Теплопроводность тел. конвекция и излучение – биология

Урок 02. теплопроводность. конвекция. излучение – Физика – 8 класс – Российская электронная школа

Конспект объясняющего модуля

Цели урока:

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

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

Планируемые результаты обучения учащегося:

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

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

– сравнивает значения теплопроводности различных веществ;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Конвекция – это явление переноса энергии слоями жидкостей или газов.

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

В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой.

При этом воздух над сушей расширяется, после чего его давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем.

В результате холодный воздух понизу с моря (где давление больше) перемещается к берегу (где давление меньше) -дует ветер. Это и есть дневной (или морской) бриз.

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

Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

Естественная конвекция происходит сама по себе без внешнего воздействия.

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

Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн.

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

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

Это можно увидеть с помощью термоскопа.

Источник: http://resh.edu.ru/subject/lesson/2594/main/

Видеоурок «Конвекция. Излучение»

Содержание:

• § 1  Конвекция
• § 2  Излучение

§ 1  Конвекция

Если явление теплопроводности было связано с движением частиц вещества, то в случае конвекции речь пойдет о движении групп частиц.

Для начала рассмотрим примеры явления конвекции в нашей повседневной жизни.

В процессе нагрева воды внутренняя энергия передается от источника тепла к емкости, вкоторой происходит нагрев воды.

Источник контактирует непосредственно с нижней частью емкости (например, дно кастрюли), соответственно, нагревается нижний слой воды.

Мы знаем, что при нагревании вещество имеет свойство расширяться, то есть увеличивать свой объем, при этом плотность нагретого вещества по сравнению с плотностью вещества не нагретого, понижается. В результате нагретый слой воды поднимается выше, уступая место менее нагретому слою.

Этот процесс будет длиться до тех пор, пока активен источник тепла (в данном случае пока горит конфорка газовой плиты) либо до тех пор, пока вся жидкость не выкипит.

Благодаря явлению конвекции тепло от радиатора батареи распространяется по всему помещению.

Как и в случае с жидкостью слой воздуха, располагающийся ближе к радиатору, нагревается и, расширяясь, поднимается выше, а более тяжелый холодный воздух опускается ниже.

Он, в свою очередь, нагреваясь от радиатора, поднимается, уступая место следующему, более холодному слою воздуха. Таким образом, нагреваются все слои воздуха.

Слой воздуха, нагретый в первую очередь, постепенно остывает и, становясь наименее нагретым, вновь оказывается ближе всего к радиатору. Затем цикл повторяется снова и снова, и таким образом помещение прогревается.

Конвекция является довольно распространенным явлением в природе. Она играет важную роль в образовании потоков воздуха в атмосфере – ветров.

Итак, дадим определение:

Конвекция – это явление переноса внутренней энергии потоками (струями) частиц жидкостей или газов.

Различают два типа конвекции.

Сделаем вывод:

Конвекция является более интенсивным способом теплопередачи, чем теплопроводность, так как передача внутренней энергии осуществляется группами частиц. В твердых телах невозможно протекание конвекции, так как частицы в них связаны жестко, и перенос вещества не осуществляется.

§ 2  Излучение

Так же, как теплопроводность, конвекция не осуществляется при отсутствии частиц (в вакууме). Как мы знаем, близкие условия к вакууму существуют в космическом пространстве. Из этого можно заключить, что передача энергии от Солнца к Земле осуществляется ни за счет теплопроводности, ни за счет конвекции. Остается последний из перечисленных нами видов теплопередачи – излучение.

Излучение – это процесс передачи энергии, который, в отличие от теплопроводности и конвекции, может осуществляться в вакууме.

Энергию излучают все тела: и сильно нагретые, и слабо.

Чем выше температура тела, тем больше энергии оно излучает. Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, то часть его отражается, а часть поглощается этими телами. Как показывает практика, тела, имеющие темную поверхность, лучше поглощают энергию, а тела, имеющие более светлую поверхность, лучше отражают.

Данное свойство широко используется в науке и технике.

Например, чтобы накапливать энергию в солнечных батареях, части приборов окрашивают в темный цвет. И, наоборот, чтобы уменьшить нагрев тела, его поверхность окрашивают в болеесветлый цвет. Например, крылья самолета покрывают серебристой краской.

Когда мы ощущаем тепло, не контактируя непосредственно с источником, речь идет об излучении.

Например, греясь у костра, либо чувствуя тепло нагретого монитора или какого-либо электронного устройства.

