплоты, что и на нагревание 0,5 кг воды на Дt, 10°C. Определите удельную теплоемкость металла. (Ответ: С~ 913 Дж/кг — °C) *7. Какое количество сухих дров потребуется, чтобы довести до кипения 5 литров воды, взятой при температуре 20°С? Считайте, что на нагревание воды идет половина всей затраченной тепловой энергии. (Ответ: 0,404 кг) *8. При ударе о плиту свинцового шарика, падающего с высоты 39 м, вся его механическая энергия превратилась в тепловую. На сколько градусов нагрелся шар? (Ответ: 3°С) *9. Составьте задачу по представленным данным и решите ее. Вода: t=24°С; Дж МДж t, = 60°С; c = 4200 Спирт: m = 30 г, q = 27 — т. — ? кг — °C КГ​

«Примеры теплопередачи в природе и технике».

Конспект урока на тему:

«Примеры теплопередачи в природе и технике».

Предмет: физика. 8 класс.

Автор: учитель математики и физики МКОУ «Цухтамахинская СОШ».

Муртазалиева Барият Алиевна.

Цели: углубить знания учащихся о видах теплообмена и их роли в природе и технике; рассмотреть примеры использования видов теплообмена в различных областях человеческой деятельности. Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.

 Демонстрации: работа термоса; работа вертушки над поверхностью горячей воды; рисунки, слайды, таблицы по примерам теплопередачи в природе и технике.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Повторение изученного.  

Проверка домашнего задания

Проверку усвоения пройденного материла можно провести как в виде тестирования

Самостоятельную работу можно провести дифференцированно — подготовить карточки с заданиями четырех уровней сложности, например:

Уровень 1

1.    Почему ручки кранов у баков с горячей водой делают деревянными?

2.   Какие из перечисленных ниже веществ обладают хорошей теплопроводностью: медь, воздух, алюминий, вода, стекло, водяной пар?

Уровень 2

1.   Что стынет быстрее: стакан компота или стакан киселя? Почему?

2.   Обыкновенный или пористый кирпич обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?

Уровень 3

1.   Будет ли гореть свеча на борту космического орбитального комплекса?

2.  Зачем на нефтебазах баки для хранения топлива красят «серебряной» краской?

3.   Почему термосы изготавливают круглого, а не квадратного сечения?

Уровень 4

1.  Какие тела — твердые, жидкие или газообразные — обладают лучшей теплопроводностью?

2.   Когда парусным судам удобнее входить в гавань — днем или ночью?

3.   Почему самая высокая температура воздуха не в полдень, а после полудня?

4.   Почему тонкая полиэтиленовая пленка предохраняет растения от ночного холода?

Повторение можно провести и по вопросам учебника к изученному параграфу, добавив к ним несколько более интересных:

—     При какой температуре и металл, и дерево будут казаться одинаково нагретыми?

—     Почему форточки для проветривания комнаты помещают в верхней части окна?

—     Почему снег в городе тает быстрее, чем в поле?

Почему в низинах растения чаще гибнут от заморозков, чем на возвышенностях?

—     Почему зимой в доме, где рамы двойные, теплее, чем в доме с однократным застеклением?   

—     Почему эскимосы зимой смазывают лицо жиром?

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

—     Согласны ли вы с утверждением, что шуба «греет»?

III. Изучение нового материала

Материал урока связан с определением места изученных ранее явлений нашей жизни, поэтому объяснение можно построить на привлечении различного дополнительного материала, который повысит познавательную деятельность учеников.

Говоря о конвекционных эффектах, можно привести в качестве примера ветры, которые постоянно дуют в земной атмосфере. Именно перенос ветрами огромной энергии, либо наоборот, приводит к заметному изменению погоды в данном регионе. Побережье любого теплого моря зимой всегда имеет более высокую среднюю температуру, чем материковые области, которые могут находиться южнее. Пример. Побережье Мурманской области и центральная Сибирь. Существование теплых и холодных морских течений — тоже примеры конвекционных явлений.

Часто можно в зоне промышленных предприятий увидеть высокие трубы из кирпича. Они служат для создания хорошей тяги. Теплый газ или дым легче холодного воздуха, и поэтому он поднимается вверх. Чем больше перепад давления внизу и вверху трубы, тем лучше тяга. Поэтому трубы и делают высокими. Ясно, что из двух труб одинаковой высоты лучшая тяга будет у кирпичной, нежели у металлической. Горячий воздух в металлической трубе остывает при подъеме быстрее, отчего тяга уменьшается.

Особое место занимает возможность отопления многоквартирных домов. Принцип отопления связан с циркуляцией горячей воды по трубам. Источником горячей воды являются котельные и ТЭЦ. Вода, циркулируя по трубам, отдает часть тепла, охлаждается, затем снова идет на нагрев в ТЭЦ. Любые изменения давления в системе регулируют при помощи расширительных баков.

В быту часто используют термосы. Они служат для сохранения горячей жидкости длительное время. Впрочем, в термосах также можно долго хранить и холодную жидкость. Основным элементом любого термоса является рабочий сосуд с двойными стенками, между которыми глубокое разрежение. Это — сосуд Дьюара. Английский ученый Джеймс Дьюар в конце XIX века изобрел такой сосуд.

Чтобы исключить влияние излучения изнутри и снаружи, стенки сосуда делают зеркальными.    —

Можно в качестве примера провести опыт: налить в открытый сосуд и термос равные порции воды, нагретой до 70 °С. Затем, через 10-20 минут, измерить температуру в обоих сосудах. Ясно, что в термосе температура изменится очень слабо, а в открытом сосуде — заметно.

По ходу объяснения материала заранее подготовленные учащиеся делают сообщения по теме, остальные — дополняют, исправляют ответы.

IV. Закрепление

Если в конце урока остается время, можно с целью закрепления изученного материала коллективно обсудить ряд качественных задач, например: 

 —     Какой из видов теплопередачи играет основную роль в нагревании воды в чайнике?

Человек греется у костра. Какой из трех видов теплопередачи! играет главную роль в передаче тепла от костра к человеку?

—     Почему не падают облака?

Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком из двух случаев] получится менее горячая вода: а) если подождать 5 мин, а затем долить в стакан холодную воду; б) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 мин? Когда тяга в трубах лучше — зимой или летом? Почему?

—     На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге  от жары. Объясните целесообразность этого.

—     Почему от закрытого окна, даже если оно плотно закрыто, дует  (особенно зимой)?

Домашнее задание

1.  § 8 учебника; вопросы и задания к параграфу.

 

Примеры теплопередачи в природе, быту и технике

№ стр.

Задание

Действия учащихся

2

Вспомнить основные виды теплопередачи, их особенности и отличия.

Перетащить рисунки и фразы по трем колонкам, прокомментировать свой выбор.

3

Рассмотреть картинку, ответить на предложенные вопросы.

Ответить на выбранный вопрос, указать вид теплопередачи.

4

Рассмотреть картинку, ответить на предложенные вопросы, показать примерную температуру в самом холодном и самом теплом месте дома.

Ответить на вопрос, воспользоваться интерактивным термометром для демонстрации температуры в разных частях дома.

5

Рассмотреть картинки, ответить на вопрос.

Ответить на вопрос, указать вид теплопередачи

6

Просмотреть видеофрагмент, ответить на поставленный вопрос.

Проанализировать видеофрагмент, ответить на вопрос.

7

Рассмотреть картинки, ответить на вопрос, указать вид теплопередачи.

Ответить на вопрос, указать вид теплопередачи.

8

Рассмотреть картинку, ответить на предложенные вопросы.

Ответить на предложенные вопросы.

9

Рассмотреть картинки, ответить на вопрос, указать способ теплопередачи.

Ответить на вопрос, указать вид теплопередачи.

10

Указать способы теплопередачи.

Найти на рисунке виды теплопередачи, перетаскиванием указать их с помощью стрелок и слов.

11

Рассмотреть картинки, ответить на вопрос, указать способ теплопередачи.

Ответить на поставленный вопрос, проверить свой выбор.

12

Рассмотреть картинки, ответить на вопрос, указать способ теплопередачи.

Воспользоваться интерактивными термометрами для демонстрации температуры карандаша и ножниц, вставить пропущенные слова и проверить, отодвинув белое поле.

13

Рассмотреть картинку, ответить на предложенные вопросы.

Ответить на предложенные вопросы с указанием видов теплопередачи.

14

Ответить на предложенный вопрос, объяснить свой выбор.

Выбрать верный ответ в поле ответов, автоматически проверить правильность.

15

Рассмотреть картинки, ответить на вопрос, указать способ теплопередачи.

