Теплообмен - виды, способы, сущность процесса, примеры

Теплопроводность

В большинстве случаев виды теплообмена тесно связаны и проходят одновременно. Конвекция всегда дополняется теплопроводностью, так как при движении объема среды всегда имеется взаимодействие частиц с разными температурами. Такой процесс имеет название конвективного теплообмена.

Примером такого типа теплообмена является остывание горячего чая, налитого в холодную металлическую кружку. Отдача тепла может сопровождаться его излучением, тогда в переносе теплоты участвуют все три вида: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Рассмотрим более подробно теплопроводность.

Этот вид теплообмена присущ твердым телам, но присутствует так же в жидкостях и газах. В твердых телах теплопроводность является основным видом теплообмена и напрямую зависима от природы вещества, его плотности, химического состава, влажности, температуры.

Разные тела и вещества имеют разную теплопроводность. Количественным показателем теплопроводности служит коэффициент теплопроводности, он обозначается буквой λ (лямбда). Чем выше плотность, влажность и температура тела, тем больше λ.

Проведение тепла происходит за счет взаимодействий между частицами. Конечной целью процесса будет выравнивание внутренней температуры по всему телу. Теплопроводность жидкостей меньше, чем у твердых тел, у газов – меньше, чем у жидкостей. Причиной является большое расстояние между молекулами в жидкостях, особенно в газах.

Низкая теплопроводность воздуха издавна используется при изготовлении двойных оконных рам. Теплопроводность воздуха гораздо ниже теплопроводности стекла. Воздушная прослойка межу стеклами защищает от зимней стужи.

Плохая теплопроводность, появившаяся в процессе эволюции в качестве защиты от критических температур, у живых организмов. Шерсть, пух, волосы, жир обладают очень низкой теплопроводностью. Именно поэтому мы не мерзнем зимой в теплых носках, песцы могут спать на снегу, а моржи выживают в условиях Арктики за счет жировой прослойки.

В таблице приведены примеры материалов, веществ и сред с наименьшей и наибольшей теплопроводностью.

Таблица 1

Исходя из данных, приведенных в таблице, можно сделать некоторые выводы:

В вакууме тепло не проводится. Передача тепла в вакууме может происходить с помощью излучения. Таким способом тепло Солнца доходит до нашей планеты.

Материал с наивысшей теплопроводностью называется графен, который активно используется в наноэлектронике.

Металлы тоже достаточно теплопроводные. Известно, как быстро нагревается металлическая ложка в горячем супе.

Строительные материалы обладают низкой теплопроводностью, что и обуславливает их использование для возведения теплых и надежных жилищ.

С понятием теплопроводности тесно связано понятие теплоемкости.

Теплоемкостью называют количество тепла, которое поглотило тело (вещество), чтобы его температура повысилась на 1 градус. Действительно, для повышения температуры металлического стержня на 1 градус, необходимо, чтобы он обладал теплопроводностью для равномерного нагревания всего объёма.

Знания о теплопроводности веществ и материалов необходимы в строительстве, промышленности, быту. Степень теплопроводности материала обуславливает его применение в той или иной сфере. Разработка и поиск новых веществ с уникальными теплоизоляционными свойствами – важнейшая задача современной науки.

Примеры передачи тепловой энергии

Самым большим примером передачи тепла является солнце, которое согревает планету Земля и все, что на ней находится. В повседневной жизни можно встретить массу подобных вариантов, только в гораздо менее глобальном смысле. Итак, какие же примеры теплопередачи можно наблюдать в быту?

Вот некоторые из них:

Газовая или электрическая плита и, например, сковорода для жарки яиц.
Автомобильные виды топлива, такие как бензин, являются источниками тепловой энергии для двигателя.
Включенный тостер превращает кусок хлеба в тост. Это связано с лучистой тепловой энергией тоста, который вытягивает влагу из хлеба и делает его хрустящим.
Горячая чашка дымящегося какао согревает руки.
Любое пламя, начиная от спичечного пламени и заканчивая массивными лесными пожарами.
Когда лед помещают в стакан с водой, тепловая энергия из воды его плавит, то есть сама вода является источником энергии.

