Урок 3. Теплопередача.Виды теплопередачи.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА (или теплообмен)- один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.   

Существует 3 вида теплопередачи: Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними. Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене. Это является частным случаем закона сохранения энергии.

КОНВЕКЦИЯ- это перенос энергии струями жидкости или газа.
При конвекции происходит перенос вещества в пространстве.
Объяснить явление конвекции можно тепловым расширением тел и законом Архимеда . 
Конвекция невозможна в твёрдых телах.
Интенсивность конвекции зависит от разности температур слоев жидкости или газа и агрегатного состояния вещества. 

Красивый опыт с конвекцией жидкости.

Возьмите большую стеклянную банку с широким горлышком и заполните ее чистой холодной водой. В другой небольшой (чтобы проходил через горло большой банки) керамический сосуд налейте очень горячей подкрашенной обычными красками или марганцовкой (зеленкой) воды. Закрыв пальцем горлышко маленького сосуда, опустите его на дно большой банки с водой.
Струйки горячей подкрашенной жидкости, извиваясь, начнут подниматься к поверхности. Вы будете наблюдать явление конвекции в жидкости, когда более легкая горячая жидкости, перемешиваясь с холодной водой, устремится вверх.

Излучение - это перенос энергии путем испускания электромагнитных волн.
Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, то часть его отражается, а часть ими поглощается. При поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются.

Все окружающие нас предметы излучают тепло в той или иной мере. 

 

ИНТЕРЕСНО

Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма!| - 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. Не сопровождается переносом вещества!Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.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.При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая. Интересно, что можно было бы поднести руку почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура больше 1000 градусов) и не обжечь ее, если бы … А что если бы? Газ, как правило, очень плохой проводник тепла, поэтому достаточно было бы лишь небольшой прослойки воздуха между рукой и пламенем. Но!Но существует такое явление, как конвекция в газах, поэтому вблизи пламени руку сильно жжет. Знаешь ли ты, что ...Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.Это не сказка, не фантастика!Такой проект реально разработан и испытан!Итальянские ученые изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Ученые обещают, что летом в ней не будет жарко, а зимой – холодно, поскольку она сшита из специальных материалов. Подобные материалы уже используются при космических полетах. В старых пулеметах "Максим" нагревание воды предохраняло оружие от расплавления.На кухне, поднимая посуду , наполненную горячей жидкостью, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все прмежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной - водой. Смотри, не обожгись! ЕСЛИ...... положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало - холоднее. Почему? Ведь температура окружающего воздуха одинаковая! Стекло - хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет "отбирать" от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет , нагреваясь, "отбирать" тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ ?

Змеи отлично воспринимают тепловое излучение, но не глазами, а кожей. Поэтому и в полной темноте они способны обнаружить теплокровную жертву.

Гремучие змеи и сибирские щитомордники реагируют на изменения температуры до тысячной доли градуса.

Глаза таракана чувствуют колебания температуры в сотую долю градуса.

ДОМАШНИЕ ОПЫТЫ

Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Объясните, почему бумага загорелась не сразу.Используйте свои руки как термодатчики – обследуйте окружающие вас предметы. Найдите самые холодные на ощупь, сделайте вывод об их теплопроводности. По своим ощущениям составьте список веществ, обладающих разной теплопроводностью, от самой хорошей до самой плохой. Подберите ложки из разных материалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и т.д.). Опустите их наполовину в сосуд с горячей водой. Через 1–2 мин проверьте, одинаково ли нагрелись их ручки. Проанализируйте результат.Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий– в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу. Приготовьте в морозилке лед. Сложите его в целлофановый пакет и оберните пуховым платком или обложите ватой. Можно дополнительно завернуть в шубу. Оставьте этот сверток на 5–7 ч,затем проверьте сохранность льда. Объясните наблюдаемое состояние. Предложите дома способ сохранения замороженных продуктов при размораживании холодильника.ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ !1. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая? Почему?2. Почему толстый человек в холоднойводе меньше мерзнет, чем худой?3. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20 градусов Цельсия, но в воде мерзнет при температуре 25 градусов Цельсия. Почему?4. Если зимой к замерзшему стеклу( покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше. Почему?

1. Почему листья осины колеблются в безветренную погоду?

2. Почему оконные стекла начинают замерзать снизу раньше и в большей мере, чем сверху?

3. Почему тонкая полиэтиленовая пленка предохраняет растение от ночного холода?

4. Когда парусным судам удобнее входить в гавань: днем или ночью?

ОПЫТЫ ПОКАЗЫВАЮТ

- темные тела лучше нагреваются излучением, чем блестящие;

- мощность излучения зависит не только от температуры излучающего тела, но и от его цвета.
Сильнее всего излучают при данной температуре черные тела, гораздо слабее — белые.

- характер излучения зависит от температуры тела:
при температурах до 600 °С тела испускают невидимое инфракрасное излучение, которое хорошо чувствуется кожей;
при температурах около 800 °С тела испускают больше энергии и появляется видимое излучениевишнево-красного цвета;
при температуре тела 1000—2000 °С возникает излучение оранжевого и желтого цвета.
при температуре 6000 °С ( на поверхности Солнца) излучение становится голубовато-белым;
при температуре 10 000—15 000 °С цвет излучения становится голубым.

ПРИГОТОВЛЕНИЕ ПИЩИ 
С ПОМОЩЬЮ МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ

С помощью коротких радиоволны сантиметрового диапазона можно в считанные секунды нагреть еду, так как вода (основная составляющая пищи) обладает способностью сильно поглощатьэлектромагнитные волны высокой частоты. Поэтому продукты, содержащие воду, можно нагревать чрезвычайно быстро. На этом принципе поглощения электромагнитных волн и устроены микроволновые печи, в которых блюдо можно приготовить в считанные секунды. Источником электромагнитного излучения в микроволновке является высоковольтный вакуумный прибор – магнетрон. Энергия, переносимая электромагнитными волнами, излучением передается веществу, которым они поглощаются. В результате внутренняя энергия пищи увеличивается, что и приводит к повышению температуры еды.