Проанализировать рисунок, найти  виды теплопередачи, ответить на поставленный вопрос, проверить  ответ.

16

Выполнить задание, объяснить свой выбор.

Перетаскиванием одеть человека по заданию. Объяснить свой выбор.

17

Прочитать отрывок из романа Д.Дефо «Робинзон Крузо»

Найти виды теплопередачи, объяснить данное явление.

18

Прочитать отрывок из повести К.Паустовского «Мещерская сторона»

Найти виды теплопередачи, ответить на вопрос.

19

Рассмотреть картинку, ответить на вопрос с указанием вида теплопередачи.

Ответить на вопрос, автоматически проверить правильность.

20

Рассмотреть устройство термоса

Объяснить назначение частей термоса, найти виды теплопередачи, указать их перетаскиванием.

21

Ответить на поставленный вопрос, указать способ теплопередачи.

Ответить на поставленный вопрос, указать способ теплопередачи.

22

Ответить на поставленный вопрос, указать способ теплопередачи.

Ответить на поставленный вопрос, указать способ теплопередачи.

23

Ответить на вопрос, автоматически проверить правильность.

Ответить на вопрос, автоматически проверить правильность.

24

Ответить на поставленный вопрос, указать способ теплопередачи.

Ответить на поставленный вопрос, указать способ теплопередачи.

25

Выполнить задание по вариантам.

По вариантам дать письменный ответ с объяснением и указанием видов теплопередачи.

Конвекция в электрической духовке: как работает, виды, применение

Многие хозяйки, оснащая свой кухню новой бытовой техникой, заботятся о том, чтобы приборы выполняли много функций одновременно. Не составляет исключения и электрическая печь. Современный духовой шкаф имеет множество дополнительных возможностей: СВЧ, размораживание продуктов, разогрев еды, поддержание температуры блюда, пароварка, конвекция. Именно о последней функции и пойдет речь. Разберемся, что такое конвекция в духовом шкафу, как она работает и насколько необходима.

Для чего нужна конвекция

Для того чтобы понять, что такое конвекция, нужно разобраться, как расположены нагревательные элементы в электрической духовке. Старые модели электроплит были оснащены одним-двумя тэнами и, естественно, эта функция в них отсутствовала. Вспомните, как проблематично было равномерно пропечь пирожки или коржи для торта. Одна сторона уже подгорела, а вторая еще даже не подрумянилась. Для более-менее равномерного приготовления без конца нужно было поворачивать противень, а для того чтобы не подгорел низ – ставили второй противень с солью.

Современная духовка с функцией конвекции избавит вас от этих неудобств, и вы сможете порадовать домочадцев блюдом с равномерной прожаркой и красивой хрустящей корочкой.

Принцип работы конвекции в духовом шкафу

Термином «конвекция» обозначается перенесение тепла воздушным потоком. Теплообмен в природе происходит естественным образом. В духовке циркулировать воздух заставляет встроенный вентилятор. За счет принудительной конвекции воздух в камере быстрее и равномернее прогревается. Постоянный теплообменный процесс обеспечивает одинаковую температуру во всем пространстве духового шкафа.

Благодаря равномерному прогреву в духовке можно готовить одновременно на разных уровнях несколько блюд, а выпечка не подгорает снизу и подрумянивается сверху, качественно запекается мясо и овощи. При малом нагреве режим конвекции позволяет производить разморозку продуктов.

Бытовая техника с режимом конвекции в зависимости от модели оснащается панелью управления или соответствующей кнопкой с индикатором. В качестве обозначения режима конвекции на панели управления используется иконка в виде вентилятора.

Чаще всего в продаже встречаются электрические конвекционные печи и духовки, реже газовые. Стоимость приборов с режимом конвекции выше, чем у обычных аналогов. Но дополнительные расходы за чрезвычайно полезную функцию, упрощающую процесс готовки и позволяющую создавать настоящие шедевры кулинарии, того стоят.

Разновидности технологии

Технологические решения по реализации режима принудительного теплообмена в духовом шкафу у разных производителей могут отличаться. Распространены следующие варианты принудительной конвекции.

  1. Простой вид принудительной циркуляции посредством вентилятора стандартной мощности.
  2. Конвекция посредством вентилятора с кольцевым нагревателем. Дополнительный нагреватель, которым снабжен вентилятор, позволяет обеспечивать более быстрый и эффективный прогрев пространства духовки.
  3. Конвектор — более мощный вентилятор создает вихревой теплообмен. Запекаемые блюда быстро покрываются корочкой, но внутри остаются сочными, поскольку образовавшаяся корочка препятствует испарению.
  4. Двухуровневый конвектор представляет собой два вентилятора друг под другом. Двухуровневый обдув удобен при приготовлении нескольких блюд одновременно.
  5. Конвектор с парогенератором. Благодаря насыщению духовки паром, блюда получаются тушеными, что полезнее для здоровья. Духовка с режимом влажной конвекции подходит для сдобной выпечки и приготовления диетических блюд на пару.

Чем хороша конвекционная духовка

Конвекционный духовой шкаф имеет ряд преимуществ.

  1. Все ингредиенты пропекаются равномерно.
  2. Возможно приготовление блюд на нескольких противнях одновременно.
  3. С помощью данной функции можно добиться хрустящей поджаристой корочки.
  4. Уменьшение расхода электроэнергии.
  5. Использование масла при готовке блюд сводится к минимуму.
  6. Возможность приготовления разнообразного меню.

Как применяют режим конвекции на практике

На практике конвектор позволяет добиться потрясающих результатов. Толстые куски мяса и рыбы качественно запекаются, получают равномерную хрустящую корочку со всех сторон. Блюдо получается в меру сочным. Режим существенно упрощает процесс приготовления сложных блюд, при этом экономится расход энергоресурсов (газ или электричество).

Важно! При активации функции температура воздуха в духовом шкафу на 10-15° выше, чем при стандартном нагревании, что ускоряет процесс приготовления пищи на 20-30 %. Выставляя таймер, пользователь должен учесть эту особенность.

Примеры применения.

  1. Активация функции без нагрева или при небольшом прогревании позволяет быстрого разморозить продукты. В таком режиме подсушивают ягоды, фрукты, порезанные на кусочки, травы и цедру. Также можно поставить тесто на опару перед выпечкой.
  2. В режиме конвекции с нижним нагревателем выпекают пироги, пиццу и другие хлебобулочные изделия.
  3. Функция в сочетании с верхним нагревателем подходит для приготовления запеканок, мясных блюд и овощных и фруктово-ягодных суфле.
  4. Многофункциональный режим нагрева с принудительной циркуляцией подходит для одновременной выпечки на нескольких уровнях пирожков при температуре 170-190° или кондитерских изделий (от 180°). Можно на нескольких уровнях запекать большие куски мяса или рыбы (от 200°).
  5. Режим турбогриль используется для зажаривания цельной тушки птицы, поросенка, бараньей ноги.
  6. Паровой конвектор применяют при приготовлении овощных, мясных и рыбных блюд на пару, выпекания булочек из сдобного теста. Можно использовать для стерилизации посуды.

Вот мы и разобрались, что такое конвекция. При применении этой функции в электрической духовке появляется возможность расширить перечень приготавливаемых блюд и улучшить качество выпечки. Ничего не сгорит и всё равномерно пропечется!

Темы исследовательских проектов по физике

Приведенные ниже темы исследовательских работ по физике являются примерными, их можно брать за основу, дополнять, расширять и изменять по собственному усмотрению, в зависимости от собственных интересных идей и увлечений. Занимательная тема исследования поможет ученику углубить свои знания по предмету и окунуться в мир физики.

Любые темы проектов по физике по фгос можно выбрать из списка перечисленных тем для любого класса общеобразовательной школы и раздела физики. В дальнейшем, руководитель проводит консультации для более точного определения темы проекта. Это поможет ученику сконцентрироваться на самых важных аспектах исследования.

На страничке можно перейти по ссылкам на интересные темы проектов по физике для 5 класса, 6 класса, 7 класса, 8 класса, 9 класса, 10 и 11 класса и темы для старших классов на свет, оптику, световые явления и электричество, на темы проектов по ядерной физике и радиации.

Представленные темы исследовательских работ по физике для 5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 класса будут интересны школьникам, которые увлекаются биографией физиков, любят проводить эксперименты, паять, не равнодушны к механике, электронике и другим разделам физики. Приобретённые навыки станут не только основой для последующей исследовательской деятельности, но и пригодятся в быту. К данным разделам тем проектных работ по физике можно перейти по ссылкам ниже.