Излучение

Когда вы сидите перед костром, вас согревает исходящее от него тепло. То же самое происходит, если поднести ладонь к горящей лампочке, не дотрагиваясь до нее. Вы тоже почувствуете тепло. Самые крупные примеры теплопередачи в быту и природе возглавляет солнечная энергия. Каждый день тепло солнца проходит через 146 млн. км пустого пространства вплоть до самой Земли. Это движущая сила для всех форм и систем жизни, которые существуют на нашей планете сегодня. Без этого способа передачи мы были бы в большой беде, и мир был бы совсем не тот, каким мы его знаем.

Излучение — это передача тепла с помощью электромагнитных волн, будь то радиоволны, инфракрасные, рентгеновские лучи или даже видимый свет. Все объекты излучают и поглощают лучистую энергию, включая самого человека, однако не все предметы и вещества справляются с этой задачей одинаково хорошо. Примеры теплопередачи в быту можно рассмотреть при помощи обычной антенны. Как правило, то, что хорошо излучает, также хорошо и поглощает. Что касается Земли, то она принимает энергию от солнца, а затем отдает ее обратно в космос. Эта энергия излучения называется земной радиацией, и это то, что делает возможной саму жизнь на планете.

Закон охлаждения Ньютона и коэффициенты

Чаще всего жидкости и газы нагреваются или охлаждаются, соприкасаясь с поверхностью различных твердых объектов. Такой процесс обмена теплом называют теплоотдачей, а поверхность, переносящая тепло, получила наименование «поверхность теплообмена» или «теплоотдающая».

Рассчитать скорость теплоотдачи можно с помощью эмпирического уравнения теплоотдачи, основанного на законе охлаждения Ньютона. Если процесс установился, то уравнение выглядит следующим образом: Q = α*F*(tж — tст)*τ, где:

Q — поток тепла;
α — коэффициент теплоотдачи, показывающий, сколько теплоты получает или отдаёт теплоноситель 1 м² в некий отрезок времени, если температурная разница между составляющими равна 1 °C (эта величина даёт характеристику скорости передвижения тепла в теплоносителе, она зависит от режима перемещения, физических свойств теплоносителя, геометрии каналов, состояния поверхности, отдающей энергию);
F — теплоотдающая поверхность;
tж — температура вещества;
tст — температура стенки;
τ — время.

При рассмотрении процесса теплопередачи в твёрдой стенке обязательным условием является разница между температурами поверхностей. Она образует тепловой поток, который направлен от плоскости с наиболее высокой температурой к поверхности с меньшим подобным показателем. Если процесс установился, то закон Фурье принимает вид: Q = λ*F*(t’ст — t»ст)/δ, где:

Q — тепловой поток;
λ — коэффициент теплопроводности, показывающий, сколько тепла проходит за временную единицу через некий отрезок теплоотдающей поверхности, если температура опускается на 1 °C на единицу длины нормали по отношению к изотермической поверхности (это физическая характеристика, которая определяет способность вещества к теплопроводности, зависящая от его природы, структуры и иных показателей);
F — поверхность стенки;
t’ст — t»ст — температурная разница между поверхностями стенки;
δ — толщина стенки.

Зачастую для решения задач по физике необходимо сделать расчёт теплопередачи по формулам, подходящим для различных видов процесса. Такая разница объясняется разными физическими характеристиками веществ, а также особенностями методов передачи теплоты.

Теплопередача в термосе

Для предотвращения таяния льда, мороженого, сохранения горячей пищи и воды пользуются термосом. Колба термоса — очень полезное изобретение, почти полностью исключающее теплопроводность, конвекцию и излучение. Она состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками и пробки. Из пространства между стенками выкачивается воздух и создается вакуум. Внутренние поверхности стенок, между которыми создан вакуум, до зеркального блеска посеребрены для уменьшения потерь тепловой энергии через излучение. Причем внутренняя стенка — плохой излучатель, а внешняя — плохой поглотитель энергии.

