Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение

Введение

Не следует путать с термическим сопротивлением.

Теплопрово́дность — это перенос тепловой энергии структурными частицами вещества (молекулами, атомами, ионами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Численная характеристика теплопроводности материала равна количеству теплоты, проходящей через материал толщиной 1 м и площадью 1 кв.м за единицу времени (секунду) при разности температур на двух противоположных поверхностях в 1 К. Данная численная характеристика используется для расчета теплопроводности для калибрования и охлаждения профильных изделий.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

Комментарий к комментарию

На сайте Претич повторена, с комментарием В.М. Бродянского, публикация А.В. Шубникова ПАРАДОКСЫ ФИЗИКИ, впервые напечатанная в журнале «Наука и жизнь» № 6, 1936 г. В преамбуле и в комментарии подчеркивается связь описываемого в статье опыта Крапивина с фундаментальным законом природы – вторым началом термодинамики, «непонимание или неточная трактовка которого до сих пор порождает невероятное количество ошибок».

Опыт состоит в пропускании водяного пара с температурой 1000 через насыщенный раствор соли в воде, который при этом нагревается до 1100. Заявленная цель статьи состоит в разъяснении того, что опыт не противоречит второму началу термодинамики. Как указывает автор, «при конденсации пара выделяется тепло (540 кал/г), которое и будет нагревать раствор далее, пока не будет достигнута температура в 110°», и далее: «…разумеется, что сказанное не может иметь приложения к нагреванию парами воды таких жидкостей, которые с водой не дают растворов» (курсив мой – А.Ш.)

В. Бродянский в своем комментарии отмечает, что в статье не раскрыты важные детали кажущегося парадокса, и указывает: «вопрос … заслуживает того, чтобы в нем разобраться … с особой тщательностью, поскольку в такого рода задачах любая самая маленькая неточность может привести к большим ошибкам».

Далее он предлагает свое толкование, где говорится: «…здесь происходит не просто нагрев, а смешение водяного пара с соленой водой … в этом … вся «соль» вопроса … соль, смешиваясь с водой, «отдает свой долг» — то тепло, которое было затрачено на ее отделение от воды при добыче из раствора».

В дальнейшем тексте авторов статьи и комментария именую «Ш.» и «Б.».

В статье Ш., действительно, кое-чего недостает для полноты объяснения, но все его утверждения совершенно справедливы, а формулировки точны. В комментарии Б., претендующем на более полное разъяснение парадокса, есть удачные дидактические находки (видоизмененный вариант эксперимента), но главные пробелы статьи Ш. им не только не заполнены, но и внесена дополнительная неточность. Совершенно правильному указанию Ш. на источник тепла для перегрева – теплоту конденсации водяного пара, Б. противопоставляет неверное утверждение, что таким источником является теплота растворения соли. Может быть, он хотел сказать нечто другое, но из текста следует именно это.

Но вопрос об источнике тепла вообще не имеет отношения к парадоксу: он проясняет соблюдение первого начала термодинамики, парадокс же состоит в кажущемся нарушении второго начала.

Здесь все дело, действительно, в смешении – в этом Б. совершенно прав, хотя и Ш. упоминает о том же (см. выделенный курсивом фрагмент цитаты). Но оба автора не указывают главного: при растворении соли в воде возрастает энтропия. В этом (а не в количестве тепла) и состоит «отдача долга»: при отделении соли от воды их суммарная энтропия уменьшилась (разумеется, за счет ее увеличения в технологическом процессе выпаривания в целом). Этого-то уточнения и недостает как в статье, так и в комментарии.

Энтропия относится к числу понятий, плохо освоенных большинством изучавших ее в курсах физики или термодинамики. Традиционное введение энтропии через цикл Карно – главная причина непонимания. Связывать ее с этим циклом можно лишь после основательного знакомства на более простом примере. Поэтому прилагаю презентацию с популярным разъяснением, не претендующим на новизну. Также прилагаю начало учебного пособия по химической термодинамике. В ближайшем будущем оно будет выложено полностью.

Александр Борисович Шур 11.03.2008

Коэффициент теплопроводности материалов.

Ниже в таблице приведены значения коэффициента теплопроводности для некоторых материалов применяемых в строительстве.