Темы исследовательских работ на свет, оптику, электричество, ядерную физику

Помимо вышеупомянутых разделов с темами проектных работ по физике рекомендуем школьникам просмотреть общие и довольно актуальные и интересные темы проектов по физике, перечисленные ниже на данной странице нашего сайта. Предложенные темы являются общими и могут быть использованы на разных образовательных уровнях.

Темы проектов по физике

Примерные темы проектов по физике для учащихся школы:


А.Д. Сахаров – выдающийся ученый и правозащитник современности.
Авиационные модели свободного полета.
Автожиры
Агрегатные состояния вещества.
Актуальные проблемы физики атмосферы.
Акустический шум и его воздействие на организм человека.
Алфёров Жорес Иванович.
Альберт Эйнштейн — парадоксальный гений и «вечный ребенок».
Анализ отказов микросборки.
Андронный коллайдер: миф о происхождении Вселенной.
Анизотропия кристаллов
Анизотропия физических свойств монокристаллов.
Аномальные свойства воды
Античная механика
Аристотель — величайший ученый древности.
Артериальное давление
Архимед — величайший древнегреческий математик, физик и инженер.
Аспекты влияния музыки и звуков на организм человека.
Атмосферное давление — помощник человека.
Атмосферное давление в жизни человека.
Аэродинамика на службе человечества
Аэродинамика полосок бумаги, или «И все-таки она вертится!»
Аэродинамические трубы.
Баллистическое движение.
Батисфера
Биолюминесценция
Биомеханика кошки.
Биомеханика человека
Биомеханические принципы в технике.
Бионика. Технический взгляд на живую природу.
Биоскафандр для полета на другие планеты.
Биофизика человека
Биофизика. Колебания и звуки
Бумеранг
В небесах, на земле и на море. (Физика удивительных природных явлений).
В погоне за циклом Карно.
В чем секрет термоса.
В.Г. Шухов – великий русский инженер.
В.К. Рентген – открытия, жизненный путь.
Вакуум на службе у человека
Вакуум. Энергия физического вакуума.
Введение в физику черных дыр.
Вертикальный полет
Ветер как пример конвекции в природе.
Ветер на службе у человека
Взаимные превращения жидкостей и газов. Фазовые переходы.
Взаимосвязь полярных сияний и здоровья человека.
Взвешивание воздуха
Виды загрязнений воды и способы очищения, основанные на физических явлениях.
Виды топлива автомобилей.
Виды шумового загрязнения и их влияние на живые организмы.
Визуализация звуковых колебаний в трубе Рубенса.
Виртуальные лабораторные работы на уроках физики.
Вихревые образования.
Вклад Блеза Паскаля в создание методов изучения окружающего мира.
Вклад М. В. Ломоносова в развитие физической науки.
Влажность воздуха и влияние ее на жизнедеятельность человека.
Влажность воздуха и ее влияние на здоровье человека.
Влажность. Определение содержания кислорода в воздухе.
Влияние внешних звуковых раздражителей на структуру воды.
Влияние громкого звука и шума на организм человека.
Влияние звука на живые организмы
Влияние звука на песок. Фигуры Хладни.
Влияние звуков, шумов на организм человека.

Темы исследовательских работ по физике

Примерные темы исследовательских работ по физике для учащихся школы:


Влияние излучения, исходящего от сотового телефона, на организм человека.
Влияние изменения атмосферного давления на посещаемость занятий и успеваемость учащихся нашей школы.
Влияние невесомости на жизнедеятельность организмов.
Влияние качества воды на свойства мыльных пузырей.
Влияние лазерного излучения на всхожесть семян гороха.
Влияние магнитного и электростатического полей на скорость и степень прорастания семян культурных растений.
Влияние магнитного поля на прорастание семян зерновых культур.
Влияние магнитного поля на рост кристаллов.
Влияние магнитной активации на свойства воды.
Влияние магнитных бурь на здоровье человека
Влияние механической работы на организм школьника.
Влияние наушников на слух человека
Влияние обуви на опорно-двигательный аппарат.
Влияние погоды на организм человека
Влияние скоростных перегрузок на организм человека.
Влияние сотового телефона на здоровье человека.
Влияние температуры на жидкости, газы и твёрдые тела.
Влияние температуры окружающей среды на изменение снежных узоров на оконном стекле.
Влияние торсионных полей на деятельность человека.
Влияние шума на организм учащихся.
Вода — вещество привычное и необычное.
Вода в трех агрегатных состояниях.
Вода и лупа
Водная феерия: фонтаны
Водород — источник энергии.
Водяные часы
Воздух, который нас окружает. Опыты с воздухом.
Воздухоплавание
Волшебные снежинки
Волшебство мыльного пузыря.
Вращательное движение твердых тел.
Вредное и полезное трение
Время и его измерение
Всегда ли можно верить своим глазам, или что такое иллюзия.
Выращивание и изучение физических свойств кристаллов медного купороса.
Выращивание кристаллов CuSo4 и NaCl, исследование их физических свойств.
Выращивание кристаллов в домашних условиях.
Выращивание кристаллов из разных видов соли.
Выращивание кристаллов поваренной соли и сахара в домашних условиях методом охлаждения.
Высокоскоростной транспорт, движимый и управляемый силой электромагнитного поля.
Давление в жидкости и газах.
Давление твердых тел
Дары Прометея
Двигатель внутреннего сгорания.
Двигатель Стирлинга — технологии будущего.
Движение в поле силы тяжести.
Движение воздуха
Денис Габор
Джеймс Клерк Максвелл
Динамика космических полетов
Динамическая усталость полимеров.
Диффузия в домашних опытах
Диффузия в природе
Диффузия и ювелирные украшения
Доильный аппарат «Волга»
Единицы измерения физических величин.
Её величество пружина.
Железнодорожная цистерна повышенной ёмкости.
Женщины — лауреаты Нобелевской премии по физике.
Живые сейсмографы
Жидкие кристаллы
Жизнь и достижения Б. Паскаля
Жизнь и изобретения Джона Байрда
Жизнь и творческая деятельность М.В. Ломоносова.
Жизнь и творчество Льва Николаевича Термена.
Жизнь и труды А.Ф. Иоффе

Зависимость времени закипания воды от её качества.
Зависимость коэффициента поверхностного натяжения моторного масла от температуры.
Зависимость коэффициента поверхностного натяжения мыльного раствора от температуры.
Зависимость скорости испарения воды от площади поверхности и от ветра.
Зависимость сопротивления тела человека от состояния кожного покрова.
Загадки кипящей жидкости
Загадки неньютоновской жидкости.
Загадки озоновых дыр
Загадочная лента Мёбиуса.
Закон Архимеда. Плавание тел.
Закон Паскаля и его применение
Значение паровой машины в жизни человека.
Игорь Яковлевич Стечкин
Из истории летательных аппаратов
Изготовление действующей модели паровой турбины.
Измерение больших расстояний. Триангуляция.
Измерение влажности воздуха и устройства для ее корректировки.
Измерение вязкости жидкости
Измерение плотности твердых тел разными способами.
Измерение температуры на уроках физики
Измерение ускорения свободного падения
Изобретения Герона в области гидродинамики
Изобретения Леонардо да Винчи, воплощенные в жизнь.
Изучение звуковых колебаний на примере музыкальных инструментов.
Изучение свободных механических колебаний на примере математического и пружинного маятников.
Изучение свойств постоянных магнитов.
Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей и Антипузырей.
Изучение сил поверхностного натяжения с помощью мыльных пузырей.
Илья Усыскин — прерванный полет
Инерция – причина нарушения правил дорожного движения.
Исаак Ньютон
Испарение в природе и технике.
Испарение и влажность в жизни живых существ.
Испарение и конденсация в живой природе
Использование тепловой энергии свечи в бытовых условиях.
Исследование атмосферных явлений.
Исследование движения капель жидкости в вязкой среде.
Исследование движения по окружности
Исследование зависимости периода колебаний тела на пружине от массы тела.
Исследование поверхностного натяжения.
Исследование поверхностных свойств воды.
Исследование способов измерения ускорения свободного падения в лабораторных условиях.
Исследование теплопроводности жира.
Исследование физических свойств почвы пришкольного участка.
Как управлять равновесием.
Квантовые свойства света.
Колокольный звон с физической точки зрения.
Коррозия металлов
Космические скорости
Космический мусор
Красивые тайны: серебристые облака.
Криогенные жидкости
Лауреаты Нобелевской премии по физике.
Леонардо да Винчи — художник, изобретатель, ученый.
Люстра Чижевского
Магнитная жидкость
Магнитное поле Земли и его влияние на человека.
Магнитные явления в природе
Междисциплинарные аспекты нанотехнологий.
Метеорная опасность для технических устройств на околоземной орбите.
Механика сердечного пульса
Мир невесомости и перегрузок.
Мир, в котором мы живем, удивительно склонен к колебаниям.
Мифы звездного неба в культуре латиноамериканских народов.
Мобильный телефон. Вред или польза?!
Моделирование физических процессов
Модель электродвигателя постоянного тока.
Мой прибор по физике: ареометр.
Молниеотвод
Мыльные пузыри как объект исследования поверхностного натяжения.
Нанобиотехнологии в современном мире.
Нанодиагностика
Наноструктурированный мелкозернистый бетон.