Устройство термоса

Безвоздушное пространство между стенками не может передавать тепловую энергию ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Важна роль пробки 2. Она предотвращает передачу тепла, устанавливающегося над поверхностью жидкости, помещенной в колбу термоса, или наоборот — извне в данный объем.

Чтобы защитить хрупкое стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр 4. Сверху футляра навинчивают колпачок 1.

Передача тепловой энергии — это двусторонний процесс, и колба термоса используется для сохранения как холодных, так и горячих веществ.

Читайте наши темы по физике:

Излучение

Излучение — электромагнитное излучение, испускаемое за счет внутренней энергии веществом, находящимся при определенной температуре.
Мощность теплового излучения объекта, удовлетворяющего критериям абсолютно черного тела, описывается законом Стефана — Больцмана.
Отношение излучательной и поглощательной способностей тел описывается законом излучения Кирхгофа.
Передача энергии излучением отличается от других видов теплопередачи: она может осуществляться в полном вакууме.
Излучают энергию все тела: и сильно нагретые, и слабо, например тело человека, печь, электрическая лампочка и др. Но чем выше температура тела, тем больше энергии передает оно путем излучения. При этом энергия частично поглощается этими телами, а частично отражается. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.
Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность. В то же время тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой поверхностью. Например, в светлом чайнике горячая вода дольше сохраняет высокую температуру, чем в темном.

Другие заметки по физике

Конвекция в природе

Яркий пример конвекции в природе — это ветер. Наша атмосфера по всей Земле прогревается неодинаково. Из-за разного нагрева воздуха в жарких тропиках и полярных областях возникает мощное конвекционное движение воздуха — образуются ветра.

Пассаты — ветра, дующие от субтропических областей с экватору — частично образуются из-за неравномерного нагревания земной поверхности. Из-за вращения Земли, потоки воздуха отклоняются от меридиана (рисунок 8). Поэтому в Северном полушарии пассаты движутся в северо-восточном направлении, а в Южном — в юго-восточном направлении.

Рисунок 8. Циркуляция атмосферы

Ветра способствуют образования течений. Верхние слои воды (поверхностное течение) движутся в направлении постоянно дующего ветра (рисунок 9). Так, теплые и холодные течения — пример вынужденной конвекции.

Рисунок 9. Океанические течения

Ветер на берегах морей — бриз — также образуется за счет конвекции (рисунок 10).

Рисунок 10. Дневной и ночной бризы

В теплое время года суша днем прогревается сильнее, чем море. Нагретые слои воздуха поднимаются вверх. Их давление становится меньше давления более холодного воздуха. Так, днем воздух дует с моря (дневной бриз), потому что прохладный воздух замещает собой теплый. Ночью все происходит наоборот — вода в море остывает медленнее, чем поверхность суши. Ветер дует с суши на море — образуется ночной бриз.

Проект «Угол падения солнечного луча и степень нагрева материала»

Всем известно, что средняя температура повышается по мере приближения к экватору. Однако многие люди не понимают, почему именно это происходит. Есть несколько причин, почему экваториальный регион отличается более тёплым климатом. Одна из главных причин этого феномена – это угол солнечного излучения. В этом опыте ученики будут тестировать влияние угла света на температуру. Ребёнок сможет определить, способен ли данный фактор объяснить глобальные различия климата.

Цель проекта – определить, как угол светового излучения меняет температуру.

Что нам понадобится:

3 термометра;
чёрная плотная бумага;
рулетка или метровая линейка;
транспортир;
ножницы;
книги или другие предметы;
секундомер или таймер.