Материал	Коэфф. тепл. Вт/(м2*К)
Алебастровые плиты	0,470
Алюминий	230,0
Асбест (шифер)	0,350
Асбест волокнистый	0,150
Асбестоцемент	1,760
Асбоцементные плиты	0,350
Асфальт	0,720
Асфальт в полах	0,800
Бакелит	0,230
Бетон на каменном щебне	1,300
Бетон на песке	0,700
Бетон пористый	1,400
Бетон сплошной	1,750
Бетон термоизоляционный	0,180
Битум	0,470
Бумага	0,140
Вата минеральная легкая	0,045
Вата минеральная тяжелая	0,055
Вата хлопковая	0,055
Вермикулитовые листы	0,100
Войлок шерстяной	0,045
Гипс строительный	0,350
Глинозем	2,330
Гравий (наполнитель)	0,930
Гранит, базальт	3,500
Грунт 10% воды	1,750
Грунт 20% воды	2,100
Грунт песчаный	1,160
Грунт сухой	0,400
Грунт утрамбованный	1,050
Гудрон	0,300
Древесина — доски	0,150
Древесина — фанера	0,150
Древесина твердых пород	0,200
Древесно-стружечная плита ДСП	0,200
Дюралюминий	160,0
Железобетон	1,700
Зола древесная	0,150
Известняк	1,700
Известь-песок раствор	0,870
Ипорка (вспененная смола)	0,038
Камень	1,400
Картон строительный многослойный	0,130
Каучук вспененный	0,030
Каучук натуральный	0,042
Каучук фторированный	0,055
Керамзитобетон	0,200
Кирпич кремнеземный	0,150
Кирпич пустотелый	0,440
Кирпич силикатный	0,810
Кирпич сплошной	0,670
Кирпич шлаковый	0,580
Кремнезистые плиты	0,070
Латунь	110,0
Лед 0°С	2,210
Лед -20°С	2,440
Липа, береза, клен, дуб (15% влажности)	0,150
Медь	380,0
Мипора	0,085
Опилки — засыпка	0,095
Опилки древесные сухие	0,065
ПВХ	0,190
Пенобетон	0,300
Пенопласт ПС-1	0,037
Пенопласт ПС-4	0,040
Пенопласт ПХВ-1	0,050
Пенопласт резопен ФРП	0,045
Пенополистирол ПС-Б	0,040
Пенополистирол ПС-БС	0,040
Пенополиуретановые листы	0,035
Пенополиуретановые панели	0,025
Пеностекло легкое	0,060
Пеностекло тяжелое	0,080
Пергамин	0,170
Перлит	0,050
Перлито-цементные плиты	0,080
Песок 0% влажности	0,330
Песок 10% влажности	0,970
Песок 20% влажности	1,330
Песчаник обожженный	1,500
Плитка облицовочная	1,050
Плитка термоизоляционная ПМТБ-2	0,036
Полистирол	0,082
Поролон	0,040
Портландцемент раствор	0,470
Пробковая плита	0,043
Пробковые листы легкие	0,035
Пробковые листы тяжелые	0,050
Резина	0,150
Рубероид	0,170
Сланец	2,100
Снег	1,500
Сосна обыкновенная, ель, пихта (450…550 кг/куб.м, 15% влажности)	0,150
Сосна смолистая (600…750 кг/куб.м, 15% влажности)	0,230
Сталь	52,0
Стекло	1,150
Стекловата	0,050
Стекловолокно	0,036
Стеклотекстолит	0,300
Стружки — набивка	0,120
Тефлон	0,250
Толь бумажный	0,230
Цементные плиты	1,920
Цемент-песок раствор	1,200
Чугун	56,0
Шлак гранулированный	0,150
Шлак котельный	0,290
Шлакобетон	0,600
Штукатурка сухая	0,210
Штукатурка цементная	0,900
Эбонит	0,160

Роль механизмов регуляции теплообмена

Внутренняя температура тела человека поддерживается за счет теплопродукции — производства тепла в ходе обмена веществ и мышечной деятельности. Здоровый организм не замечает эту температуру, но даже небольшое — в половину градуса — ее изменение является поводом для того, чтобы забраться в постель, потребовать тишины, глинтвейна и оплаченного больничного листа.