Нанотехнологии в нашей жизни.
Невесомость
Об использовании энергии ветра.
Ода вращательному движению
Озон — применение для хранения овощей.
Опасность электромагнитного излучения и защита от него.
Определение высоты местности над уровнем моря с помощью атмосферного давления.
Определение коэффициента взаимной индукции.
Определение коэффициента вязкости жидкости.
Определение коэффициента поверхностого натяжения воды с различными примесями.
Определение плотности тела неправильной формы.
Определение условий нахождения тела в равновесии.
Определение центра тяжести математическими средствами.
Относительность движения
Очевидное и невероятное при взаимодействии стекла и воды.
П.Л. Капица. Облик ученого и человека.
Парадоксы учения Лукреция Кара.
Плавание тел
Плавление и отвердевание тел.
Плазма.
Плазма – четвертое состояние вещества.
Плотность и плавучесть тела
Поверхностное натяжение воды.
Поверхностное натяжение воды в космосе.
Приливы и отливы
Применение информационных технологий при изучении криволинейного движения.
Применение силы Архимеда в технике.
Применение ультразвука в медицине.
Принцип относительности Галилея.
Простые механизмы в сельском хозяйстве.
Пушка Гаусса
Радиоволны в нашей жизни
Радиоприемник с регулируемой громкостью.
Развитие ветроэнергетики
Рафинирование селена методом вакуумной дистилляции.
Реактивная тяга
Реактивное движение в современном мире.
Реактивные двигатели
Резонанс при механических колебаниях.
Роберт Гук и закон упругости
Роль рычагов в жизни человека и его спортивных достижениях.
Свойства соленой воды. Море у меня в стакане.
Сегнерово колесо
Сила притяжения
Сила трения.
Сила трения в природе.
Современные средства связи. Сотовая связь.
Создание индикаторов течения воды, плотностью равных плотности воды.
Способы определения массы тела без весов.
Способы очищения воды, основанные на физических принципах.
Суда на подводных крыльях — одно из изобретений К.Э. Циолковского.
Тайны наклонной башни Демидовых
Такой ли пустой космический вакуум?
Температура нити накала
Тепловой насос
Трение в природе и технике.
Ультразвук в медицине
Ультразвук в природе и технике.
Устройство оперативной памяти.
Ускорители элементарных части: взгляд в будущее.
Феномен гениальности на примере личности Альберта Энштейна.
Ферромагнитная жидкость
Физик Гастон Планте.
Физика землетрясений и регистрирующая их аппаратура.
Физика и акустика помещений
Физика смерча. Смерч на службе человека.
Химия и цвет
Цунами. Причины возникновения и физика процессов.
Чем дизельный двигатель лучше бензинового?
Чуть больше о смерче
Экологический паспорт кабинета физики.
Экспериментальные методы измерения ускорения свободного падения.
Эксперименты с неньютоновской жидкостью.
Энергетика: вчера, сегодня, завтра.
Энергетические возможности магнитогидродинамического эффекта.
Энергия будущего
Энергосберегающие лампы: «за» или «против».
Янтарь в физике.
Перейти к разделам:
Исследовательские работы по физике
Этапы исследовательской работы

Если Вы решили разместить ссылку на эту страницу, установите у себя на сайте, блоге или форуме один из представленных ниже кодов:

Код ссылки на страницу «Темы исследовательских работ по физике для учеников«:
<a href=»http://obuchonok.ru/node/1125″ target=»_blank»>Темы исследовательских работ по физике</a>

Код ссылки на форум:
[URL=http://obuchonok.ru/node/1125]Темы исследовательских работ по физике[/URL]

Если страница Вам понравилась, поделитесь в социальных сетях:

14 лучших примеров конвекции с простыми объяснениями

Что произойдет, если вы оставите тарелку горячего супа на столе? Через некоторое время становится холодно из-за потери тепла в окружающий воздух. И это (передача тепла) мы называем конвекцией.

Существует три типа теплопередачи: излучение, теплопроводность и конвекция. При излучении тепло передается в виде электромагнитных волн. При теплопроводности тепло распространяется между физически связанными телами.

Конвекция, однако, является наиболее сложной формой теплопередачи, поскольку она включает в себя объемное движение молекул в жидкостях, таких как жидкости и газы. Проще говоря, конвекция может происходить только в жидкостях и газах.

Конвективный тепломассоперенос (в жидкостях) осуществляется двумя механизмами:

  1. Распространение: чистое перемещение молекул из области с более высокой концентрацией в область с более низкой концентрацией.
  2. Advection: перенос материи или тепла за счет массового движения токов в жидкости.

Ни один из процессов не происходит в твердых телах. Однако конвективная теплопередача может происходить в мягких твердых телах или смесях, где твердые частицы могут перемещаться из одного положения в другое.

Конвективную теплопередачу можно разделить на две категории: естественную и принудительную.

При свободной или естественной конвекции токи создаются только разницей плотности жидкости, определяемой температурой. В то время как при принудительной конвекции токи возникают из-за внешнего фактора, такого как вентилятор или насос.Чем быстрее движется жидкость, тем выше скорость конвекции.

Теперь, когда у вас есть общее представление о том, что такое конвекция на самом деле, давайте перейдем к различным примерам и приложениям. Ниже мы перечислили множество примеров конвективной теплопередачи, которые вы наблюдаете в своей повседневной жизни.

14. Кипяток

Тип: Принудительная конвекция

Когда вы ставите чайник на плиту, он нагревает воду снизу. Молекулы у дна приобретают кинетическую энергию и становятся менее плотными.Поскольку горячая вода внизу менее плотная, чем холодная вода над ней, горячая вода начинает подниматься на поверхность, а холодная опускается.

Холодная вода внизу становится горячей и менее плотной, чем вода над ней, поэтому она поднимается на поверхность. Процесс повторяется снова и снова, и все это происходит из-за разницы температур между дном и верхом чайника. Движение молекул воды — это конвекционные токи.

13. Радиатор

Тип: Принудительная конвекция

Радиатор — это пассивный теплообменник, который улучшает скорость конвективной теплопередачи.Он широко используется в электронном оборудовании. Например, обычный CPU / GPU использует радиатор в сочетании с вентилятором, чтобы поддерживать рабочую температуру в допустимых пределах.

Обычно радиатор состоит из основания и выступающих наружу ребер. На его производительность влияют различные факторы, такие как скорость воздуха, конструкция ребер и материал, из которого изготовлен радиатор.

12. Земля и морской бриз

Изображение предоставлено: Freepik

Тип: Естественная конвекция

Образование сухого и морского бриза — один из классических примеров конвекции.Солнце днем ​​нагревает и сушу, и море. Но поскольку земля обладает меньшей способностью поглощать тепло, чем море, температура ее поверхности увеличивается, нагревая воздух вокруг. Теплый (менее плотный) воздух начинает подниматься, и создается низкое давление.

В то же время над поверхностью моря развивается область высокого давления (с холодным и плотным воздухом). Из-за разницы в давлении воздух течет с моря на сушу, и приходящий холодный воздух называется морским бризом.

Ночью процесс меняется на противоположный.Земля остывает быстрее, чем море, понижая температуру воздуха вокруг нее и создавая ситуацию высокого давления. Теперь холодный воздух течет с суши в море, и это то, что мы называем сухим бризом.

В обоих случаях тепло передается через молекулы воздуха.

11. Эффект дымохода

Тип: Принудительная конвекция

Когда воздух втекает в здания, дымовые трубы или другие подобные конструкции и выходит из них из-за плавучести, это называется эффектом дымохода.Это происходит из-за разницы температур / влажности в помещении и на улице. Холодный воздух высокой плотности всегда выталкивает горячие газы низкой плотности вверх.

Чем выше конструкция и выше разница температур, тем выше сила плавучести и, следовательно, эффект дымохода. Многие небоскребы и градирни используют один и тот же принцип для обеспечения естественной вентиляции и инфильтрации.

