Виды теплопередачи - Тепловые процессы

Физический словарик

Инфра... (от лат. infra) - приставка, указывающая на более низкий уровень чего-либо.

Конвекция (от лат. convectio - привоз, принесение, доставка) - перенос теплоты движущейся средой.

Интересный факт (Я. И. Перельман)

Женщины утверждают, что вуаль греет, что без нее лицо зябнет. При взгляде на легкую ткань вуали, нередко с довольно крупными ячейками, не очень веришь этому утверждению.

Но как бы крупны ни были ячейки вуали, воздух через такую ткань проходит все же с некоторым замедлением. Тот слой воздуха, который непосредственно прилегает к лицу и, нагревшись, служит теплой воздушной маской, удерживается вуалью и не так быстро сдувается ветром, как при отсутствии ее. Поэтому нет основания не верить женщинам, что при небольшом морозе и слабом ветре лицо во время ходьбы зябнет в вуали меньше, чем без нее.

Задачи на перевод единиц измерения в СИ

54,5 кДж = 54 500 Дж

425,8 см = 4,258 м

7,8 МДж = 7 800 000 Дж

360 км/ч = 100 м/с

220 г = 0,22 кг

3,2 т = 3 200 кг

6,72 г/см³ = 6 720 кг/м³

4,5 кН = 4 500 Н

210 км = 210 000 м

Качественные задачи и вопросы

1. Зачем кусты роз на зиму укрывают опилками? (Опилки являются плохим проводником тепла. Розы укрывают опилками, чтобы они не замерзли.)

2. Почему шерстяная одежда лучше предохраняет от холода, чем синтетическая? (Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло.)

3. Почему баки для хранения горюче-смазочных материалов красят серебристой или белой краской, а не черной? (Черный цвет поглощает практически все солнечное излучение, поэтому тела, окрашенные черной краской, быстро нагреваются. Белый цвет большую часть излучения отражает, поэтому тела, окрашенные в белый цвет, нагреваются меньше, чем черные.)

4. Какая земля прогревается солнечными лучами быстрее: чернозем или песчаники? (Чернозем.)

5. Почему сосуд с жидкостью нагревают снизу? (При нагревании снизу конвективные потоки нагретой жидкости устремляются

вверх, а холодная жидкость — вниз. Таким образом жидкость нагревается практически равномерно.)

6. Зачем ручки паяльников, утюгов, сковородок, кастрюль делают из дерева или пластмассы? (Дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью, поэтому при нагревании металлических предметов мы, держась за деревянную или пластмассовую ручку, не будем обжигать руки.)

7. В какой одежде человек себя чувствует летом комфортнее: в темной или светлой? (В светлой.)

8. В летней душевой комнате бак для воды покрасили в черный цвет. Почему? (Черный цвет практически полностью поглощает солнечную энергию, и поэтому бак с водой будет нагреваться лучше.)

Задачи для любителей литературы

1. ...Кругом курильницы златые

Подъемлют ароматный пар...

А. С. Пушкин.

Руслан и Людмила

Почему нар поднимается вверх? (Плотность теплого воздуха меньше, чем воздуха обычной температуры, и под действием архимедовой силы он поднимается вверх.)

2. «Когда, поздно вечером, умирало священное пламя камина, он (Мартын) кочергой скучивал мелкие, еще тлеющие остатки, накладывал сверху щепок, наваливал гору угля, раздувал огонь фукающими мехами или, занавесив пасть очага простым листом «Таймса», устраивал тягу...» (В. В. Набоков. Подвиг).

А для чего необходима тяга? (Вез притока кислорода процесс горения неосуществим, поэтому Мартын использовал естественный приток воздуха, для чего создавал тягу в трубе камина или подавал воздух, используя мехи - вынужденный приток воздуха.)

3. «Затем, когда гул и бушевание огня усиливались, на газетном листе появлялось рыжее, темнеющее пятно и вдруг прорывалось, вспыхивал весь лист, тяга мгновенно его всасывала, он улетал в трубу...» (В. В. Набоков. Подвиг).

Почему пепел от газетного листа улетал в трубу, а не падал на дрова, горевшие в камине? (Горячий воздух поднимается вверх, поэтому и пепел, в потоке этого воздуха, устремился вверх.)