Но не менее важна для человека и температура среды его обитания.

Голый человек способен продолжительно и эффективно функционировать лишь в довольно узком диапазоне температур окружающей среды — в районе 27 ºС. Если температура окружающей среды поднимается выше 27 градусов, возникает риск гипертермии (перегрева). В таких случаях система терморегуляции человека увеличивает теплоотдачу за счет испарения влаги, вырабатываемой потовыми железами. Кроме этого осуществляется перераспределение кровотока от внутренних органов к внешней поверхности тела.

И наоборот, когда температура окружающей среды заметно и продолжительно опускается ниже 27 градусов, организм включает механизмы терморегуляции, которые уменьшают потери тепла и увеличивают теплопродукцию.

К таким механизмам относятся:

Дрожание — быстрое непроизвольное сокращение мышц, в процессе которого выделяется тепло для согрева внутренних органов.
Отток крови от внешней, охлажденной поверхности тела. Такой отток не позволяет крови отдавать тепло, необходимое для работы внутренних органов. Этот эффект проявляется, в частности, как замерзание пальцев рук и ног.
Гусиная кожа — мурашки, которые вызываются напряжением микромыщц, отвечающих за положение волосков на коже. У человека это наследие предков является классическим атавизмом, но у наших прародителей эти мышцы поднимали шерсть, увеличивая высоту волосяного покрова. Это удерживало воздух у кожи, который как теплоизолятор уменьшал тепловые потери.

Однако возможности терморегуляции не безграничны, и при дальнейшем устойчивом понижении температуры среды возникает риск различных нарушений в функционировании организма, развиваются симптомы гипотермии (переохлаждения), появляется дискомфорт, чувство «замерзания». Поэтому когда температурные условия выходят за определенные границы, собственных возможностей организма становится недостаточно, и человеку требуется посторонняя помощь. Одним из главных помощников человека в обеспечении температурного комфорта является одежда. Как именно она помогает, читайте в материале «Кто согревает теплую одежду».

Управление температурой | Приложения | Indium Corporation

Приработка и проверка

Металлические обожженные материалы имеют ряд преимуществ:

Высокая теплопроводность
Простота обращения и очистки
Нет откачки или отжига
Возможность обработки нескольких вставок
Доступен в стандартной или нестандартной конфигурации

Power Semiconductor

Indium Corporation производит паяльную пасту для штамповки, такую как Indium8.9-LDA, для вакуумной пайки. Паяльную пасту для прикрепления кристаллов IGBT от Indium Corporation можно распечатать по трафарету или по трафарету, и ее легко чистить.

Indium Corporation также поставляет припойные ленты и заготовки припоя для прикрепления кристаллов. Лента и рулонная упаковка позволяют продвигать и размещать преформы быстро и точно. Лента и преформы полупроводникового класса изготавливаются из сверхчистых сплавов и имеют адаптируемую упаковку, такую как лента и катушка, нестандартные катушки и картриджи, для повышения производительности, производительности и эффективности.

Все материалы подлежат вторичной переработке и переработке.

TIM1, TIM1.5, TIM2

Indium Corporation продолжает лидировать в разработке передовых материалов для термоинтерфейса (TIM) и процессов, включая приложения для TIM1, TIM1.5 и TIM2.

TIM1 : Заготовки припоя используются в качестве термоинтерфейса припоя между кристаллом процессора и теплораспределителем на уровне TIM1.
TIM1.5 : В мобильных приложениях или приложениях с голыми кристаллами, таких как ноутбуки или видеокарты, теплоотвод не используется.
Вместо этого матрица находится в прямом контакте с охлаждающим раствором. Вот почему мы называем этот термоинтерфейс уровнем TIM1.5.
Здесь мы рекомендуем наши сжимаемые термические материалы, такие как Heat-Springs или жидкий металл
TIM2 : на уровне TIM2 между теплоотводом и радиатором мы также рекомендуем наш сжимаемый интерфейсный материал.
— Тепловые источники или жидкий металл

Какие бывают тепловые явления?