Ход эксперимента:

Выскажите гипотезу. Как вы думаете, влияет ли угол падения солнечных лучей на поверхность Земли на температурные изменения? Почему?
Подготовьтесь. Отрежьте несколько одинаковых прямоугольных кусочков чёрной плотной бумаги (около 5Х10 см каждый). Оберните каждый термометр кусочком чёрной бумаги наполовину и расположите в нужных местах. Установите лампу так, чтобы источник света находился на высоте 40 см от стола. Убедитесь, что свет направлен прямо вниз.
Перед тем, как включить лампу, разместите три термометра под ней. Первый термометр должен располагаться на ровной поверхности стола (горизонтально). Второй – под углом 45 градусов (установите его в таком положении при помощи книг). Используйте транспортир, чтобы определить точный угол. Третий расположите под углом 90 градусов.
Когда термометры размещены должным образом, убедитесь, что вы можете легко рассмотреть температуру на каждом из них. Вы не должны прикасаться к ним во время опыта, поэтому изначально расположите их правильно. Запишите начальный температурный показатель каждого термометра и внесите данные в таблицу.
Включите лампу и таймер. Каждую минуту записывайте температуру

Обращайте внимание на все три термометра. Продолжайте эксперимент на протяжении 30 минут

Заполните таблицу.
Используя результаты, постройте график с тремя линиями. На оси X укажите время, а на оси Y – температуру. Сравните полученные результаты со своими предположениями. Повлиял ли угол на температуру? Как это связано с разницей температуры на поверхности Земли?

Конвекция

Конвекция — это процесс теплопередачи, осуществляемый путем переноса энергии потоками жидкости или газа.Пример явления конвекции: небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться. Это явление можно объяснить таким образом. Воздух, соприкасаясь с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, которая действует на теплый воздух. В результате нагретый воздух «всплывает», поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.При конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.Различают два вида конвекции:

естественная (или свободная)

Для того, чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу.Конвекция в твердых телах происходить не может.

Презентация на тему: ” ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ Это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее.” — Транскрипт:

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части. Само вещество не перемещается вдоль тела- переносится лишь энергия.

Механизм теплопроводности Амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки в точке А меньше, чем в точке В. Вследствие взаимодействия атомов друг с другом амплитуда колебаний атомов, находящихся рядом с точкой В, возрастает.

Теплопроводность веществ Металлы обладают хорошей теплопроводностью Меньшей – обладают жидкости Газы плохо проводят тепло

Хорошая теплопроводность металлов приносит пользу в быту.

Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом.

Снег предохраняет озимые посевы от вымерзания.

В быту используется плохая теплопроводность: ручки чайников, подносы, посуда из закаленного стекла.

КОНВЕКЦИЯ

Это перенос тепла струями жидкости или газа. Конвекция в твердых телах и вакууме происходить не может

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

Механизм конвекции в жидкостях А – жидкость нагревается и вследствие уменьшения ее плотности, движется вверх. В – нагретая жидкость поднимается вверх. С – на место поднявшейся жидкости приходит холодная, процесс повторяется.

В результате конвекции в атмосфере образуются ветры у моря – это дневные и ночные бризы. КОНВЕКЦИЯ

охлаждается корпус космического корабля, обеспечивается водяное охлаждение двигателей внутреннего сгорания.

Солнце нагревает Землю, моря, океаны. Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность, ни конвекция! Почему?

Как передаётся тепло от костра человеку, ведь теплопроводность воздуха мала, а конвекционные потоки направлены вверх?

передача энергии с помощью тепловых (инфракрасных) лучей.

Механизм излучения Нагретые тела излучают электромагнитные волны в различных диапазонах. Излучение может распространяться и в вакууме

Около 50% энергии излучаемой Солнцем является лучистой энергией, эта энергия – источник жизни на Земле.

Темные тела лучше поглощают излучение и быстрее нагреваются, чем светлые. Темные тела быстрее охлаждаются ИЗЛУЧЕНИЕ

В быту широко используют электрические обогреватели. ИЗЛУЧЕНИЕ

сушка и нагрев материалов, приборы ночного видения ( бинокли, оптические прицелы), создание системы самонаведения на цель снарядов и ракет. Применение в технике

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОНВЕКЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЕ

Придумайте опыт по рисунку. Объясните наблюдаемое явление. Какой из воробьёв изображён летом, а какой- зимой?

Где и почему именно там размещают батареи в помещениях?

Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

Какой из чайников быстрее остынет?

Зачем самолёты красят серебряной краской?