4. «Педро посмотрел вниз и увидел, что лодки, оставленные на ночь на воде, отвязаны. Ночной бриз отнес их довольно далеко в открытый океан.

Теперь утренним бризом их медленно несло к берегу. Весла шлюпок, разбросанные по воде, плавали по заливу...» (А. Р. Беляев. Человек Амфибия).

Каковы причины вечернего и утреннего бризов? (Вода нагревается медленнее, чем суша, по и медленнее остывает.)

По пословицам и поговоркам

5. Снег - одеяло для пшеницы: чем толще, тем лучше ей спится.

Каков физический смысл этой китайской пословицы? Почему, когда на полях много снега, посевы не вымерзают? (Снег обладает очень плохой теплопроводностью, так как между снежинками находится воздух, который является плохим проводником тепла. Поэтому снег можно сравнить с одеялом, которое не дает холоду подобраться к зерну.)

6. Дым столбом - к морозу.

А почему дым столбом? (В безветренную погоду легкий теплый воздух устремляется вверх, не испытывая боковых воздействий атмосферного воздуха.)

По загадкам

7. Свет пропускает,

А тепло не выпускает. (Стекло.)

Какое излучение поглощается стеклом, а какое пропускается? (Стекло поглощает ультрафиолетовое излучение, а пропускает тепловое (инфракрасное).)

8. Два арапа - родные братья,

Ростом по колено,

Везде с нами гуляют,

От мороза защищают. (Сапоги.)

Какие сапоги защищают от мороза лучше: тесные или просторные? (Просторные: так как воздух плохо проводит тепло, он является еще одной прослойкой в сапоге, которая задерживает тепло.)

9. Зимой нет теплее,

Летом нет холоднее. (Погреб.)

Почему? (Холодный воздух опускается вниз, поэтому летом в погребе прохладно. Зимой погреб утепляют, а, как известно, воздух — плохой проводник тепла, следовательно, тепло в погребе сохраняется.)

10. Под окошком гармонь

Горяча, как огонь. (.Батарея отопления.)

Почему батареи устанавливают именно под окнами? (Нагретый ими воздух создает в помещении тепловую завесу и, перемещаясь вследствие конвекции по комнате, практически равномерно обогревает ее.)

Задачи для любителей биологии

1. Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу даже в Заполярье. Под такой одежкой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 40 °С. И чем севернее живет шмель, тем он крупнее и лохматее. В тропиках шмелей нет - перегреваются.

Почему шубка спасает шмелей от замерзания? (Шубка шмеля плохо проводит тепло, так как между ворсинками находится воздух, у которого теплопроводность мала.)

2. Как только устанавливаются холода, пчелы скучиваются на сотах и образуют плотный шар. Прижавшись друг к дружке, они всю зиму поддерживают температуру около 12 °С. Таким образом пчелы сами себя греют. А вот вентиляция им необходима, ведь в противном случае вся влага, выдыхаемая пчелами, оседает внутри улья в виде инея.

Почему пчелам удается согревать себя зимой? (Между пчелами остается воздух, который плохо проводит тепло и предохраняет от вымерзания.)

3. Теплоизоляция тела летящей птицы обеспечивается прослойкой неподвижного воздуха над поверхностью кожи (пограничный слой), а затем кожным и подкожным жиром. Перья, мех и одежда сохраняют пограничный слой воздуха. Степень достигаемой при этом теплоизоляции зависит от толщины воздушной прослойки.

Почему воздух служит теплоизоляцией? (Воздух является плохим проводником тепла и предохраняет кожу от перегрева и переохлаждения.)

Физические эксперименты

1. Исследование теплопроводности металлических образцов.

Приборы и материалы: спиртовка; 30-сантиметровые куски стальной, медной, алюминиевой, нихромовой проволоки; пластилин; гвоздики; штатив; часы.

Задание: закрепите проволоку горизонтально одним концом в штативе; на расстоянии 5 см от другого конца и через 5 см один от другого подвесьте к ней (на пластилине) четыре гвоздика. Нагревая проволоку со свободного конца, наблюдайте за падением гвоздиков. Сделайте вывод.

Проволока	Время до падения гвоздиков, с
	1 -го - 5 см	2-го - 10 см	3-го - 15 см	4-го - 20 см
Медная	20	50	75	110
Алюминиевая	65	140	200	240
Нихромовая	35	70	100	125
Стальная	40	85	130	180

Вывод: для осуществления теплопередачи нужно время, зависящее от свойств материала и расстояния между данной точкой и источником тепла.

2. Исследование конвекции в воде.

Приборы и материалы: прозрачный сосуд с водой, спиртовка, раствор марганца, стеклянная трубка.

Задание: укрепите сосуд над спиртовкой. Добавляйте понемногу раствор марганца, используя стеклянную трубку; наблюдайте движение жидкости при нагревании. Сделайте вывод.

Номер опыта	1	2
Схематический чертеж

Вывод: с ростом температуры скорость конвекции растет.

Домашние эксперименты (Я. И. Перельман)

1. Возьмите воздушный шарик и привяжите к нему небольшой груз, чтобы он не упирался в потолок. Поднесите его к печке или батарее и пронаблюдайте за движением шарика по комнате. Объясните это движение. (Шарик движется вверх под действием потока теплого воздуха.)

2. Вырежьте из бумажного круга радиусом 20-30 см змейку и, подвязав ее за конец к веревочке, аккуратно поднесите к нагретому Предмету. Объясните вращение змейки. (Змейка вращается в потоке восходящего теплого воздуха.)

3. Сделайте из бумаги коробочку. Аккуратно налейте в нее воды и поднесите к горелке, через некоторое время вода в коробочке закипит. Объясните, почему не загорелась коробочка. (Бумага коробки отдает полученное тепло и не успевает нагреваться от температуры возгорания.)

Проверка знаний и умений.

Индивидуальные карточки-задания

1	2
1. На каких способах теплопередачи основано отопление? (На теплопроводности и конвекции.) 2. Почему двойные рамы лучше предохраняют от холода, чем одинарные? (Воздух между рамами плохо проводит тепло.) 3. Какие из веществ: бумага, солома, серебро, чугун - имеют наибольшую теплопроводность? (Серебро, чугун.) 4. Какие из веществ: бумага, вата, железо, медь - имеют наименьшую теплопроводность? (Бумага, вата) 5. В какой цвет окрашивают наружные поверхности самолетов, искусственных спутников Земли, воздушных шаров, чтобы избежать перегрева? (Серебристый, белый.)	1. Какие способы теплопередачи отвечают за нагревание воды в кастрюле? (Тетопроводность и конвекция.) 2. Чтобы деревья зимой не вымерзли, приствольные круги посыпают соломой, опилками, торфом. Для чего? (Опилки, торф, солома являются плохими проводниками тепла.) 3. Какие из веществ: мех, свинец, алюминий, воздух - обладают хорошей теплопроводностью? (Свинец, алюминий.) 4. Какие вещества обладают плохой теплопроводностью: медь, кислород, метан, цинк? (Кислород, метан.) 5. В каких телах теплопередача происходит главным образом теплопроводностью? (В металлах.)
3	4
1. Благодаря какому способу теплопередачи можно греться у костра, печки? (Благодаря излучению.) 2. При одной и той же температуре металлические предметы на ощупь кажутся холоднее других. Почему? (Они являются хорошими проводниками тепла.) 3. Какие из веществ: вода, хлопок, латунь, алюминий — обладают хорошей теплопроводностью? (Латунь, алюминий.) 4. Какие из веществ: ватин, древесина, платина, алюминий - обладают плохой теплопроводностью? (Ватин, древесина.) 5. Можно ли предсказать направление ветра на берегу моря в жаркий летний день? (Да, ветер будет дуть с моря на сушу.)	1. Благодаря какому способу теплопередачи надеваются нижние слои атмосферы? (Благодаря конвекции.) 2. Почему ручку у кочерги делают деревянной? (Дерево плохо проводит тетю, поэтому при работе с кочергой человек не будет обжигать руки.) 3. Какие из веществ: кирпич, олово, пробка, сталь - обладают хорошей теплопроводностью? (Олово, сталь.) 4. Какие из веществ: пробка, кирпич, олово, сталь - обладают плохой теплопроводностью? (Пробка, кирпич.) 5. В каких телах теплопередача может происходить излучением? (Во всех телах.)