Давайте поразмышляем о том, что может происходить с телом под действием температуры. Для этого не придется идти далеко: достанем из холодильника кубик льда, опустим его в стакан и посмотрим, что получится. Спустя какое-то время лед начнет таять (или плавиться) и превратится в воду. Но на этом мы не остановимся! Перельем воду в кастрюлю и начнем нагревать на плите. Что произойдет тогда?

Абсолютно верно! Вода начнет нагреваться, а дальше — кипеть. Если вовремя не выключить плиту или не снять с нее кастрюлю, вся вода может выкипеть — превратиться в водяной пар.

За короткий промежуток времени мы смогли пронаблюдать воду в трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном. А можно ли обратить процесс вспять и снова получить кубик льда?

Так просто это сделать не получится: должно быть, весь водяной пар разлетелся по квартире, и его будет очень сложно собрать воедино. Но это не говорит о том, что процесс перехода из одного агрегатного состояния в другое необратим.

Предположим, нам удастся добыть целый литр водяного пара. Охлаждая его, мы заметим, как пар конденсируется — превращается в капельки жидкости. А получить лед совсем просто, если поместить полученную жидкость в морозильную камеру.

Если внимательно проанализировать опыт, вы заметите, что переход из одного агрегатного состояния в другое не происходит мгновенно. Для этого необходимо нагреть или охладить вещество до определенной температуры, причем для каждого вещества эти температуры разные. Так, лед начинает таять при 0 °С, а железо плавится аж при 1 538 °С.

А как называются процессы, связанные с повышением и понижением температуры? Сколько их всего?

Начнем с самого легкого. Процессы, связанные с нагреванием или охлаждением, так и называются. Напомним, что эти процессы не ведут к изменению агрегатного состояния, а, можно сказать, являются подготовкой к нему.

Плавление — процесс перехода из твердого состояния в жидкое. А обратный процесс, когда жидкость превращается в твердое тело, называется кристаллизацией (или затвердеванием). Для этих процессов необходимо достичь одной и той же температуры вещества. То есть лед начнет плавиться при нуле градусов, но одновременно с этим вода начнет кристаллизоваться при этой температуре.

Парообразование (кипение) — процесс перехода жидкости в газ, а конденсация — обратный процесс перехода газа в жидкость. Для этих процессов также существует одна и та же температура. Ртуть кипит при температуре 356,7 °С, и при этой же температуре пары ртути превращаются в жидкость.

Отдельно выделим процесс сгорания вещества. Это явление также является тепловым, но, к сожалению, оно необратимо.

Рассмотрим график фазовых переходов для воды:

Обратите внимание на то, как одно тепловое явление сменяет другое.
Согласно графику, в начале опыта мы берем лед при температуре −40 °С и начинаем его нагревать. График этого процесса представлен наклонной прямой 1–2

Достигнув 0 °С (точка 2), лед начинает таять. Для этого процесса не нужно увеличивать температуру, достаточно 0 °С, но понадобится время, чтобы процесс завершился. Поэтому плавление льда на графике представлено прямой линией 2–3, параллельной оси абсцисс.

Мы продолжаем нагревать воду (наклонная линия графика 3–4) до 100 °С — в этой точке начинается кипение. Если мы хотим показать на графике, что процесс кипения продолжается, от точки 100 °С мы бы провели прямую линию, параллельную оси абсцисс (4–5), а нагревание водяного пара выглядело бы как наклонная линия 5–6 (схожая с подобными процессами, уже представленными на графике).

Пойдем в обратном направлении: на графике процесс 6–7 — охлаждение пара, 7–8 — конденсация, 8–9 — охлаждение жидкости, 9–10 — кристаллизация, а дальше — охлаждение твердого тела.

Итого к тепловым явлениям относятся 7 процессов: сгорание, нагревание, охлаждение, кипение (парообразование), конденсация, плавление, кристаллизация (затвердевание).

Каким образом можно нагреть вещество?

На самом деле способов больше, чем один. Телу можно передать тепло непосредственно или же изменить его внутреннюю энергию, совершив над ним работу.

Теплопередача

К видам теплопередачи относятся теплопроводность, конвекция и излучение. Чтобы лучше понять, чем отличается один тип от другого, давайте разберем примеры.