Почему в одинаковых условиях металл на морозе кажется холоднее дерева и горячее – при нагреве? В какой обуви больше мёрзнут ноги зимой: в просторной или тесной? Объясните. t0Ct0C ρвρв 40С40С Почему водоёмы зимой не промерзают до дна? Попробуйте ответить, используя график изменения плотности воды с температурой. Зачем жители Средней Азии в жару носят ватные халаты и папахи? Деревянная ложка в стакане с горячей водой нагревается меньше, чем металлическая. Почему? В каком чайнике скорее нагреется вода: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь? (Чайники одинаковые)

Как образуются бризы? День Ночь Наблюдаются ли конвективные потоки у поверхности Луны? Марса? Что теплее: земля или воды океана? Днем? Ночью?

В какой одежде менее жарко летом: в белой или тёмной? Каким способом нагревается вода в ведре? А сами туристы? Как змея обнаруживает свою добычу?

Какие виды теплопередачи устраняет пробка? Вакуум? Зеркало? Зеркало Вакуум Пробка

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. В твёрдых телах теплопередача может осуществляться путём

1) конвекции
2) излучения и конвекции
3) теплопроводности
4) конвекции и теплопроводности

2. Теплопередача путём конвекции может происходить

1) только в газах
2) только в жидкостях
3) только в газах и жидкостях
4) в газах, жидкостях и твёрдых телах

3. Каким способом можно осуществить теплопередачу между телами, разделёнными безвоздушным пространством?

1) только с помощью теплопроводности
2) только с помощью конвекции
3) только с помощью излучения
4) всеми тремя способами

4. Благодаря каким видам теплопередачи в ясный летний день нагревается вода в водоёмах?

1) только теплопроводность
2) только конвекция
3) излучение и теплопроводность
4) конвекция и теплопроводность

5. Какой вид теплопередачи не сопровождается переносом вещества?

1) только теплопроводность
2) только конвекция
3) только излучение
4) только теплопроводность и излучение

6. Какой(-ие) из видов теплопередачи сопровождается(-ются) переносом вещества?

1) только теплопроводность
2) конвекция и теплопроводность
3) излучение и теплопроводность
4) только конвекция

7. В таблице приведены значения коэффициента, который характеризует скорость процесса теплопроводности вещества, для некоторых строительных материалов.

В условиях холодной зимы наименьшего дополнительного утепления при равной толщине стен требует дом из

1) газобетона
2) железобетона
3) силикатного кирпича
4) дерева

8. Стоящие на столе металлическую и пластмассовую кружки одинаковой вместимости одновременно заполнили горячей водой одинаковой температуры. В какой кружке быстрее остынет вода?

1) в металлической
2) в пластмассовой
3) одновременно
4) скорость остывания воды зависит от её температуры

9. Открытый сосуд заполнен водой. На каком рисунке правильно изображено направление конвекционных потоков при приведённой схеме нагревания?

10. Воду равной массы нагрели до одинаковой температуры и налили в две кастрюли, которые закрыли крышками и поставили в холодное место. Кастрюли совершенно одинаковы, кроме цвета внешней поверхности: одна из них чёрная, другая блестящая. Что произойдёт с температурой воды в кастрюлях через некоторое время, пока вода не остыла окончательно?

1) Температура воды не изменится ни в той, ни в другой кастрюле.
2) Температура воды понизится и в той, и в другой кастрюле на одно и то же число градусов.
3) Температура воды в блестящей кастрюле станет ниже, чем в чёрной.
4) Температура воды в чёрной кастрюле станет ниже, чем в блестящей.

11. Учитель провёл следующий опыт. Раскалённая плитка (1) размещалась напротив полой цилиндрической закрытой коробки (2), соединённой резиновой трубкой с коленом U-образного манометра (3). Первоначально жидкость в коленах находилась на одном уровне. Через некоторое время уровни жидкости в манометре изменились (см. рисунок).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт излучения.
2) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт конвекции.
3) В процессе передачи энергии давление воздуха в коробке увеличивалось.
4) Поверхности чёрного матового цвета по сравнению со светлыми блестящими поверхностями лучше поглощают энергию.
5) Разность уровней жидкости в коленах манометра зависит от температуры плитки.