10. Конвекционная печь

Промышленная конвекционная печь, используемая в самолетостроении

Тип: Принудительная конвекция

В конвекционных печах используется конвекционный механизм для более быстрого приготовления пищи, чем в обычных.У них есть вентиляторы для циркуляции горячего воздуха вокруг еды, что позволяет еде готовиться более равномерно при более низких температурах и за меньшее время. Промышленные конвекционные печи используются для производства многих продуктов, в том числе непродовольственных.

9. Таяние льда

Тип: Естественная конвекция

Конвекция играет важную роль в уменьшении толщины льда. Когда теплый воздух обдувает поверхность льда, он увеличивает температуру внешнего слоя льда.Чем горячее воздух и чем быстрее он дует, тем меньше времени потребуется для таяния льда.

8. Радиатор

Тип: Принудительная конвекция

Радиатор передает тепловую энергию от одной среды к другой. Несмотря на название, большинство радиаторов используют конвекцию (вместо теплового излучения) для передачи основной части тепла. В основном они используются в зданиях, автомобилях и электронике.

В системе отопления помещения, например, во внутренних змеевиках образуется горячая вода или иногда пар.Когда вода нагревает змеевик, воздух рядом с радиатором нагревается и поднимается. Когда нагретый воздух поднимается вверх, холодный воздух может втягиваться в радиатор и проходить через него снизу. Этот воздушный поток генерирует вертикальные потоки, которые распределяют теплый воздух по комнате.

7. Холодильник

Тип: Принудительная конвекция

Холодильник содержит теплоизолированный отсек и тепловой насос, который перемещает тепло из внутренней части холодильника во внешнюю среду.Он использует конвекцию для циркуляции холодного воздуха вокруг еды.

Морозильная камера охлаждает воздух сверху. По мере того, как воздух опускается, он заменяется более теплым воздухом, поднимающимся снизу. Этот циркулирующий воздух отводит тепло от всех предметов в холодильнике.

6. Кучевые и кучево-дождевые облака

Кучевые облака

Тип: Естественная конвекция

Кучевые и Кучево-дождевые облака — это два разных типа облаков, которые образуются и растут за счет конвекции. Они образуются из водяного пара, переносимого мощными восходящими потоками воздуха.

Поскольку конвекционные облака имеют тенденцию быстро образовываться в восходящих столбах воздуха, они оптически плотные. Поверхности крошечных капелек в этих облаках рассеивают солнечный свет больше, чем облака, содержащие меньшее или большее количество капель. Вот почему эти облака часто выглядят темно-серыми по сторонам от Солнца и ярко-белыми по сторонам, обращенным к нему.

Прочтите: 10 основных типов облаков в зависимости от уровня их высоты

5. Кровообращение

Тип: Принудительная конвекция

Люди и другие млекопитающие используют конвекцию для регулирования температуры тела.Сердце перекачивает кровь по всему телу со средней скоростью 5 литров в минуту, а тепло, производимое клетками тела, передается воздуху (или воде), протекающему по коже.

Если температура кожи ниже температуры окружающего воздуха, тело получает тепло за счет конвекции и теплопроводности. Но если температура кожи выше, тело теряет тепло за счет конвекции и теплопроводности. В поверхностных тканях, где скорость кровообращения выше, теплопередача в основном конвективная.

4. Эффект Марангони

Экспериментальная демонстрация эффекта Марангони | Викимедиа

Тип: Естественная конвекция

Эффект Марангони — это конвекция жидкостей из-за градиента поверхностного натяжения. Поверхностное натяжение зависит от температуры или состава соединений. В первом случае эффект называется термокапиллярной конвекцией.

Наличие градиента поверхностного натяжения естественным образом заставляет жидкость стекать из областей с низким поверхностным натяжением.Это происходит потому, что жидкость с высоким поверхностным натяжением сильнее притягивается к ближайшей жидкости, чем жидкость с низким поверхностным натяжением.

3. Движение мантии Земли

Всемантийная конвекция | Викимедиа

Тип: Естественная конвекция

Движение твердой силикатной мантии Земли в результате конвекционных потоков, переносящих тепло из недр к поверхности планеты, называется конвекцией Земли.

В частности, мантийная конвекция обусловлена ​​тремя фундаментальными процессами:

  • Тепловые потери от сердечника (20%)
  • Внутреннее отопление от радиоактивного распада (80%)
  • Охлаждение сверху (опускание литосферных плит)

Он вызывает движения литосферных плит, поверхностную вулканическую активность, магматизм, землетрясения, а также большинство тектонических и геологических процессов, проявляющихся в земной коре.По мере того, как скорость производства тепла уменьшается, планета охлаждается, и в конечном итоге конвекция замедляется или вовсе прекращается.

Прочитано: 4 разных слоя Земли | Разъяснил

2. Звезды имеют зону конвекции

Тип: Естественная конвекция

Различные турбулентные активности, происходящие внутри звезды, заставляют энергию двигаться наружу. Когда газы нагреваются (из-за потока энергии из глубины звезды) до температур, превышающих температуру окружающего газа, они поднимаются, расширяются и охлаждаются.Как только они термализуются, они перестают расти.

Обычно звезды с низкой массой имеют радиационные ядра и конвективные оболочки, тогда как звезды с большой массой имеют конвективные ядра и радиационные оболочки. Зона конвекции Солнца, например, является самым внешним слоем внутренней части, которая простирается с глубины 200 000 километров до видимой поверхности. Это означает, что в этой области энергия передается посредством конвекции.

1. Аккреционные диски черных дыр

Тип: Естественная конвекция

Это довольно необычный пример, но исследования и моделирование показывают, что конвекция пыли и газа происходит в аккреционных дисках черных дыр на скоростях, близких к скорости света.Связующие движения развиваются за счет рассеивания интенсивных гравитационных и вращательных энергий в аккреционных потоках.

Принудительная конвекция — Energy Education

Рис. 1. Конвекция — это механизм теплопередачи, при котором тепло перемещается из одного места в другое посредством потоков жидкости. Принудительная конвекция просто использует этот механизм для эффективного обогрева или охлаждения дома, например, с помощью вентилятора. [1]

Принудительная конвекция — это особый тип теплопередачи, при котором жидкости вынуждены перемещаться для увеличения теплопередачи. [2] Это нагнетание может быть выполнено с помощью потолочного вентилятора, насоса, всасывающего устройства или другого устройства.

Многим знакомо утверждение, что «поднимается жара». Это упрощение идеи о том, что горячие жидкости почти всегда менее плотны, чем те же самые жидкости в холодном состоянии, но есть исключения (за исключениями см. Слои атмосферы и термохалинную циркуляцию). Эта разница в плотности приводит к тому, что более горячий материал естественным образом оказывается поверх более холодного материала из-за более высокой плавучести более горячего материала. [3]

Естественная конвекция может вызвать заметную разницу температур в доме. Часто это становится местом, где некоторые части дома теплее, а некоторые прохладнее. Принудительная конвекция создает более равномерную и, следовательно, комфортную температуру во всем доме. Это сокращает холодных точек в доме, уменьшая необходимость поворачивать термостат на более высокую температуру или надевать свитера.

Операция

Рисунок 1.Регистр обогрева пола [4] является частью системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, которая создает принудительную конвекцию в доме.

Создать принудительную конвекцию так же просто, как включить вентилятор. Воздух нагревается в печи и прогоняется через дом с помощью воздуходувки , которая является вентилятором внутри системы вентиляции. Этот вентилятор выпускает определенное количество воздуха, и этот выходной воздушный поток делится между всеми выходными решетками (также называемыми вентиляционными отверстиями обогревателя) в доме. [5] Пройдя через вентиляционные отверстия, выталкиваемый вентиляторами, теплый обработанный воздух выбрасывается через вентиляционные отверстия в полу или потолке в комнаты дома.С помощью естественной конвекции этот воздух затем проходит через комнату, нагревая комнату, поднимаясь наверх за счет естественной конвекции, и медленно опускается на пол по мере охлаждения. Затем снова включается система нагрева воздуха и его проталкивания по всему дому, чтобы согреть его. [6]

То, как очищенный воздух попадает в выходные отверстия, имеет значение, поскольку структура воздуховодов может создавать сопротивление потоку воздуха в коленах, перегородках или местах, где размер воздуховода изменяется.Это изменение, в свою очередь, влияет на то, насколько хорошо эта система принудительной подачи воздуха может обогревать дом, поскольку все они разделяют выходной поток воздуха из одного источника — печи. Поэтому важно правильно спланировать воздуховод. [5] Как правило, лучший способ прохождения воздуха через воздуховод — это иметь прямой воздуховод круглой формы с гладкой внутренней стенкой, поскольку изгибы и углы препятствуют потоку воздуха. По возможности следует соблюдать это руководство, чтобы воздух, вытесняемый печью, правильно нагревал дом.Кроме того, если выходные вентиляционные отверстия не закрыты мебелью или не установлены за занавесками, то теплый воздух, выходящий из печи, может циркулировать по всему помещению.