Теплопроводность. Представьте, что ваши руки замерзли и вы держите в руках кружку кофе, чтобы их согреть. В таком случае тепло от более нагретого тела (кружки) передается менее нагретому (вашим рукам), до тех пор пока температура двух объектов не станет одинаковой. Так, горячая вода отдает свое тепло холодной при смешивании, а суп нагревает холодную ложку, если ее оставить в тарелке. Только аккуратно, не обожгитесь!
Конвекция — вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками самого вещества. Проще говоря, это процесс, который происходит в жидкостях и газах, когда слои вещества разной температуры перемешиваются. На этом принципе основано отопление помещения и проветривание комнаты. Кстати, ветры, дующие над поверхностью земного шара, — это тоже пример конвекции.
Излучение. Догадывались ли вы, что мы сталкиваемся с этим типом теплопередачи каждый день? Именно день, ведь солнечный свет излучает тепло с помощью электромагнитных волн, что делает жизнь на планете Земля возможной. По правде говоря, любое нагретое тело может стать источником тепла (человек, животные, свеча, костер, звезды). Это можно увидеть с помощью особого прибора — тепловизора.

Совершение работы над веществом

Здесь мы тоже не обойдемся без понятного примера. Возьмем пробирку с керосином, обыкновенный шнурок и термометр. Замерим начальную температуру и начнем натирать пробирку шнурком. Что произойдет с температурой? Она начнет возрастать. Это происходит благодаря теплопередаче? Или, может, невидимое излучение заставляет керосин нагреваться? Нет, мы изменили температуру вещества, совершив над ним работу.

Итак, подведем промежуточные итоги:

Тепло — это энергия, которая создается тепловым движением молекул.
Тепловое движение — процесс хаотичного движения частиц, образующих вещество.
С ростом температуры растет и скорость движения молекул, а полностью остановить это движение практически невозможно.
Изменить температуру тела можно двумя способами: с помощью теплопередачи или изменения внутренней энергии тела при совершении над ним работы.

Отрицательная теплота

Знак минус возникает при подсчете Q₁, когда мы вычитаем из начальной температуры конечную. Естественно, так как вода нагревается, то во втором случае конечная температура больше начальной и Q₂ мы получаем положительное.

Соответственно, чай при этом остывает, тогда в скобке первой формулы из меньшего числа вычитается большее. Значит, числа получились противоположные по знаку из-за того, что одно из веществ нагревается и получает тепло, а другое остывает и отдает тепло.

Может ли существовать отрицательная теплота?Только что мы с вами объяснили невероятный феномен — отрицательная теплота. То есть это просто теплота, которая выделяется, когда тело остывает.

2. Обобщения закона Фурье

Следует отметить, что закон Фурье не учитывает инерционность процесса теплопроводности, то есть в данной модели изменение температуры в какой-то точке мгновенно распространяется на всё тело. Закон Фурье не применим для описания высокочастотных процессов (и, соответственно, процессов, чьё разложение в ряд Фурье имеет значительные высокочастотные гармоники). Примерами таких процессов являются распространение ультразвука, ударные волны и т. д. Инерционность в уравнения переноса первым ввел Максвелл, а в 1948 году Каттанео был предложен вариант закона Фурье с релаксационным членом:

Если время релаксации τ пренебрежимо мало, то это уравнение переходит в закон Фурье.

Теплопередача через различные поперечные сечения

Теплопередача также зависит от формы поперечного сечения. Для цилиндра он другой, для шара другой и для кубоида другой.

Формула теплопередачи для различных форм приведена ниже:

Прямоугольная плита-

Теплопередача через прямоугольную плиту происходит нормально к поперечному сечению. Формула теплопередачи для прямоугольной плиты приведена ниже:

где,

k — теплопроводность материала

А — площадь поперечного сечения

Дельта Т — разница температур между двумя концами плиты.

Дельта х — длина теплопередачи

Сфера-

Формула теплопередачи через сферическую оболочку приведена ниже:

где,

a и b — радиусы внешней и внутренней сферы соответственно.

Ta – температура на поверхности сферы радиусом a

Tb – температура на поверхности сферы радиусом b

Цилиндрическая оболочка-

Цилиндрическая оболочка состоит из двух цилиндров с внутренним радиусом b и внешним радиусом a. Формула теплопередачи через цилиндрическую оболочку приведена ниже: Q = 2πkL (Т_a — Т_b /лнб / у )

где,

а — радиус внешнего цилиндра

b — радиус внутреннего цилиндра

Ta — температура поверхности внешнего цилиндра

Tb – температура поверхности внутреннего цилиндра

Опыт № 1. Теплопроводность

На примере этого опыта я хотел показать действие теплопроводности наглядно. При нормальных условиях тепло должно передаваться равномерно вследствие колебательных движений частиц.

К металлической линейке с помощью воска я прикрепил несколько кнопок. Закрепив линейку в штативе, я начал нагревать один конец линейки с помощью спиртовки. Линейка начала постепенно нагреваться, это можно доказать тем, что воск начал таять постепенно и кнопки поочерёдно начали отпадать.

Вывод из опыта № 1

Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура в следующей части линейки. При теплопроводности не происходит переноса самого вещества. Теплопроводность металла хорошая, у жидкостей невелика, у газов еще меньше.

Применения теплопроводности

Теплопроводность используется при плавлении металлов.
В электронике используют настолько плотное расположение плат, что теплоноситель проникает туда с трудом. Поэтому приходится тепло от электронных чипов отводить теплопроводностью.
Нагрев дна кастрюли на плите газом. Горящий газ греет дно кастрюли, а тепло передается через стенку дна путем теплопроводности. В кухонной посуде ручки чайников и кастрюль обычно делают деревянными или пластмассовыми в связи с тем, что у дерева и пластмассы плохая теплопроводность.
Поверхность утюга, которой гладят металлическая, чтобы хорошо прогревалась, а вся остальная часть утюга пластмассовая, чтобы не обжечься.
Плохую теплопроводность газов в основном используют, как теплоизоляцию, чтобы предохранять помещения от замерзания.
Плохая теплопроводность газов используется в окнах. Между двумя стёклами в окне находится воздух, поэтому воздух долгое время сохраняет тепло.
Термос работает по такому же принципу, что и окно. Между внутренними стенками и внешними находится воздух, и тепло очень медленно уходит.
Теплопроводность газов используется во многих строительных материалах, например, в кирпичах. В кирпиче находятся отверстия не просто так, а для сохранения тепла. Стены состоят из двух слоёв, между которыми находится воздух, это сделано для сохранения тепла.
Дома в зонах вечной мерзлоты строят на сваях.
Тонкой полиэтиленовой плёнкой можно защищать растения от холода, потому что полиэтилен – плохой проводник тепла.
Материалы, не пропускающие тепло, используются при космических полётах, чтобы пилоты не замерзали.
Горячие предметы лучше брать сухой тряпкой, нежели мокрой, потому что воздух хуже проводит тепло, чем вода.

Теплопроводность в природе

У многих не перелётных птиц температура лапок и тела может различаться до 30 °С. Это связано с тем, что им приходится ходить по холодной земле или по снегу, чтобы не замёрзнуть, низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу.

Образование ветра это тоже теплопроводность. Зарождаются ветра обычно около водоёмов. Днём суша нагревается быстрее чем вода, то есть над водой воздух более холодный, следовательно, его давление выше, чем у воздуха, который над сушей, и ветер начинает дуть в сторону суши. Ночью же суша остывает быстрее, чем над водой, и воздух над ней становится холоднее, чем тот, что над водой и ветер дует в сторону воды.

Мех животных обладает плохой теплопроводностью, что защищает их от перегрева и замерзания.

Снег, будучи плохим проводником тепла, предохраняет озимые посевы от вымерзания.

Внешняя температура тела у человека держится постоянной благодаря теплопроводности и её свойству, согласно которому, при взаимодействии микрочастиц они передают друг другу тепло.

Интересные факты о теплопроводности

Самую большую теплопроводность имеет алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше чем у меди. Если алмазную ложечку опустить в горячий чай, то вы сразу обожжётесь из-за того, что тепло дошло до конца ложки.

Теплопроводность стекла настолько мала, что вы можете взять стеклянную палочку, раскаленную посередине, за концы, и при этом даже не почувствовать тепла.