Существует множество видов излучения (радиоактивное, электромагнитное и т.д.),

с которыми Вы познакомитесь, изучая физику в дальнейшем.

Источник: https://znaika.ru/catalog/8-klass/physics/Konvektsiya.-Izluchenie

Теплообмен

Теплообмен — это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
Теплообмен всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой. Когда температуры тел выравниваются, теплообмен прекращается.

Теплообмен может осуществляться тремя способами:

1. теплопроводностью
2. конвекцией
3. излучением

Теплопроводность

Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды.

Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды. При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим.

Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

Нагревание кастрюли на электрической плитке происходит через теплопроводность. Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность. Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Теплопроводность у различных веществ различна.
Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.

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)

Возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании.

При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз, после чего процесс повторяется.
Наблюдается при перемешивании жидкости мешалкой, ложкой, насосом и т. д.

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

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

Источник: http://edu.glavsprav.ru/info/teploobmen

2.2.3 Теплопередача как способ изменения внутренней энергии без совершения работы. Конвекция, теплопроводность, излучение

Видеоурок: Изменение внутренней энергии в процессе теплопередачи. Решение задач

Лекция: Теплопередача как способ изменения внутренней энергии без совершения работы. Конвекция, теплопроводность, излучение

Теплопередача и виды теплообмена

Существует несколько способов, позволяющих изменить внутреннюю энергию тела, одним из которых является теплопередача.

Теплопередача – это процесс, сопровождающийся переходом внутренней энергии от более нагретого к тела к менее нагретому. 

Стоит отметить, что в момент совершения теплопередачи работа над рассматриваемой системой не производится.

Теплопередача происходит в то время, когда между телами, что её совершают, имеется среда (жидкая, газообразная, вакуум). Данное физическое явление также называется теплообменом.

Существует три основных вида теплообмена:

• теплопроводность;
• конвекция;
• излучение.

Теплопроводность

Если взять длинный железный стержень и держать один его конец над огнем, то со временем он нагреется полностью и держать его в руках будет невыносимо. Что же происходит с рассматриваемым телом с точки зрения физики?

Те атомы стержня, что находятся над огнем, начинают двигаться под действием температуры, то есть начинает увеличиваться их кинетическая энергия. Данное движение начинает переходить на соседние атомы и так по всей длине. Это объясняется с точки зрения механики – одна структурная единица начинает передавать импульс другой, тем самым передавая кинетическую энергию.

Теплопроводность – это процесс передачи внутренней энергии от более нагретой части тела к менее нагретой за счет взаимодействия структурных единиц.

Процесс теплопроводности в различных веществах отличается. Таким образом, лучшими проводниками тепла являются металлы, самыми лучшими проводниками можно назвать золото и медь. Чуть хуже тепло проводит жидкость. Самыми плохими проводниками являются газы, их порой даже называют изоляторами. Именно поэтому окна делаются из нескольких стеклопакетов, между которыми находится воздух.

Для улучшения теплоизоляционных свойств домов используют пенопласт, кирпич, вата – они имеют пористую структуру, в порах которых содержится воздух. По такому же принципу в зимний период температуру нашего тела поддерживают с помощью меха, хлопка и других материалов, которые позволяют удерживать тепло на поверхности тела и предотвращают проникновение холода.

Конвекция

Несмотря на то, что воздух плохо проводит тепло, в наших домах благодаря батареям, наперекор погодным условиям, тепло. Это объясняет конвекция. 

Конвекция – это процесс передачи внутренней энергии газов и жидкостей в результате циркуляционных потоков и смешиванию теплых и холодных слоев.

Возле батареи воздух начинает нагреваться, благодаря чему расширяется и становится легче. С помощью выталкивающей силы он перемещается в верхние части комнаты. При этом холодный воздух снова поступает к батареям и с ним происходят те же процессы. Таким образом холодные и теплые слои начинают перемещаться по комнате потоками.

Этот процесс свойственный не только газам, но и жидкостям. По тому же принципу происходит нагревание жидкости в чайнике. Нижние слои воды нагреваются и перемещаются благодаря выталкивающей силе на поверхность, на их место перемещаются холодные слои.

Из-за большой силы взаимодействия между частицами твердого тела, в них конвекция не происходит.

Стоит обратить внимание на местоположение батарей – они обязательно должны находиться в нижней части комнат, иначе конвекция происходить не будет, и теплый воздух так и останется под потолком.