Распространено заблуждение, что чем больше воздуха выходит из вентилятора — или чем больше вентилятор «толкает» воздух, тем сильнее будет возникать эффект принудительной конвекции из-за большого количества выталкиваемого нагретого или охлажденного воздуха. вентилятором. Однако это не совсем так. Отчасти то, как воздух движется через дом или другое здание, связано с давлением и температурой, которые существуют в комнате до того, как через нее пройдет больше воздуха.Например, если в комнате есть холодное пятно, и цель состоит в том, чтобы равномерно нагреть комнату, изменение давления в области между холодным и теплым участками, известной как переходная «теплая» зона, влияет на то, насколько хорошо вентилятор сможет переместить теплый воздух в холодную зону. Если перепад давления в этой теплой зоне выше, будет меньшая скорость потока воздуха в холодную часть комнаты, что затруднит вентилятору нагнетание теплого воздуха в эту часть. Это явление известно как падение давления на радиаторе , и его можно легко резюмировать, сказав, что вентилятору труднее протолкнуть теплый или холодный воздух через область между двумя областями с разными температурами, которые также имеет большой перепад давления на границе.2) [/ math] пропорционально разнице между начальной температурой материала ([math] T_s [/ math]) и конечной температурой материала ([math] T _ {\ infty} [/ math]) через константа пропорциональности [math] h [/ math]. Скорость теплопередачи также сильно зависит от шероховатости и формы нагреваемого материала. Закон Ньютона о нагревании и охлаждении меняется в зависимости от того, является ли конвекция принудительной или нет. Для естественного охлаждения значение [math] h [/ math] равно определенному числу.Однако, принудительно вызывая конвекцию и перемещая нагретый или охлажденный воздух из одного места в другое, можно изменить эту константу пропорциональности и быстрее нагреть или охладить объект.

Более подробный математический взгляд на принудительную конвекцию см. На странице Университета Саймона Фрейзера.

Потолочные вентиляторы

Использование потолочных вентиляторов в доме также представляет собой другой тип принудительной конвекции. Потолочные вентиляторы можно использовать как зимой (рисунок 2), так и летом (рисунок 3), но их настройки должны быть разными, чтобы выполнять желаемую задачу.В летние месяцы вентилятор обычно работает на более высокой скорости. Угол наклона лопастей выталкивает воздух вниз через комнату. Обычно это соответствует вращению против часовой стрелки, если смотреть на вентилятор снизу. Этот нисходящий ветерок способствует испарению пота обитателей дома, охлаждая их. В зимние месяцы вентилятор нужно использовать на более низкой скорости. Лопасти также вращаются в другом направлении, обычно по часовой стрелке, если смотреть снизу вентилятора, который вытягивает более холодный воздух из нижних частей комнаты.Затем более холодный воздух снизу смешивается с более теплым воздухом, который поднялся, и смешивает их, распределяя более теплый воздух по всему зданию.

Рис. 3. Зимой потолочные вентиляторы должны вращаться по часовой стрелке, чтобы втягивать холодный воздух из комнаты вверх, а теплый — вниз, создавая восходящий поток. [8] Рис. 2. Летом потолочные вентиляторы должны вращаться против часовой стрелки, чтобы смешивать теплый воздух и нагнетать прохладный ветерок вниз, создавая нисходящий поток. [8]

Список литературы

Как работает холодильник с конвекцией? | Руководства по дому

Система, с помощью которой холодильник отводит тепло из морозильной и холодильной камер и отводит его за пределы вашего устройства, основана на концепции конвекции.Конвекция — это процесс передачи тепла посредством движения вещества, обычно газа или жидкости. В холодильнике конвекция происходит за счет использования хладагента и компрессора.

Что такое конвекция?

Возможно, вы слышали о конвекции в контексте конвекционных печей, которые используют циркулирующий воздух для ускорения процесса приготовления пищи. Принцип конвекции основан на циркуляции воздуха, который передает тепло пище, когда она движется вокруг нее.В холодильнике используются медные трубки, заполненные хладагентом, которые выполняют ту же работу, что и воздух в конвекционной печи.

Хладагент

В современном холодильнике хладагент, используемый в медных змеевиках, называется тетрафторэтан, а именно газ R-134A. Хладагенты — это стабильные газы, которые можно сжимать и расширять, что позволяет поглощать и отводить тепло. Что наиболее важно, когда газообразный хладагент сжимается, его можно нагреть до более высокой температуры, чем при расширении.

Сжатие

Холодильники работают с использованием конвекции за счет циркуляции газа по медным трубопроводам внутри холодильного или морозильного отделения. Трубопроводы и содержащийся в них газ поглощают тепло, содержащееся в холодильном и морозильном отделениях, и возвращаются обратно за пределы устройства. Затем блок сжимает газообразный хладагент с помощью компрессора за пределами холодильника. Когда газ сжимается, он отводит тепло, которое он поглотил внутри пищевых отсеков, в комнату.

Побочные продукты

Помимо тепла, в качестве побочного продукта процесса охлаждения, образуются сточные воды. Это происходит из-за влажности воздуха, конденсирующейся на стойках и стенках внутри холодильника и морозильника, а также на змеевиках хладагента. Эти сточные воды сливаются под холодильником в дренажный поддон. Дренажный поддон расположен рядом с вентилятором и компрессором и использует тепло от этих компонентов для облегчения испарения.

Ссылки

Писатель Биография

Эндрю Лихи был писателем с 1999 года, освещая такие разнообразные темы, как практические руководства по технологиям и политика генетически модифицированных организмов в поставках африканских продуктов питания.Он получает степень доктора медицины, ремонтируя фермерский дом 1887 года, расположенный в Сосновых степях Нью-Джерси.

5.6 Методы теплопередачи — теплопроводность, конвекция и излучение Введение — физика Дугласского колледжа 1207

Глава 5 Температура, кинетическая теория и законы газа

Сводка

  • Обсудите различные методы передачи тепла.

Не менее интересны, как и эффекты теплопередачи в системе, методы, с помощью которых это происходит.Всякий раз, когда есть разница температур, происходит передача тепла. Теплоотдача может происходить быстро, например, через кастрюлю, или медленно, например, через стенки ящика для льда для пикника. Мы можем контролировать скорость теплопередачи, выбирая материалы (например, толстую шерстяную одежду на зиму), контролируя движение воздуха (например, используя уплотнители вокруг дверей) или выбирая цвет (например, белая крыша для отражения лета). Солнечный свет). Так много процессов связано с теплопередачей, поэтому трудно представить себе ситуацию, когда теплопередача не происходит.Однако каждый процесс, связанный с передачей тепла, осуществляется всего тремя способами:

  1. Проводимость — это передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте. (Материя неподвижна в макроскопическом масштабе — мы знаем, что существует тепловое движение атомов и молекул при любой температуре выше абсолютного нуля.) Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности.
  2. Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения жидкости.Этот тип переноса имеет место, например, в топке с принудительной подачей воздуха и в погодных системах.
  3. Теплопередача посредством излучения происходит, когда излучаются или поглощаются микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет или другая форма электромагнитного излучения. Яркий пример — потепление Земли Солнцем. Менее очевидный пример — тепловое излучение человеческого тела.
Рисунок 1. В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Мы рассмотрим эти методы более подробно в трех следующих модулях. Каждый метод имеет уникальные и интересные характеристики, но все три имеют одну общую черту: они передают тепло исключительно из-за разницы температур (рис. 1).

Проверьте свое понимание

1: Назовите пример из повседневной жизни (отличный от текста) для каждого механизма теплопередачи.

  • Тепло передается тремя различными способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

Концептуальные вопросы

1: Каковы основные способы передачи тепла от горячего ядра Земли к ее поверхности? С поверхности Земли в космос?

2: Когда наши тела становятся слишком теплыми, они реагируют потоотделением и усилением кровообращения к поверхности для передачи тепловой энергии от ядра.Как это повлияет на человека, находящегося в гидромассажной ванне с температурой 40,0 o ° C?