Итальянские учёные изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Лето в ней не буде жарко, а зимой – холодно. Это связано с тем, что она сшита из специального материала, не пропускающего тепло.

Презентация к уроку по физике (8 класс): Презентация по физике 8 класс по теме: «Теплопроводность»

Слайд 1

Теплопроводность Учитель физики: Свиридова Т. А . МКОУ Землянская СОШ

Слайд 2

Проблемная ситуация: Возьмите в одну руку карандаш, а другой рукой прикоснитесь к металлической ножке стула. Почему данные предметы у вас вызывают разные ощущения? Ведь они находятся в тепловом равновесии и имеют одну и ту же температуру .

Слайд 3

Проведем опыт К медной проволоке прикреплены воском несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Слайд 4

Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой.

Слайд 5

Само вещество не перемещается вдоль тела — переносится лишь энергия.

Слайд 6

Теплопроводность жидкостей невелика (за исключением ртути и расплавленных металлов).

Слайд 7

Хуже всех проводят тепло газы. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (безвоздушное пространство).

Слайд 8

Теплопроводность у различных веществ различна.

Слайд 9

Запомни: Металлы обладают хорошей теплопроводностью Меньшей — обладают жидкости Газы плохо проводят тепло

Слайд 10

Теплопроводность в природе Снег предохраняет озимые посевы от вымерзания

Слайд 11

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

Слайд 12

Самостоятельная работа Вариант 1 Вариант 2 1. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наибольшую теплопроводность? А. Мех. Б. Дерево. В. Сталь. 1. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наименьшую теплопроводность? А. Воздух. Б. Чугун. В. Алюминий. 2. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наименьшую теплопроводность? А. Опилки. Б. Свинец. В. Медь. 2. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наибольшую теплопроводность? А. Солома. Б. Вата. В. Железо. 3.В каком доме теплее зимой при одинаковой толщине стен: деревянном или кирпичном? 3. В какой одежде человеку теплее: хлопчатобумажной или шерстяной?

Слайд 13

Спасибо за внимание!

Вариант 4

1. Температура тела понизится, если

1) уменьшить скорость его движения
2) молекулы расположатся в теле на меньших расстояниях
3) уменьшится скорость хаотического движения частиц тела

2. В тепловом движении участвуют

1) молекулы нагретого тела
2) частицы тела, когда оно находится в покое
3) молекулы движущегося тела
4) все частицы, из которых состоит тело, при любом его состоянии

3. Внутренняя энергия тела изменяется при изменении

1) его положения в пространстве
2) его взаимодействия с другими телами
3) потенциальной и кинетической энергий составляющих его частиц
4) ее вообще изменить нельзя

4. Внутренняя энергия тела возросла. Изменение какой физической величины позволяет судить об этом?

1) Давления
2) Температуры
3) Силы
4) Мощности

5. Газ помещен в сосуды, где он находится при разных температурах. В каком из них внутренняя энергия газа (его массы одинаковы) наибольшая?

1) №1
2) №2
3) №3

6. В каком случае внутренняя энергия тела не изменяется?

1) Лодка качается на волнах
2) Катящийся по полу мяч останавливается
3) Лейка с водой стоит на солнце

7. Из кастрюли с горячей водой, имеющей температуру 100 °С, вынули нагревшиеся в ней диски — медный и бронзовый — и положили их друг на друга. Какой из них будет передавать другому внутреннюю энергию?

1) Бронзовый
2) Медный
3) Теплопередача происходить не будет

8. Наибольшей теплопроводностью вещество обладает в

1) твердом состоянии
2) жидком состоянии
3) газообразном состоянии

9. В вакууме энергия передается

1) излучением
2) конвекцией
3) теплопроводностью
4) всеми тремя способами

10. Нагревая воду, ей передали 1000 Дж энергии. Какое количество теплоты выделит эта вода, остывая до своей первоначальной температуры?

1) 500 Дж
2) 1000 Дж
3) Чтобы ответить, нужны дополнительные данные

11. Какое количество теплоты выделит свинцовая плитка массой 1 кг, остывая на 7 °С?

1) 200 Дж
2) 400 Дж
3) 490 Дж
4) 980 Дж

12. По какой формуле определяют количество теплоты, необходимой для нагревания тела или выделяющейся при его охлаждении?

1) P = mg
2) Q = qm
3) F = k(l₂ − l₁)
4) Q = cm(t₂ − t₁)

13. Раскаленный до 450 °С медный шарик массой 100 г остывает до 50 °С. Какое количество теплоты выделяет он при этом?

1) 160 Дж
2) 1600 Дж
3) 16 000 Дж
4) 16 · 104 Дж

14. Стальной бак массой 500 г и вместимостью 40 л наполнен водой и нагрет до 70 °С. Какое количество теплоты потребовалось для этого? Начальная температура воды и бака 20 °С.

1) 8412,5 кДж
2) 84 125 кДж
3) 841,25 кДж
4) 841 250 кДж

15. Когда 2 л воды, имеющей температуру 30 °С, поставили в холодильник, ее температура понизилась и выделилось количество теплоты, равное 168 000 Дж. Какой стала температура воды?

1) 5 °С
2) 10 °С
3) 15 °С
4) 20 °С

16. Удельная теплота сгорания топлива -физическая величина, показывающая

1) отличие одного вида топлива от другого
2) выгодность данного вида топлива по сравнению с другими его видами
3) сколько энергии выделяет топливо при полном сгорании
4) какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива

17. Определите удельную теплоту сгорания сухих дров, если известно, что при полном сгорании 8 кг дров выделилось количество теплоты, равное 8 · 107 Дж.

1) 108 Дж/кг
2) 4 · 107 Дж/кг
3) 107 Дж/кг
4) 8 · 107 Дж/кг

18. Чтобы нагреть комнату, какого топлива потребуется меньше — дров или каменного угля?

1) Дров
2) Угля
3) Одинаковые количества

19. Закон сохранения энергии при теплообмене можно выразить формулой

1) Q = qm
2) Q = cm(t₂ − t₁)
3) Q_{отданное} = Q_{полученное}

20. Закон сохранения и превращения энергии устанавливает

1) превращение механической энергии во внутреннюю энергию и внутренней в механическую
2) постоянство общего значения энергии при всех ее превращениях и передачах от одного тела к другому
3) постоянство энергии при ее переходах из механической во внутреннюю
4) равенство при теплообмене полученной одним телом энергии и отданной другим телам

Ответы на тест по темам Внутренняя энергия. Количество теплоты 8 классВариант 1
1-2
2-3
3-2
4-3
5-3
6-14
7-2
8-4
9-3
10-1
11-4
12-3
13-4
14-1
15-3
16-3
17-2
18-4
19-1
20-1Вариант 2
1-3
2-3
3-4
4-1
5-3
6-34
7-2
8-4
9-1
10-3
11-2
12-3
13-1
14-1
15-2
16-4
17-2
18-4
19-3
20-1Вариант 3
1-4
2-1
3-4
4-1
5-1
6-23
7-1
8-3
9-2
10-2
11-3
12-4
13-3
14-1
15-2
16-4
17-2
18-3
19-3
20-1Вариант 4
1-3
2-4
3-3
4-2
5-3
6-1
7-3
8-1
9-1
10-2
11-4
12-4
13-3
14-1
15-2
16-4
17-3
18-2
19-3
20-2

Применение

Иногда необходимо предохранить тело от нагревания или охлаждения. Для этого используют тела с малой теплопроводностью. Если кастрюли и сковородки делают из металла (позволяет быстрее нагреваться), то их ручки делают из дерева или пластмассы. Это позволяет нам не обжигаться. По этой же причине кружки и стаканы изготавливают преимущественно из пластмассы, стекла, фарфора.

Материалы, которые используют при строительстве домов (бревна, кирпичи, бетон) обладают плохой теплопроводностью. Таким образом строения меньше охлаждаются.

В устройстве термоса тоже применяется явление теплопроводности (рисунок 6). Из пространства между колбой и кожухом выкачан воздух, так почти не осуществляется теплопередача.

Рисунок 6. Устройство термоса.

Снежный покров имеет плохую теплопроводность. Это имеет огромное значение для живых организмов: многие зимующие растения защищены от вымерзания; крупные животные ночуют, зарывшись в снег; мелкие могут вести активную жизнь в норах, вырытых под снегом.