Что касается летнего кондиционирования воздуха, кондиционер следует располагать в верхней части комнаты – он выпускает холодный воздух, который опускается вниз комнаты.

Излучение

По какой причине на нашей Земле тепло? На этот вопрос достаточно просто ответить – благодаря Солнцу. Однако, как этот процесс объясняется с точки зрения физики? Вокруг нас существует постоянное магнитное поле, которое вызвано изменением электрического. В результате этого Землю окутывают электромагнитные волны.

Любая электромагнитная волна, вне зависимости от своей частоты, имеет энергию. Однако некоторые определенные частоты имеют наибольшую энергию, вызывающую излучение, способное нагреть тела вокруг себя.

По такому принципу происходит нагревание пищи в микроволновках.

Предыдущий урок

Следующий урок

Источник: https://cknow.ru/knowbase/138-tema-223-teploperedacha-kak-sposob-izmeneniya-vnutrenney-energii-bez-soversheniya-raboty-konvekciya-teploprovodnost-izluchenie.html

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение Подготовка к ГИА – скачать презентацию

Слайд 1
Описание слайда:

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение Подготовка к ГИА

Слайд 2
Описание слайда:

Цель: повторение основных видов теплопередачи, а также разбор задач различного уровня сложности в соответствии с кодификатором ГИА и планом демонстрационного варианта экзаменационной работы

Слайд 3
Описание слайда:

Способы изменения внутренней энергии

Слайд 4
Описание слайда:

Виды теплопередачи. Теплопроводность. Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.

Слайд 5
Описание слайда:

Закипание воды в бумажном стакане

Слайд 6
Описание слайда:

Виды теплопередачи. Теплопроводность. Теплопроводность различных веществ разная. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается. Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

Слайд 7
Описание слайда:

Теплопроводность различных веществ

Слайд 8
Описание слайда:

Лучший изолятор – воздух Теплоизоляционные материалы замедляют движение молекул. Молекулы медленнее всего движутся в сухом воздухе. Поэтому, при производстве строительных материалов используют основной принцип – удержание воздуха в порах или ячейках материала Вот так выглядят при увеличении:

Слайд 9
Описание слайда:

Виды теплопередачи. Конвекция. Конвекция – вид теплопередачи, при котором энергия передается потоками (струями) вещества. Характерна для жидкостей и газов.

Слайд 10
Описание слайда:

Конвекционные потоки при нагревании воды

Слайд 11
Описание слайда:

Конвекция при нагревании льда в пробирке

Слайд 12
Описание слайда:

Принцип действия комнатного отопления

Слайд 13
Описание слайда:

Виды теплопередачи. Излучение. Излучение – вид теплопередачи, при котором энергия передается с помощью электромагнитных волн (преимущественно инфракрасного диапазона). Может происходить в вакууме

Слайд 14
Описание слайда:

Нагревание излучением

Слайд 15
Описание слайда:

Светлые и темные поверхности тел поглощают излучение по-разному.

Слайд 16
Описание слайда:

Все виды теплопередачи одновременно!

Слайд 17
Описание слайда:

Рассмотрим задачи: Подборка заданий по кинематике (из заданий ГИА 2008-2010 гг.)

Слайд 18
Описание слайда:

ГИА-2010-7. В кастрюле с водой, поставленной на электроплиту, теплопередача в воде осуществляется преимущественно

Слайд 19
Описание слайда:

ГИА-2010-8. При выполнении измерений теплоемкости тела при помощи калориметра можно получить более точный результат, если в пространстве между двумя сосудами калориметра находится: A) вакуум; Б) воздух; B) вода.

Слайд 20
Описание слайда:

ГИА-2009-14. Как нагревается вода в чайнике, стоящем на электрической плите?

Слайд 21
Описание слайда:

2010 г. (ГИА-9). 8. В одинаковые сосуды с холодной водой опустили нагретые до 1000С сплошные шары одинакового объема, в первый сосуд — из меди, а во второй — из цинка. После достижения состояния теплового равновесия оказалось, что в сосудах установилась разная температура.

В каком из сосудов окажется более высокая температура? В первом сосуде, так как удельная теплоемкость меди больше удельной теплоемкости цинка. В первом сосуде, так как плотность меди больше плотности цинка. Во втором сосуде, так как удельная теплоемкость цинка больше удельной теплоемкости меди.

Во втором сосуде, так как плотность цинка больше плотности меди.

Слайд 22
Описание слайда:

ГИА-2010-26. В комнате на столе лежат пластмассовый и металлический шарики одинакового объема. Какой из шариков на ощупь кажется холоднее? Ответ поясните.

Слайд 23
Описание слайда:

ГИА-2010-26. Религиозные люди утверждают, что лишь в день Пасхи солнце при восходе ≪играет≫ (диск солнца колеблется, меняет свою форму и цвет). Как объяснить видимое колебание диска восходящего солнца?

Слайд 24
Описание слайда:

Литература Видеоролик – анимация “Конвекционные потоки молекул”. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] //http://school-collection.edu.ru/catalog/res/cbc4a439-74ed-468d-b96e-084e54624a57/view/ Видеоролик – анимация “Принцип действия комнатного отопления” (конвекционные потоки от батареи отопления).

Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] // http://school-collection.edu.ru/catalog/res/1f43ccd4-b57d-464b-9b13-b2e48b4a16cb/view/ Видеоролик “Закипание воды в бумажном стакане”.. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] // http://school-collection.edu.

ru/catalog/res/d5877037-6684-4b19-96af-b413a079b6ee/view/ Видеоролик “Конвекционные потоки при нагревании воды”… Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] // http://school-collection.edu.ru/catalog/res/ccb5ea78-080b-4db9-8bfb-47cab30b5a97/view/ Видеоролик “Конвекция при нагревании льда в пробирке”.

Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] // http://school-collection.edu.ru/catalog/res/362405f5-6ad1-4247-9f06-1a9253bc2651/view/ Видеоролик “Нагревание излучением”. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] // http://school-collection.edu.

ru/catalog/res/a0fb17b1-a9a6-4771-bf2b-2aa5b3ef88a2/view/ Видеоролик “Теплопроводность различных веществ”.. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов //[Электронный ресурс] //http://school-collection.edu.ru/catalog/res/ca779cec-9152-4c15-ad0c-49b74fcebb4c/view/ Гутник, Е. М., Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных школ / Е. М.

Гутник, А. В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2009. – 302 с. Зорин, Н.И. ГИА 2010. Физика. Тренировочные задания: 9 класс / Н.И. Зорин. – М.: Эксмо, 2010. – 112 с. – (Государственная (итоговая) аттестация (в новой форме). Кабардин, О.Ф. Физика. 9 кл.: сборник тестовых заданий для подготовки к итоговой аттестации за курс основной школы / О.Ф. Кабардин. – М.

: Дрофа, 2008. – 219 с; Перышкин, А. В., Физика. 7 класс. Учебник для общеобразовательных школ / А. В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2009. – 198 с. Перышкин, А. В., Физика. 8 класс. Учебник для общеобразовательных школ / А. В. Перышкин. – М.: Дрофа, 2009. – 196 с. Теплоизоляционные материалы. KrovlyaMarket. //[Электронный ресурс]// http://www.krovlyamarket.com.

ua/index.php?option=com_content&view=article&id=51&Itemid=61 ТЕПЛОПЕРЕДАЧА. Класс!ная физика //[Электронный ресурс]// http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика ГИА-9 2010 г. //[Электронный ресурс]// http://fipi.

ru/view/sections/214/docs/ Федеральный институт педагогических измерений. Контрольные измерительные материалы (КИМ) Физика ЕГЭ 2001-2010 //[Электронный ресурс]// http://fipi.ru/view/sections/92/docs/

Источник: http://mypresentation.ru/presentation/vidy_teploperedachi_teploprovodnost__konvekciya__izluchenie_podgotovka_k_gia

Способы теплопередачи (теплообмена)

Турист остановился отдохнуть. Живительное тепло костра согревает и похлёбку в котелке, и самого туриста. Физик по этому поводу скажет: внутренняя энергия пламени переходит во внутреннюю энергию окружающих тел: воздуха, котелка, туриста. То есть между телами происходит теплообмен – переход некоторого количества теплоты от одного тела к другому.

На рисунке показаны три способа теплообмена: теплопроводность, излучение и конвекция. Путём теплопроводности через дно и стенки котелка внутренняя энергия пламени переходит во внутреннюю энергию туристской похлёбки. Путём излучения – во внутреннюю энергию ладоней туриста и других тел. А путём конвекции – во внутреннюю энергию воздуха над костром.

Теплообмен теплопроводностью. Многочисленные опыты показывают: теплопроводность различных веществ различна: при одинаковых условиях они передают теплоту с разной скоростью.

Проделаем опыт (см. рисунок). Две проволоки, например медную и стальную одинаковой длины и толщины, укрепим так, чтобы их концы попали в пламя свечи. Мы увидим, что маленькие гвоздики, приклеенные воском, с медной проволоки начнут падать раньше. Значит, теплота по медной проволоке распространяется быстрее, чем по стальной.

Тела и вещества, способные передавать теплоту с большой скоростью, называются теплопроводниками. К ним в первую очередь относятся все металлы. Большинство газов передают теплоту очень медленно.

Теплопроводность жидкостей (кроме жидких металлов) занимает промежуточное положение между теплопроводностью твёрдых тел и газов. Тела и вещества, передающие теплоту с малой скоростью, называются теплоизоляторами.

К ним, например, относятся пенопласт, поролон, древесина, мех, вата и др.

Теплообмен конвекцией. На рисунке вы видите тень руки с зажжённой спичкой при освещении её фонариком. Волнистые тени над пламенем создают струйки поднимающегося тёплого воздуха. Это – пример конвекции.

Так называют явление возникновения струй или потоков в нагреваемых или охлаждаемых жидкостях и газах (где действует сила Архимеда).

Кроме того, с точки зрения термодинамики конвекция – это способ теплообмена, при котором внутренняя энергия переносится потоками неравномерно нагретых веществ.

Теплоообмен конвекцией часто встречается вокруг нас. Например, отопительные батареи располагают вблизи пола, но из-за конвекции тепло распространяется по всей высоте комнаты. Конвективные потоки также возникают в атмосфере, способствуя возникновению ветров и облаков, а также внутри кастрюль, которые нагреваются на кухонной плите, и так далее.

Теплообмен излучением. Известно, что тела, которые нагреты сильнее, чем окружающая среда, способны излучать энергию. Обратимся к опыту (см. рисунок).

Нагреем в пламени гвоздь и приблизим его к ладони, не касаясь её, – ладонь почувствует тепло. Освободим вторую руку и приложим ладони друг к другу. Мы почувствуем, что ладонь, находившаяся вблизи раскалённого гвоздя, теплее, чем вторая.

То есть происходит переход теплоты от гвоздя к ладони через слой воздуха.

Однако при теплообмене излучением энергия может переноситься без участия вещества. Так, например, энергия Солнца достигает нашей планеты, преодолевая огромные расстояния через космический вакуум, в котором вещество отсутствует.

Обобщим изученное в этом параграфе. При теплообмене конвекцией энергия переносится струями или потоками неравномерно нагретого вещества. При теплообмене теплопроводностью энергия переносится через слой вещества, но само вещество при этом не движется. При теплообмене излучением энергия переносится без участия вещества.

Источник: https://questions-physics.ru/uchebniki/7_klass/sposobi_teploperedachi_teploobmena.html

III.1. Урок «Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение» – Деятельность учителя физики школы № 844 Тимакиной Елены Сергеевны

Т

Этапы урока	Время, мин	Приемы и методы
I. Этап актуализации знаний. Мотивация учебной проблемы	3	Беседа учителя
II. Изложение нового материала. Работа с интерактивными моделями. Показ видео фрагментов. Реальные демонстрации	25	Объяснение учителя. Рассказ и беседа по вопросам.
III. Рефлексия. Формирование умений и навыков. Отработка изученного материала	15	Ответы на вопросы обучающихся
IV. Домашнее задание	2	Запись на доске

Таблица №13

Использование модулей для формирования информационной компетенции на уроке: «Теплопередача».

Название модуля	Краткое описание содержания модуля	Какую компетенцию формирует	Признаки успешности
65519И Теплопроводность ОШ.oms	И модуль с кратким конспектом и вопросами для самопроверки	Информационная	Овладение новым материалом
64684 И Излучение ОШ.oms	И модуль с интерактивной моделью, дополнительным материалом и межпредметными связями,  с кратким конспектом и вопросами для самопроверки	Информацион-ная	Умение собирать и систематизировать информацию, преобразовывать информацию, передавать и обмениваться информацией
64693 И  Конвекция ОШ.oms	И модуль с видеофрагментом, с 2-мя интерактивными моделями, с межпредметными связями – объектом макромира для последующего использования в проектных и творческих работах	Информацион-ная	Овладение новым материалом. Умение собирать и систематизировать данные. Формирование  новых умений и навыков
69101 П Перенос тепла излучением ОШ с видео.oms	П модуль с лабораторной работой и видеофрагментом, с установкой для проведения эксперимента и набором проверяемых автоматических заданий	Информацион-ная, оценочная	Формирование  новых умений и навыков, умение анализировать утверждения и доказательства, анализ данных, имеющих физический смысл

·        активное участие в окружных, городских конкурсах проектных и исследовательских работ.

·        анализ результатов тестирования

·        составление рейтинга по электронному журналу

·        самооценка

Оглавление

Источник: https://sites.google.com/site/fizika844/u1

3. Как происходит процесс теплопередачи? Характеризуйте теплопроводность, конвекцию и излучение и приведите примеры

Процессы теплопередачи, как внутри одного тела, так и от одного тела к другому, находящимся с ним в прямом контакте, происходят по той причине, что кинетическая энергия атомов и молекул из участков, где она выше, под влиянием упругих соударений с соседними атомами переходит в области, где кинетическая энергия атомов и молекул меньше. В соответствии с этим, описание процессов теплопередачи должно осуществляться не на основе разности температур, как это делалось до сих пор, а на основе разности их внутренних энергий теплового движения.

Поэтому процесс переноса тепла от тела с большей кинетической энергией к телу с меньшей кинетической энергией может происходить, даже если температура первого меньше температуры второго, т.е.

тепло может переходить от более холодного тела к более горячему, что противоречит формулировке второго закона термодинамики.

Его следует сформулировать более точно: тело с меньшей кинетической энергией теплового движения атомов (молекул) не может отдать тепло телу, атомы (молекулы) которого обладают большей кинетической энергией теплового движения.

Если привести в соприкосновение два разных металла или полупроводника с сильно отличающимися характеристическими температурами, то, кроме контактной разности температур, возникает и контактная разность потенциалов.

Не исключено поэтому, что, составив замкнутую электрическую цепь, за счет контактной разности температур и потенциалов можно получить электродвижущую силу и создать, таким образом, новый прямой способ преобразования тепловой энергии окружающей среды в электрическую – один из способов, предложенных П.К. Ощепковым.

Кроме основной, традиционной, формулировки второго закона термодинамики (тело с более низкой температурой самопроизвольно не может отдавать тепло телу с более высокой температурой), существуют еще две.

Одна из них: при всех процессах в замкнутых системах энтропия не убывает. Эта, претендующая на всеобщий закон, формулировка абстрактна, и ее правильность, по мнению С.В. Цивинского, не подтверждена ни экспериментами, ни безупречными теоретическими выводами.

Более того, правильность этой формулировки, как закона природы, не подтверждается даже простым рассмотрением процесса смешения двух идеальных одноатомных газов в замкнутой системе: никакого изменения энтропии здесь не будет.

Понятие энтропии не пригодно для точного описания тепловых процессов, так же, как и традиционная формулировка второго закона термодинамики.

Теплопроводность является одним из видов переноса тепла. Способность вещества проводить теплоту характеризуется коэффициентом теплопроводности l. Согласно основному закону теплопроводности (закону Фурье – q = – l grad t) коэффициент теплопроводности равен плотности теплового потока q при градиенте температуры 1 К/м.

Наименьшим коэффициентом теплопроводности обладают газы, наибольшим – металлы. Для сравнения воздух имеет l “0,025 Вт/(мЧК), вода l” 0,6 Вт/(мЧК), сталь l “50 Вт/(мЧК), серебро и медь l” 400 Вт/(мЧК).

В ограждениях холодильников используемые строительные материалы (кирпич, бетон) имеют l “0,7…1,0 Вт/(мЧК), а теплоизоляция (пенопласты, минеральная вата l “0,04…0,09 Вт/(мЧК).

Теплоотдача путем конвекции – перемещение частиц газа или жидкости, смешивание их нагретых слоев с охлажденными. В воздушной среде даже в условиях покоя на теплоотдачу конвекцией приходится до 30% потерь тепла. Роль конвекции на ветру или при движении человека еще более возрастает.

Передача тепла излучением от нагретого тела к холодному совершается согласно закону Стефана-Больцмана и пропорциональна разности четвертых степеней температуры кожи (одежды) и поверхности окружающих предметов. Этим путем в условиях “комфорта” раздетый человек отдает до 45% тепловой энергии, но для тепло одетого человека особой роли теплопотери излучением не играют.

Источник: http://bio.bobrodobro.ru/5932