3: На рис. 2 показан в разрезе термос (также известный как сосуд Дьюара), который представляет собой устройство, специально разработанное для замедления всех форм теплопередачи. Объясните функции различных частей, таких как вакуум, серебрение стен, тонкостенная длинная стеклянная горловина, резиновая опора, воздушный слой и стопор.

Рис. 2. Конструкция термоса разработана таким образом, чтобы препятствовать передаче тепла всеми способами.

Глоссарий

проводимость
Передача тепла через неподвижное вещество при физическом контакте
конвекция
Передача тепла за счет макроскопического движения жидкости
излучение
Передача тепла, возникающая при испускании или поглощении микроволн, инфракрасного излучения, видимого света или другого электромагнитного излучения

Решения

Проверьте свое понимание

1: Электропроводность: тепло передается вашим рукам, когда вы держите чашку горячего кофе.

Конвекция: теплопередача, когда бариста «пропаривает» холодное молоко, чтобы сделать горячее какао .

Радиация: разогрев чашки холодного кофе в микроволновой печи.

Конвекция — Колледж физики

Цели обучения

  • Обсудите метод передачи тепла конвекцией.

Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества. В случае с Землей атмосферная циркуляция вызвана 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 (Рисунок) поддерживается в тепле, как и горшок с водой на плите (Рисунок). Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую.Оба являются примерами естественной конвекции.

Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге 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.

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 частям 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 из них. Оставьте один на скамейке, а другой нагрейте на плите.Наблюдайте, как цвет распространяется и сколько времени требуется, чтобы достичь вершины. Наблюдайте, как образуются конвективные петли.

Расчет теплопередачи путем конвекции: конвекция воздуха через стены дома

Большинство домов не герметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через щели 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 высокие внутренние размеры и весь воздух заменяется на 30.0 мин. Рассчитайте теплопередачу в единицу времени в ваттах, необходимую для нагрева входящего холодного воздуха, заменяя тем самым тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия

Тепло используется для повышения температуры воздуха до такой степени. Скорость теплопередачи равна, где — время оборота воздуха. Нам дано то, что есть, но мы все равно должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить. Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельной теплоемкости азота и кислорода, которое дается из (Рисунок) (обратите внимание, что для этого процесса необходимо использовать удельную теплоемкость при постоянном давлении).

Решение

  1. Определите массу воздуха по его плотности и заданному объему дома. Плотность определяется из плотности и объема.
  2. Рассчитайте тепло, передаваемое при изменении температуры воздуха: так, чтобы
  3. Рассчитайте теплопередачу от тепла и время оборота. Поскольку воздух перекачивается, тепло, передаваемое за единицу времени, равно

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, превышающего 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, при скорости ветра 15,0 м / с при температуре около 100 м / с холодный эквивалент неподвижного воздуха составляет около.

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. Расстояние между внутренней и внешней стенами дома, например, составляет около 9 см (3.5 дюймов) — достаточно большой 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.

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 с помощью потоотделения, 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.

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, а температура окружающей среды такая же, как температура кожи, что исключает передачу тепла другими методами.)

Стратегия

Энергия необходима для изменения фазы (). Таким образом, потери энергии в единицу времени составляют

Мы разделим обе части уравнения на и найдем, что масса, испаряемая за единицу времени, равна

.

Решение

(1) Введите значение скрытой теплоты из (Рисунок),. Это дает

Обсуждение

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

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, огромных кучевых облаков, которые поднимаются на 20 градусов.0 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. Эти системы иногда вызывают сильные штормы с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы.

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

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

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

Движение айсбергов — 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.

Проверьте свое понимание

Объясните, почему использование вентилятора летом дает ощущение свежести!

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

Сводка

  • Конвекция — это передача тепла за счет макроскопического движения массы. Конвекция может быть естественной или принудительной и обычно передает тепловую энергию быстрее, чем теплопроводность. (Рисунок) показывает коэффициенты охлаждения ветром, указывая на то, что движущийся воздух имеет такой же охлаждающий эффект, как и гораздо более холодный стационарный воздух. Конвекция, возникающая вместе с фазовым переходом , может передавать энергию от холодных областей к теплым.

Концептуальные вопросы

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 теплопередачи, задействованные в каждом из них.

Холодными ясными ночами лошади будут спать под покровом больших деревьев. Как это помогает им согреться?

Задачи и упражнения

При какой скорости ветра воздух вызывает такой же коэффициент охлаждения, как и неподвижный воздух?

При какой температуре неподвижный воздух вызывает такой же коэффициент охлаждения, как воздух, движущийся со скоростью 15 м / с?

«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 вначале, если из него испаряется 2,00 г? Кофе находится в чашке из пенополистирола, поэтому другими методами передачи тепла можно пренебречь.

(а) Сколько килограммов воды должно испариться из тела женщины с весом 60,0 кг, чтобы температура ее тела снизилась на?

(b) Достаточно ли это количества воды для испарения в виде потоотделения, если относительная влажность окружающего воздуха низкая?

Однажды зимним днем ​​в большом здании университетского класса вышла из строя система климат-контроля.В результате каждую минуту в помещение попадает лишний холодный воздух. С какой скоростью в киловаттах должна происходить теплопередача, чтобы нагреть этот воздух (то есть довести воздух до комнатной температуры)?

Во время тяжелых упражнений тело перекачивает 2,00 л крови в минуту на поверхность, где она охлаждается. Какова скорость теплопередачи только от этой принудительной конвекции, если предположить, что кровь имеет такую ​​же удельную теплоемкость, что и вода, и ее плотность?

Человек вдыхает и выдыхает 2.00 л воздуха, испарение воды из легких и дыхательных путей с каждым вдохом.

(а) Сколько тепла происходит за счет испарения при каждом вдохе?

(b) Какова скорость теплопередачи в ваттах, если человек дышит со средней скоростью 18,0 вдохов в минуту?

(c) Если вдыхаемый воздух имел температуру, 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?

(а) 97,2 Дж

(б) 29,2 Вт

(в) 9,49 Вт

(d) Общая скорость потери тепла будет. 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 при дыхании не будет основной формой потери тепла для этого человека.

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 кастрюли, если оно имеет толщину 3,00 мм и внутреннюю температуру?

(b) Если температура кофе остается постоянной и вся теплопередача устраняется испарением, сколько граммов в минуту испаряется? Принять теплоту испарения 2340 кДж / кг.

Конвекция в зданиях — Проектирование зданий

Конвекция — это движение жидкости, например воздуха. Это сочетание адвекции и диффузии:

  • Адвекция — это крупномасштабное движение жидкости в потоках.
  • Диффузия — это мелкомасштабное перемещение частиц жидкости из областей с более высокой концентрацией в области с более низкой концентрацией.

Конвективное движение воздуха в зданиях очень важно для:

Движение воздуха в зданиях может быть «принудительной» конвекцией (например, вызываемой вентиляторами) или «естественной» (или свободной конвекцией) в результате разницы давлений между одной частью здания и другой.

Естественное движение воздуха может быть вызвано ветром или плавучестью.

  • Ветровое движение воздуха вызвано разницей давления внутри и снаружи здания, вызванной ветром.
  • Движение воздуха, вызванное плавучестью, вызвано тенденцией к расширению теплого воздуха и, таким образом, к уменьшению плотности и большей плавучести, поднимаясь через общую воздушную массу. И наоборот, холодный воздух сжимается, становится более плотным, менее плавучим и проваливается через воздушные массы. Это может создать циркулирующие потоки поднимающегося и опускающегося воздуха.

Конвекция также является механизмом теплопередачи (наряду с излучением, проводимостью и фазовым переходом).Конвективная теплопередача в зданиях является результатом движения воздуха разной температуры и может использоваться для поддержания внутреннего комфорта либо за счет теплообмена между воздухом и внутренними поверхностями здания, либо за счет теплообмена с источниками тепла или охлаждения, иногда ведомые фанатами.

Конвекция может быть заметна над горячими радиаторами, где поднимается теплый воздух, или рядом с окнами, где может быть холодный нисходящий поток. Эти эффекты могут быть использованы в большем масштабе в таких системах, как вытесняющая вентиляция, и в пассивном проектировании зданий с помощью таких эффектов, как эффект стека.

Точное прогнозирование движения воздуха в здании чрезвычайно сложно и может потребовать использования программного обеспечения для моделирования вычислительной гидродинамики (CFD). CFD работает путем разделения тела воздуха (или любой другой жидкости) на ряд ячеек, которые представляют объем жидкости, окруженный поверхностями и отверстиями, которые представляют собой корпус. Затем программа будет моделировать поток воздуха от каждой ячейки к окружающим ее элементам, а также теплообмен между граничными поверхностями и соседними с ними ячейками.После серии итераций модель перейдет в устойчивое состояние, которое представляет фактические скорости воздуха и распределение температур, которые, как ожидается, будут обнаружены в пространстве. См. CFD для получения дополнительной информации.