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Внутреннюю энергию тела можно изменить только в процессе теплопередачи.
2) Внутренняя энергия тела равна сумме кинетической энергии движения молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия.
3) В процессе теплопроводности осуществляется передача энергии от одних частей тела к другим.
4) Нагревание воздуха в комнате от батарей парового отопления происходит, главным образом, благодаря излучению.
5) Стекло обладает лучшей теплопроводностью, чем металл.

Описание конвекции

Конвекция является ещё одним способом передачи теплоты. Её сущность заключается в переносе внутренней энергии слоями жидких или газообразных веществ.

Поскольку конвекция происходит только при перемещении веществ, осуществляться такой процесс может лишь в жидкостях и газах. Известно, что физические тела в этих двух состояниях плохо проводят тепло, но благодаря концекции их всё же можно нагреть. Эффективное применение этого процесса можно наблюдать в холодное время года, когда в помещениях, оборудованных батареями парового отопления, воздух согревается. Этот тип теплопередачи можно наблюдать при проведении простого опыта:

На дно наполненной водой колбы аккуратно опускают кристалл марганцовокислого калия.
Ёмкость нагревают в том месте, где лежит соль марганцовой кислоты.
Через некоторое время со дна начинают подниматься окрашенные струи воды.
Поднявшись в верхние слои, струи опускаются.

Подобным образом происходит передача теплоты и в газах. Так, если бумажную вертушку размещают над источником тепла, то она начинает вращаться. Лопасти объекта приходят в движение потому, что наименее плотные слои нагретого воздуха поднимаются из-за воздействия на них выталкивающей силы, в то же время холодные слои опускаются, занимая место тёплых. Это передвижение воздуха заставляет вертушку вращаться.

Проект «Теплопроводность воды. Нелопающийся шар»

Зовём всех научных детективов! Нужно раскрыть тайну. Сцена следующая: два шарика, оба находятся над пламенем, но реагируют по-разному. Как такое может быть? Постарайтесь провести эксперимент и посмотреть, сможете ли вы раскрыть тайну нелопающегося шарика?

Этот удивительный эксперимент показывает на реальном примере, что такое теплопередача, а также поможет не только углубить понимание важнейших научных понятий, но и даст возможность понаблюдать и проявить дедуктивные способности при решении сложной задачи. Ваши юные детективы будут заинтригованы.

Что нам понадобится:

зажигалка или свечка;
спички;
2 средних или крупных надувных шарика;
вода (столько, сколько понадобится для заполнения шариков);
2 пары защитных очков (одни для вас, другие для ребёнка).

Ход эксперимента:

Предостережение! Этот проект требует использования открытого огня. Используйте защитные очки. Эксперимент должен проводиться под присмотром взрослых!
Надуйте один шарик и дайте ребёнку

Пусть осторожно держит его подальше от себя.
Зажгите свечку или зажигалку и приблизьте пламя к шарику, но не слишком близко (пламя не должно касаться его). Наблюдайте, что произойдёт.
Пусть ребёнок наполнит второй шарик холодной водой, пока он не достигнет размера грейпфрута.
Осторожно наполните шарик небольшим количеством воздуха.
Пока ребёнок держит шарик, наполненный водой, повторите шаг 3

Что произошло на этот раз? Что вы видите на поверхности шарика?
Пришло время раскрыть тайну! Спросите ребёнка, почему первый шар лопнул, а второй нет. Постарайтесь найти ключи и объединить их. Это поможет найти ответ. Например, вы можете понаблюдать, как первый шарик начинает таять и/или перенимать огонь, прежде чем лопнуть. В то время, как второй всего лишь начал обугливаться. Как вы думаете, почему это происходит? Если ваш ребёнок задействует свои дедуктивные способности, он поймёт, что второй шарик не лопнул, потому что вода начала нагреваться. Вы почти нашли разгадку!

Вывод:

Разгадка тайны нелопающегося шарика связана с тем, как происходит передача тепла. Когда что-то горячее (пламя) контактирует с чем-то холодным (шарик), тепловая энергия передаётся или происходит теплообмен.

Что это значит в нашем случае с двумя шариками? В первом эксперименте шарик поглотил всю интенсивность тепла пламени, потому что воздух внутри шарика оказывал незначительное влияние на передачу тепловой энергии. Поскольку шарик не мог выдержать интенсивного тепла, он начал таять, а затем буквально разрушился.

Почему во втором эксперименте вы получили совершенно иные результаты? Теплопроводность воды и воздуха разная. По сравнению с воздухом, вода довольно хорошо поглощает энергию тепла. Иными словами, вода обладает более высокой теплопроводимостью. Когда вы удерживали пламя вблизи шарика, вода внутри поглотила часть тепловой энергии. В первом эксперименте тепло не могло найти иного пути и проникло в шарик. Однако в данном случае тепло проникло внутрь и подействовало на воду. При этом интенсивность тепла, воздействующего на шарик, снизилась. Структурная целостность шарика осталась прежней, поскольку резина не получила достаточное количество тепла. Элементарно, мой дорогой Ватсон!

А что представляет собой эта черная субстанция, образовавшаяся на поверхности второго шарика? Это был углерод, который является побочным продуктом горения или сгорания. То же самое происходит, когда горит дерево в камине.

Теплопередача для обогрева жилища

Для обогрева жилища используют домашний радиатор. Металл, из которого изготовлен радиатор, — хороший проводник, и поэтому благодаря теплопроводности тепло быстро передается от металла в окружающий воздух.

Передача энергии от теплой воды в радиаторе к воздуху в комнате осуществляется за счет теплопроводности, а распределение энергии и прогревание воздуха в помещении — за счет конвекции.

Явление конвекции учитывается в системе центрального водяного отопления помещений. Горячая вода с теплоэлектроцентрали подается в расширительный бак, расположенный на чердаке здания. Из бака но системе труб вода поступает в отопительные радиаторы. Здесь вода отдает свою энергию воздуху в помещении и опускается вниз, где поступает в котел, нагревается в нем и снова поднимается вверх.

В последнее время в целях экономии топлива большое внимание уделяется тепловой изоляции домов. В качестве изоляционного материала используют пористые стенки

Стены заполняются таким веществом, как пластмассовая пена, в которой имеются маленькие пузырьки воздуха. В этом случае отсутствует конвекция и улучшается теплоизоляция.

Двойные рамы в окне также улучшают теплоизоляцию. Между двумя стеклами содержится слой воздуха, который является хорошим теплоизолятором.

На крышах домов размещается теплоизолирующий материал в виде гранул или волокон для предотвращения потерь тепловой энергии путем теплопроводности.

Охлаждающие устройства помещаются так, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Морозильная камера в холодильнике помещена сверху. В этом случае холодный воздух опускается ко дну, а теплый воздух наверху постоянно охлаждается. Аналогично располагают кондиционеры, вентиляторы, форточки.

Понятие конвекции

Конвекция – это процесс переноса тепла с помощью потоков воздуха по всему внутреннему пространству духовки. Она представляет собой сложный процесс, когда теплые и холодные воздушные потоки меняются местами, постепенно перемешиваясь между собой и создавая вихрь горячего воздуха. В результате температура внутри духовки становится одинаковой по всему объему закрытого пространства, а обдув горячего воздуха позволяет продукту прогреваться равномерно со всех сторон.

Готовьте свои любимые блюда с удовольствием

Большая часть духовых шкафов оснащена вентилятором на задней стенке

Раньше, когда в газовых духовках не было режима конвекции, противень сначала ставили на нижний уровень, а затем поднимали как можно выше, чтобы еда не пригорала, или же подкладывали кирпичи. Но так как конвекция обычно происходит естественным образом и воздух циркулирует настолько медленно, что это не дает никакого результата, то до того момента, пока вся температура внутри духовки не достигнет одинаковых показателей, пройдет достаточно много времени и часть выпечки уже пригорит, а часть еще будет оставаться сырой.

Вентилятор на задней стенке духовки

Но в наше время достаточно иметь духовку с режимом принудительной конвекции, и мы получим равномерно приготовленные со всех сторон блюда, которые не будут мокрыми или слишком пересушенными. Мало того, при конвекционном режиме допускается одновременное приготовление в одной духовке сразу нескольких противней, то есть можно готовить сразу несколько блюд. Это мечта каждой хозяйки!

Принудительная конвекция

Чтобы добиться равномерного пропекания блюда, многие используют старый и проверенный способ: переставляют противень с одного уровня на другой. Другие заворачивают блюдо в фольгу, или ставят емкость с водой.

Другие заворачивают блюдо в фольгу, или ставят емкость с водой.

Обычно такие манипуляции проводятся в простых газовых плитах старого образца (без гриля и режима разморозки), в которых есть только нижний нагревательный элемент. Однако, как показывает опыт, проблему подгорания и неравномерного прогревания не решает и установка верхнего нагревательного прибора. Попробуем разобраться, почему такое происходит.

Чтобы добиться равномерного пропекания блюда, многие используют старый и проверенный способ: переставляют противень с одного уровня на другой.

Стоит отметить, что естественная конвекция в духовке – процесс достаточно медленный. Пока потоки теплого и холодного воздуха перемещаются блюдо успевает подгореть по причине точечного воздействия. Кроме этого, на равномерность влияет еще ряд факторов: степень герметичности духовки и ширина противня.

Стоит отметить, что естественная конвекция в духовке – процесс достаточно медленный.

Наконец, не последнюю роль играют и размеры блюда, помещенного в духовку. Так, большие куски мяса или птица целиком не успевают прогреться внутри, а сверху подгорают, так как расположены близко к нагревательным элементам.

Наконец, не последнюю роль играют и размеры блюда, помещенного в духовку.

Проблему можно решить с помощью принудительной конвекции. Наладить процесс достаточно просто: в духовку помещают конвектор (или вентилятор), который помогает воздушным массам разной температуры смешиваться быстрее.

Проблему можно решить с помощью принудительной конвекции.

Постоянное движение потоков воздуха не только обеспечивает равномерную температуру, но и снижает точечное воздействие нагревателя. А, значит, и внутри, и снаружи блюдо прогревается равномерно.

Наладить процесс достаточно просто: в духовку помещают конвектор (или вентилятор), который помогает воздушным массам разной температуры смешиваться быстрее.

Еще одно преимущество принудительной конвекции в том, что благодаря ей появляется возможность готовить несколько блюд одновременно на разных уровнях, не боясь, что они подгорят, или, наоборот, останутся непропеченными.

Еще одно преимущество принудительной конвекции в том, что благодаря ей появляется возможность готовить несколько блюд одновременно на разных уровнях, не боясь

Слайд 10КонвекцияЭто способ передачи тепла (энергии) струями жидкости или газа. Например, от

горячей батареи нагревается воздух около нее, он становится легче и поднимается наверх, а холодный воздух опускается вниз. Следующая партия воздуха нагревается и поднимается вверх, а более холодный воздух опускается вниз. Так постепенно происходит передача тепла от батареи ко всему воздуху в комнате. Если чайник с водой поставить на плиту, то внизу вода нагреется, станет легче и теплая вода поднимется наверх, а холодная вода опуститься вниз, т.к. она более тяжелая. Данное физическое явление могло бы наблюдаться в термосе, если бы горло колбы не закрывалось специальной пробкой, которая препятствует передаче тепла от жидкости в воздух.

Слайд 16ВЫВОДВ ходе своей работы: я узнал — историю появления термоса, выяснил

— устройство этого изделия, понял — суть протекающих в нём физических явлений. Это позволило мне сконструировать модель термоса. Главное, что требовалось при моделировании – это уменьшить теплопроводность колбы. Я решил эту проблему, используя в модели различные пористые материалы. Мой эксперимент по использованию самодельного термоса в домашних условиях можно считать удачным. Он доказал, что изготовление термоса в домашних условиях реально и выполнимо. Это значит, что гипотеза подтвердилась. Я уверенно говорю, что знания физических закономерностей помогает человеку жить и творить.