NB Жидкости также могут использоваться для передачи тепла внутри здания посредством «массообмена», например, посредством потока хладагента, охлажденной воды или горячей воды для обеспечения обогрева или охлаждения.

[править] Статьи по теме «Проектирование зданий» Wiki

14.6 Конвекция — Колледж физики

Конвекция вызывается крупномасштабным потоком вещества.В случае с Землей атмосферная циркуляция вызвана 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 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, в доме на рис. 14.17 поддерживается тепло, как и в горшке с водой на плите на рис. 14.18. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую. Оба являются примерами естественной конвекции.

Рис. 14.17 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. 14.18 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 валки в подогреваемой сковороде

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

Пример 14.7

Расчет теплопередачи путем конвекции: конвекция воздуха через стены дома

Большинство домов не герметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через щели 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 × 18,0 × 3,00 м. 12,0 × 18,0 × 3,00 м. высокий, и что весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в ваттах за единицу времени, необходимую для нагрева входящего холодного воздуха на 10,0ºC10,0ºC размером 12 {«10» «». 0 ° C} {}, заменяя тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия

Тепло используется для повышения температуры воздуха так, чтобы Q = mcΔTQ = mcΔT.Скорость теплопередачи тогда равна Q / tQ / t, где tt — время оборота воздуха. Нам дано, что ΔTΔT составляет 10,0ºC10,0ºC, но мы все равно должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем рассчитать размер QQ 12 {Q} {}. Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельной теплоты азота и кислорода, что дает c = cp≅1000 Дж / кг⋅ºCc = cp≅1000 Дж / кг⋅ºC из таблицы 14.4 (обратите внимание, что удельная теплоемкость при постоянной для этого процесса необходимо использовать давление).

Решение
  1. Определите массу воздуха по его плотности и заданному объему дома.Плотность определяется из плотности ρρ размера 12 {ρ} {} и объема m = ρV = 1,29 кг / м3 12,0 м × 18,0 м × 3,00 м = 836 кг м = ρV = 1,29 кг / м3 12,0 м × 18,0 м × 3,00 м = 836 кг. размер 12 {m = ital «pV» = слева (1 «.» «29» `» кг / м «rSup {размер 8 {3}} справа) слева (» 12 «». «0`m умножить на» 18 » «.» 0`m умножить на 3 «.» 0`m right) = «836» `» kg «} {}

    14,37

  2. Рассчитайте тепло, передаваемое при изменении температуры воздуха: Q = mcΔTQ = mcΔT размер 12 {Q = ital «mc» ΔT} {} так, чтобы Q = 836 кг1000 Дж / кг⋅ºC10,0ºC = 8,36 × 106Дж.Q = 836 кг1000 Дж / кг⋅ºC10.0ºC = 8,36 × 106 Дж. размер 12 {Q = слева («836» «кг» справа) слева («1000 Дж / кг» cdot ° C справа) слева («10» ° C справа) «= 8» «.» «36» умножить на «10» rSup {размер 8 {6}} `J} {}

    14,38

  3. Рассчитайте теплопередачу на основе размера QQ тепла 12 {Q} {} и времени оборота tt размера 12 {t} {}. Поскольку воздух переворачивается за t = 0.500h = 1800st = 0.500h = 1800s размер 12 {t = 0 «.» 5`h = «1800» `s} {}, тепло, передаваемое за единицу времени, равно Qt = 8,36 × 106 Дж1800 с = 4,64 кВт Qt = 8,36 × 106 Дж1800 с = 4,64 кВт. размер 12 {{{Q} больше {t}} = {{8 «.»» 36 «умножить на» 10 «rSup {размер 8 {6}}` J} больше {«1800″ `s}} = 4». «6`» кВт «} {}

    14,39

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, превышающего 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 15,0 м / с при 0ºC0ºC имеет холодный эквивалент неподвижного воздуха при температуре около -18ºC-18ºC.

Температура движущегося воздуха Скорость ветра (м / с)
ºCºC размер 12 {слева (° C справа)} {} 22 размер 12 {2} {} 55 размер 12 {5} {} 1010 размер 12 {полужирный «10»} {} 1515 размер 12 {полужирный «15»} {} 2020 размер 12 {полужирный «20»} {}
55 размер 12 {5} {} 33 размер 12 {3} {} −1−1 размер 12 {- 1} {} −8−8 размер 12 {- 8} {} −10−10 размер 12 {- «10»} {} −12−12 размер 12 {- «12»} {}
22 размер 12 {2} {} 00 размер 12 {0} {} −7−7 размер 12 {- 7} {} −12−12 размер 12 {- «12»} {} −16−16 размер 12 {- «16»} {} −18−18 размер 12 {- «18»} {}
00 размер 12 {0} {} −2−2 размер 12 {- 2} {} −9−9 размер 12 {- 9} {} −15−15 размер 12 {- «15»} {} −18−18 размер 12 {- «18»} {} −20−20 размер 12 {- «20»} {}
−5−5 размер 12 {- 5} {} −7−7 размер 12 {- 7} {} −15−15 размер 12 {- «15»} {} −22−22 размер 12 {- «22»} {} −26−26 размер 12 {- «26»} {} −29−29 размер 12 {- «29»} {}
−10−10 размер 12 {- жирный «10»} {} −12−12 размер 12 {- «12»} {} −21−21 размер 12 {- «21»} {} −29−29 размер 12 {- «29»} {} −34−34 размер 12 {- «34»} {} −36−36 размер 12 {- «36»} {}
−20−20 размер 12 {- жирный «20»} {} −23−23 размер 12 {- «23»} {} −34−34 размер 12 {- «34»} {} −44−44 размер 12 {- «44»} {} −50−50 размер 12 {- «50»} {} −52−52 размер 12 {- «52»} {}
−40−40 размер 12 {- жирный «40»} {} −44−44 размер 12 {- «44»} {} −59−59 размер 12 {- «59»} {} −73−73 размер 12 {- «73»} {} −82−82 размер 12 {- «82»} {} −84−84 размер 12 {- «84»} {}

Таблица 14.4 Факторы охлаждения ветром

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.

Рисунок 14.19 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 с помощью потоотделения, 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 14.8

Рассчитайте поток массы во время конвекции: теплопередача 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 = mLvQ = mLv размер 12 {Q = ital «mL» rSub {size 8 {v}}} {}). Таким образом, потери энергии в единицу времени составляют

Qt = mLvt = 120 Вт = 120 Дж / с. Qt = mLvt = 120 Вт = 120 Дж / с.

14.40

Мы разделим обе части уравнения на LvLv размер 12 {L rSub {размер 8 {v}}} {} и найдем, что масса, испаряемая за единицу времени, равна

mt = 120 Дж / сLv. mt = 120 Дж / сLv. размер 12 {{{m} больше {t}} = {{«120″ `» Дж / с «} больше {L rSub {size 8 {v}}}}} {}

14,41

Решение

(1) Вставьте значение скрытой теплоты из таблицы 14.2, Lv = 2430 кДж / кг = 2430 Дж / гLv = 2430 кДж / кг = 2430 Дж / г размер 12 {L rSub {размер 8 {v}} = » 2430 «` «кДж / кг» = «2430» `» Дж / г «} {}. Это дает

мт = 120 Дж / с 2430 Дж / г = 0.0494 г / с = 2,96 г / мин mt = 120 Дж / с 2430 Дж / г = 0,0494 г / с = 2,96 г / мин. размер 12 {{{m} больше {t}} = {{«120″ `» Дж / с «} больше {» 2430 «` «» Дж / г «}} = 0″. » «044» `» g / s «= 2″. » «96» `» г / мин «} {}

14,42

Обсуждение

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

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

Рис. 14.20 Кучевые облака создаются водяным паром, поднимающимся из-за конвекции. Возникновение облаков происходит за счет механизма положительной обратной связи.(кредит: Майк Лав)

Рис. 14.21 Конвекция, сопровождающаяся фазовым переходом, высвобождает энергию, необходимую для того, чтобы загнать этот грозовой удар в стратосферу. (кредит: Херардо Гарсиа Моретти)

Рис. 14.22 Фазовое изменение, которое происходит при таянии этого айсберга, связано с огромной теплопередачей. (кредит: Доминик Алвес)

Движение айсбергов — 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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *