Tepelná vodivosť je prenos energie delta Q z viac zahrievaných častí tela T1 do menej zahrievaných častí T2.
Zákon tepelnej vodivosti: teplo delta Q prenesené cez prvok plochy delta S v čase delta t je úmerné teplotnému gradientu dT/dx, ploche delta S a času delta t
Delta Q = -X * (dT/dx) * delta S * delta t
X - súčiniteľ tepelnej vodivosti.
Podstata tepelnej vodivosti
K tepelnému vedeniu dochádza v dôsledku pohybu tepla a interakcie jeho základných častíc navzájom. Proces vedenia tepla spôsobuje, že teplota celého tela je rovnaká.
Prevádzaná energia je typicky definovaná ako hustota tepelného toku úmerná teplotnému gradientu. Tento koeficient úmernosti sa nazýva koeficient tepelnej vodivosti.
Tepelná vodivosť je vlastnosť telies prenášať teplo na základe výmeny tepla, ku ktorej dochádza medzi atómami a molekulami tela.
Pri tepelnom vedení nedochádza k prenosu látky z jedného konca telesa na druhý. Kvapaliny majú nízku tepelnú vodivosť, s výnimkou ortuti a roztavených kovov.
To všetko je spôsobené tým, že molekuly sú na rozdiel od pevných látok umiestnené ďaleko od seba. Plyny majú ešte menšiu tepelnú vodivosť, pretože jeho molekuly sú ešte vo väčšej vzdialenosti ako molekuly kvapalín.
Vlna, vlasy a papier majú nízku tepelnú vodivosť. Je to spôsobené tým, že medzi vláknami týchto látok je vzduch. Tepelná vodivosť rôznych látok je odlišná
Domy sa stavajú z tehál a guľatiny, pretože majú zlú tepelnú vodivosť a dokážu v miestnosti udržať chlad alebo teplo. Plastové rúčky sa vyrábajú na panvice, aby sa nepopálili, pretože majú zlú tepelnú vodivosť.
Podstata konvekcie
Konvekcia je ďalším typom prenosu tepla, pri ktorom sa energia prenáša samotnými prúdmi kvapalín a plynov.
Príklad: vo vykúrenej miestnosti podľa konvencie teplý vzduch stúpa a studený klesá dole.
Tepelný tok Q - množstvo tepla W, J prechádzajúceho daným povrchom v smere normály k nemu za čas T, C
Ak je množstvo odovzdaného tepla W vo vzťahu k ploche povrchu F a času T, potom dostaneme hodnotu:
Hustota tepelného toku sa meria vo W/m2
Existujú dva typy konvekcie - prirodzené a nútené.
Smerom k prirodzenej konvekcii označuje vykurovanie miestnosti, zahrievanie tela počas tepla (prirodzene).
Smerom k nútenej konvekcii To zahŕňa miešanie čaju lyžičkou, používanie ventilátora na chladenie miestnosti (neprirodzene)
Ku konvekcii nedochádza, ak sa kvapaliny zohrievajú zhora (správne zdola), pretože zohriate vrstvy nemôžu klesnúť pod studené, pretože sú ťažšie.
PRENOS TEPLA (alebo výmena tepla) je jedným zo spôsobov, ako zmeniť vnútornú energiu telesa (alebo sústavy telies), pričom vnútorná energia jedného telesa sa prenáša na vnútornú energiu iného telesa bez vykonania mechanickej práce.
Výmena tepla medzi dvoma médiami prebieha cez pevnú stenu, ktorá ich oddeľuje, alebo cez rozhranie medzi nimi.
Teplo môže prechádzať len z telesa s vyššou teplotou na teleso s nižšou teplotou.
Výmena tepla prebieha vždy tak, že pokles vnútornej energie niektorých telies je vždy sprevádzaný rovnakým nárastom vnútornej energie iných telies podieľajúcich sa na výmene tepla.
Existujú tri typy prenosu tepla: vedenie, prúdenie a žiarenie.
TEPELNÁ VODIVOSŤ - prenos energie z viac zahrievaných oblastí tela do menej zahrievaných v dôsledku tepelného pohybu a interakcie mikročastíc (atómov, molekúl, iónov atď.).
Vedie k vyrovnaniu telesnej teploty. Nesprevádza prenos látok!
Tento typ prenosu vnútornej energie je charakteristický ako pre pevné látky, tak aj pre kvapaliny a plyny.
Tepelná vodivosť rôznych látok je odlišná.
Existuje závislosť tepelnej vodivosti od hustoty látky.
KONVEKCIA je prenos energie prúdmi kvapaliny alebo plynu.
Konvekcia nastáva v dôsledku miešania látok v kvapalnom alebo plynnom médiu.
V pevných látkach nie je možná konvekcia.
Existuje závislosť rýchlosti prúdenia od hustoty látky a od rozdielu teplôt medzi telesami, ktoré sú v kontakte.
Konvekcia môže byť prirodzená alebo nútená, napríklad pomocou ventilátora.
ŽIARENIE
Všetky predmety okolo nás vyžarujú teplo do jedného alebo druhého stupňa. Vyžarovaním energie sa telesá ochladzujú.
Čím vyššia je telesná teplota, tým intenzívnejšie je tepelné žiarenie.
Tepelné (infračervené) žiarenie oko nevníma.
Prenos tepla sálaním je možný v akejkoľvek látke a vo vákuu.
Telesá sú schopné nielen vyžarovať, ale aj pohlcovať tepelné žiarenie a pri tom sa zahrievajú.
Tmavé telesá absorbujú žiarenie lepšie ako svetlé telesá alebo tie so zrkadlovým či lešteným povrchom a lepšie vyžarujú.
Ako fantasticky by vyzeral svet okolo nás, keby sme videli tepelné žiarenie iných telies, ktoré je pre naše oči nedostupné!
Para je plynné skupenstvo látky v podmienkach, keď plynná fáza môže byť v rovnováhe s kvapalnou alebo pevnou fázou tej istej látky. Proces výstupu pary z kvapalnej (tuhej) fázy sa nazýva „vyparovanie“. Opačný proces sa nazýva kondenzácia. Pri nízkych tlakoch a vysokých teplotách sa vlastnosti pary približujú vlastnostiam ideálneho plynu. V hovorovej reči slovo „para“ takmer vždy označuje vodnú paru. Dvojice iných látok sú výslovne uvedené.
Výmena tepla- je to proces zmeny vnútornej energie bez toho, aby sa vykonala práca na tele alebo na tele samotnom.
Výmena tepla vždy prebieha v určitom smere: od telies s vyššou teplotou k telesám s nižšou teplotou.
Keď sa telesné teploty vyrovnajú, výmena tepla sa zastaví.
Výmena tepla sa môže uskutočniť tromi spôsobmi:
- tepelná vodivosť
- konvekcia
- žiarenia
Tepelná vodivosť
Tepelná vodivosť- jav prenosu vnútornej energie z jednej časti tela do druhej alebo z jedného telesa na druhé pri ich priamom kontakte.
Najväčšiu tepelnú vodivosť majú kovy- majú ho stokrát viac ako voda. Výnimkou sú ortuť a olovo., ale tu je tepelná vodivosť desaťkrát väčšia ako voda.
Keď bola kovová pletacia ihlica spustená do pohára s horúcou vodou, veľmi skoro sa zahrial aj koniec pletacej ihly. V dôsledku toho môže byť vnútorná energia, ako každý druh energie, prenášaná z jedného tela do druhého. Vnútorná energia sa môže prenášať z jednej časti tela do druhej. Takže napríklad, ak sa jeden koniec klinca zahrieva v plameni, jeho druhý koniec, ktorý sa nachádza v ruke, sa postupne zahreje a spáli ruku.
K ohrevu panvice na elektrickom sporáku dochádza prostredníctvom tepelnej vodivosti.
Poďme študovať tento jav vykonaním série experimentov s pevnými látkami, kvapalinami a plynmi.
Priložíme koniec drevenej palice do ohňa. Zapáli sa. Druhý koniec tyče, ktorý sa nachádza vonku, bude studený. znamená, drevo má zlú tepelnú vodivosť.
Priblížime koniec tenkej sklenenej tyčinky k plameňu liehovej lampy. Po určitom čase sa zahreje, ale druhý koniec zostane studený. Preto a sklo má zlú tepelnú vodivosť.
Ak zahrejeme koniec kovovej tyče v plameni, veľmi skoro sa celá tyč veľmi zahreje. Už to nebudeme môcť držať v rukách.
znamená, kovy dobre vedú teplo, to znamená, že majú vysokú tepelnú vodivosť. Striebro a meď majú najväčšiu tepelnú vodivosť.
Tepelná vodivosť rôznych látok je odlišná.
Vlna, vlasy, vtáčie perie, papier, korok a iné porézne telesá majú zlú tepelnú vodivosť. Je to spôsobené tým, že medzi vláknami týchto látok je obsiahnutý vzduch. Najnižšiu tepelnú vodivosť má vákuum (priestor zbavený vzduchu). Vysvetľuje to skutočnosť, že tepelná vodivosť je prenos energie z jednej časti tela do druhej, ku ktorému dochádza pri interakcii molekúl alebo iných častíc. V priestore, kde nie sú žiadne častice, nemôže dôjsť k vedeniu tepla.
Ak je potrebné chrániť telo pred ochladením alebo zahrievaním, potom sa používajú látky s nízkou tepelnou vodivosťou. Takže pre hrnce a panvice sú rukoväte vyrobené z plastu. Domy sú postavené z guľatiny alebo tehál, ktoré majú zlú tepelnú vodivosť, čo znamená, že sú chránené pred ochladením.
Konvekcia
Konvekcia je proces prenosu tepla, ktorý sa uskutočňuje prenosom energie prúdmi kvapaliny alebo plynu.
Príklad javu konvekcie: malý papierový veterník umiestnený nad plameňom sviečky alebo žiarovky sa vplyvom stúpajúceho ohriateho vzduchu začne otáčať. Tento jav možno vysvetliť takto. Vzduch prichádzajúci do kontaktu s teplou lampou sa ohrieva, expanduje a stáva sa menej hustým ako studený vzduch, ktorý ho obklopuje. Archimedova sila, ktorá pôsobí na teplý vzduch zo strany studeného vzduchu zdola nahor, je väčšia ako sila gravitácie, ktorá pôsobí na teplý vzduch. Výsledkom je, že ohriaty vzduch „pláva“, stúpa a na jeho miesto nastupuje studený vzduch.
Počas konvekcie sa energia prenáša samotnými prúdmi plynu alebo kvapaliny.
Existujú dva typy konvekcie:
- prirodzené (alebo zadarmo)
- nútený
Aby v kvapalinách a plynoch mohlo dôjsť ku konvekcii, musia sa zospodu ohrievať.
Konvekcia nemôže nastať v pevných látkach.
Žiarenie
Žiarenie- elektromagnetické žiarenie vyžarované v dôsledku vnútornej energie látkou nachádzajúcou sa pri určitej teplote.
Sila tepelného žiarenia z objektu, ktorý spĺňa kritériá čierneho telesa, je opísaná Stefan-Boltzmannov zákon.
Je popísaný vzťah medzi emisnými a absorpčnými schopnosťami telies Kirchhoffov radiačný zákon.
Prenos energie sálaním sa líši od iných typov prenosu tepla: it môže prebiehať v úplnom vákuu.
Všetky telesá vyžarujú energiu: silne zahriate aj slabo zahriate, napríklad ľudské telo, sporák, elektrická žiarovka atď. Ale čím vyššia je teplota telesa, tým viac energie odovzdáva žiarením. V tomto prípade je energia čiastočne absorbovaná týmito telesami a čiastočne odrazená. Pri absorpcii energie sa telesá zahrievajú rôzne v závislosti od stavu povrchu.
Telesá s tmavým povrchom absorbujú a vyžarujú energiu lepšie ako telesá so svetlým povrchom. Telesá s tmavým povrchom sa zároveň ochladzujú žiarením rýchlejšie ako telesá so svetlým povrchom. Napríklad v kanvici svetlej farby zostáva horúca voda pri vysokej teplote dlhšie ako v tmavej.
Prednáška 11. Spôsoby prenosu tepla. Teplotné pole. Tepelná vodivosť. Konvekcia. Žiarenie. Výmena tepla. Prenos tepla.
1. Latypov R.Sh., Sharafiev R.G. Technická termodynamika a energetická technológia chemickej výroby.-M.: Energoatomizdat, 1998.-344 s.
2. Baskakov A.P. Tepelná technika.-M.: Energoatomizdat, 1991.-244 s.
3. Alabovsky A.N., Konstantinov S.M., Neduzhiy A.N. Tepelná technika.-Kyjev: Vyshcha Shkola, Head Publishing House, 1986.-255 s.
4. Aleksandrov A.A., Grigoriev B.A. Tabuľky termofyzikálnych vlastností vody a vodnej pary. Adresár.-M.: Vydavateľstvo MPEI, 1994.- 168 s.
5. Larikov N.N. Tepelné inžinierstvo: Učebnica pre vysoké školy. - 3. vydanie, prepracované. a ďalšie - M.; Stroyizdat, 1985 -432 s.
Prednáška 11. Spôsoby prenosu tepla. Teplotné pole. Tepelná vodivosť. Konvekcia. Žiarenie. Výmena tepla. Prenos tepla.
teplo - kinetická časť vnútornej energie látky, určená intenzívnym chaotickým pohybom molekúl a atómov, z ktorých sa táto látka skladá. Teplota je mierou intenzity molekulárneho pohybu. Množstvo tepla, ktoré má teleso pri danej teplote, závisí od jeho hmotnosti; napríklad pri rovnakej teplote obsahuje veľká šálka vody viac tepla ako malá a vedro studenej vody môže obsahovať viac tepla ako šálka horúcej vody (hoci teplota vody vo vedre je nižšia) . Teplo zohráva dôležitú úlohu v živote človeka, vrátane fungovania jeho tela. Časť chemickej energie obsiahnutej v potravinách sa premieňa na teplo, čím sa telesná teplota udržiava okolo 37 stupňov Celzia. Tepelná bilancia ľudského tela závisí aj od teploty okolia a ľudia sú nútení minúť veľa energie na vykurovanie obytných a priemyselných priestorov v zime a ich chladenie v lete. Väčšinu tejto energie dodávajú tepelné motory, ako sú kotly a parné turbíny v elektrárňach, ktoré spaľujú fosílne palivá (uhlie, ropa) a vyrábajú elektrinu.
Do konca 18. stor. teplo sa považovalo za hmotnú látku, pričom sa verilo, že teplota tela je určená množstvom „kalorickej tekutiny“ alebo „kalorickej“, ktorú obsahuje. Neskôr B. Rumford, J. Joule a ďalší fyzici tej doby prostredníctvom dômyselných experimentov a úvah vyvrátili „kalorickú“ teóriu, čím dokázali, že teplo je beztiažové a možno ho získať v akomkoľvek množstve jednoducho mechanickým pohybom. Teplo samo o sebe nie je látka - je to len energia pohybu jeho atómov alebo molekúl. Presne tohto chápania tepla sa drží moderná fyzika.
Prenos tepla je proces prenosu tepla v tele alebo z jedného telesa do druhého, spôsobený teplotným rozdielom. Intenzita prenosu tepla závisí od vlastností látky, teplotného rozdielu a riadi sa experimentálne stanovenými prírodnými zákonmi. Na vytvorenie efektívne fungujúcich vykurovacích alebo chladiacich systémov, rôznych motorov, elektrární a tepelnoizolačných systémov je potrebné poznať princípy prenosu tepla. V niektorých prípadoch je výmena tepla nežiaduca (tepelná izolácia taviacich pecí, kozmických lodí a pod.), inde by mala byť čo najväčšia (parné kotly, výmenníky tepla, kuchynské náčinie).
Prenos tepla je výmena tepla medzi dvoma chladivami cez pevnú stenu, ktorá ich oddeľuje, alebo cez rozhranie medzi nimi. Prenos tepla zahŕňa prenos tepla z teplejšej tekutiny na stenu, tepelnú vodivosť V steny, prenos tepla zo steny do chladnejšieho pohybujúceho sa média. Intenzitu prestupu tepla pri prestupe tepla charakterizuje súčiniteľ prestupu tepla k,číselne sa rovná množstvu tepla, ktoré sa prenesie cez jednotku povrchu steny za jednotku času s rozdielom teplôt medzi kvapalinami 1 K; rozmer k- Ut/(m 2 ․K) [ kcal/m 2 °C)]. Rozsah R, prevrátená hodnota súčiniteľa prestupu tepla sa nazýva celkový tepelný odpor. Napríklad, R jednovrstvová stena
Kde α 1 a α 2 - koeficienty prestupu tepla z horúcej kvapaliny na povrch steny a z povrchu steny do studenej kvapaliny; δ - hrúbka steny; λ - súčiniteľ tepelnej vodivosti.
Existovať tri hlavné typy prenosu tepla: tepelná vodivosť, prúdenie a prenos tepla sálaním.
Tepelná vodivosť. Ak je vo vnútri telesa teplotný rozdiel, potom sa tepelná energia presúva z teplejšej časti tela do chladnejšej časti. Tento typ prenosu tepla, spôsobený tepelnými pohybmi a zrážkami molekúl, sa nazýva tepelná vodivosť; pri dostatočne vysokých teplotách v pevných látkach sa dá pozorovať vizuálne. Keď sa teda oceľová tyč ohrieva z jedného konca v plameni plynového horáka, tepelná energia sa prenáša pozdĺž tyče a žiara sa šíri do určitej vzdialenosti od ohrievaného konca (stále menej intenzívna so vzdialenosťou od miesta ohrevu). ). Intenzita prestupu tepla vplyvom tepelnej vodivosti závisí od teplotného spádu, t.j. vzťah D T/D X teplotný rozdiel na koncoch tyče na vzdialenosť medzi nimi. Závisí tiež od plochy prierezu tyče (v m2) a súčiniteľa tepelnej vodivosti materiálu [v zodpovedajúcich jednotkách W/(mDK)]. Vzťah medzi týmito veličinami odvodil francúzsky matematik J. Fourier a má nasledujúcu podobu:
Kde q- tepelný tok, k je súčiniteľ tepelnej vodivosti a A– plocha prierezu. Tento pomer sa nazýva Fourierov zákon tepelnej vodivosti; znamienko mínus v ňom znamená, že teplo sa prenáša v smere opačnom k teplotnému gradientu Z Fourierovho zákona vyplýva, že tepelný tok možno znížiť znížením jednej veličiny - koeficientu tepelnej vodivosti, plochy alebo teplotného gradientu. Pre budovy v zimných podmienkach sú tieto hodnoty prakticky konštantné, a preto na udržanie požadovanej teploty v miestnosti zostáva znížiť tepelnú vodivosť stien, t.j. zlepšiť ich tepelnú izoláciu.
Tepelná vodivosť kovov je spôsobená vibráciami kryštálovej mriežky a pohybom veľkého počtu voľných elektrónov (niekedy nazývaných elektrónový plyn). Pohyb elektrónov je zodpovedný aj za elektrickú vodivosť kovov, preto nie je prekvapujúce, že dobré vodiče tepla (napríklad striebro alebo meď) sú zároveň dobrými vodičmi elektriny. Tepelný a elektrický odpor mnohých látok prudko klesá, keď teplota klesá pod teplotu tekutého hélia (1,8 K). Tento jav, nazývaný supravodivosť, sa používa na zlepšenie účinnosti mnohých zariadení, od mikroelektronických zariadení po elektrické vedenia a veľké elektromagnety.
Konvekcia. Ako sme už povedali, pri privádzaní tepla do kvapaliny alebo plynu sa zvyšuje intenzita pohybu molekúl a v dôsledku toho sa zvyšuje tlak. Ak kvapalina alebo plyn nie sú obmedzené v objeme, potom expandujú; lokálna hustota kvapaliny (plynu) sa zmenšuje a vďaka vztlakovým (archimedovským) silám sa ohriata časť média pohybuje nahor (preto teplý vzduch v miestnosti stúpa od radiátorov k stropu). Tento jav sa nazýva konvekcia. Aby ste neplytvali teplom vykurovacieho systému, musíte použiť moderné ohrievače, ktoré zabezpečujú nútenú cirkuláciu vzduchu. Konvekčný tepelný tok z ohrievača do ohrievaného média závisí od počiatočnej rýchlosti pohybu molekúl, hustoty, viskozity, tepelnej vodivosti a tepelnej kapacity a média; Veľkosť a tvar ohrievača sú tiež veľmi dôležité. Vzťah medzi zodpovedajúcimi veličinami sa riadi Newtonovým zákonom
q = hA (T W - T ¥),
Kde q- tepelný tok (meraný vo wattoch), A- plocha zdroja tepla (v m2), T W A T¥ – teploty zdroja a jeho prostredia (v Kelvinoch). Súčiniteľ prestupu tepla konvekciou h závisí od vlastností média, počiatočnej rýchlosti jeho molekúl, ako aj od tvaru zdroja tepla a meria sa v jednotkách W/(m 2 xK). Rozsah h nie je to isté pre prípady, keď je vzduch okolo ohrievača stacionárny (voľná konvekcia) a keď je rovnaký ohrievač v prúde vzduchu (nútená konvekcia). V jednoduchých prípadoch prietoku tekutiny potrubím alebo prúdenia okolo rovného povrchu koeficient h dá sa teoreticky vypočítať. Doposiaľ však nebolo možné nájsť analytické riešenie problému konvekcie pre turbulentné prúdenie média. Turbulencia je zložitý pohyb kvapaliny (plynu), chaotický v mierke podstatne väčšej ako je tá molekulárna. Ak je vyhrievané (alebo naopak studené) teleso umiestnené v stacionárnom médiu alebo v prúdení, potom sa okolo neho vytvárajú konvekčné prúdy a hraničná vrstva. Teplota, tlak a rýchlosť pohybu molekúl v tejto vrstve zohrávajú dôležitú úlohu pri určovaní koeficientu prestupu tepla konvekciou. Konvekcia sa musí brať do úvahy pri navrhovaní výmenníkov tepla, klimatizačných systémov, vysokorýchlostných lietadiel a mnohých ďalších aplikáciách. Vo všetkých takýchto systémoch sa tepelná vodivosť vyskytuje súčasne s konvekciou, a to medzi pevnými telesami aj v ich prostredí. Pri zvýšených teplotách môže hrať významnú úlohu aj prenos tepla sálaním.
Prenos tepla sálaním. Tretí typ prenosu tepla - prenos tepla sálaním - sa líši od tepelnej vodivosti a konvekcie tým, že teplo sa v tomto prípade môže prenášať cez vákuum. Jeho podobnosť s inými spôsobmi prenosu tepla spočíva v tom, že je spôsobený aj teplotnými rozdielmi. Tepelné žiarenie je druh elektromagnetického žiarenia. Jeho ďalšie typy - rádiové vlny, ultrafialové a gama žiarenie - vznikajú pri absencii teplotného rozdielu. Tepelné žiarenie môže byť sprevádzané emisiou viditeľného svetla, ale jeho energia je malá v porovnaní s energiou žiarenia z neviditeľnej časti spektra.
Intenzita prenosu tepla vedením a konvekciou je úmerná teplote a sálavý tepelný tok je úmerný štvrtej mocnine teploty a riadi sa Stefan-Boltzmannovým zákonom.
kde, ako predtým, q– tepelný tok (v jouloch za sekundu, t.j. vo W), A je plocha vyžarujúceho telesa (v m2) a T 1 a T 2 – teploty (v Kelvinoch) vyžarujúceho telesa a prostredia pohlcujúceho toto žiarenie. Koeficient s sa nazýva Stefan-Boltzmannova konštanta a rovná sa (5,66961 x 0,00096) x 10 –8 W/(m 2 DK 4).
Prezentovaný zákon tepelného žiarenia platí len pre ideálny žiarič - takzvané absolútne čierne teleso. Žiadne skutočné telo nie je také, hoci plochý čierny povrch sa svojimi vlastnosťami približuje absolútne čiernemu telesu. Svetlé povrchy vyžarujú pomerne slabo. Aby sa vzala do úvahy odchýlka od ideality mnohých „sivých“ telies, do pravej strany výrazu opisujúceho Stefanov-Boltzmannov zákon sa zavedie koeficient menší ako jednota, nazývaný emisivita. Pre plochý čierny povrch môže tento koeficient dosiahnuť 0,98 a pre leštené kovové zrkadlo nepresahuje 0,05. V súlade s tým je kapacita absorpcie žiarenia vysoká pre čierne teleso a nízka pre zrkadlové teleso.
Obytné a kancelárske priestory sú často vykurované malými elektrickými žiaričmi tepla; červenkastá žiara ich špirál je viditeľné tepelné žiarenie, blízko okraja infračervenej časti spektra. Miestnosť je vykurovaná teplom, ktoré je prenášané najmä neviditeľnou, infračervenou časťou žiarenia. Zariadenia na nočné videnie využívajú zdroj tepelného žiarenia a prijímač citlivý na infračervené žiarenie, aby umožnili videnie v tme.
Slnko je silným žiaričom tepelnej energie; ohrieva Zem aj na vzdialenosť 150 miliónov km. Intenzita slnečného žiarenia zaznamenaná rok čo rok stanicami umiestnenými v mnohých častiach zemegule je približne 1,37 W/m2. Slnečná energia je zdrojom života na Zemi. Hľadajú sa spôsoby, ako ho čo najefektívnejšie využiť. Solárne panely boli vytvorené na vykurovanie domov a výrobu elektriny pre domáce potreby.
Späť dopredu
Pozor! Ukážky snímok slúžia len na informačné účely a nemusia predstavovať všetky funkcie prezentácie. Ak vás táto práca zaujala, stiahnite si plnú verziu.
Ciele lekcie:
- Oboznámiť žiakov s druhmi prenosu tepla.
- Rozvíjať schopnosť vysvetliť tepelnú vodivosť telies z hľadiska štruktúry hmoty; vedieť analyzovať video informácie; vysvetliť pozorované javy.
Typ lekcie: kombinovaná lekcia.
Ukážky:
1. Prenos tepla pozdĺž kovovej tyče.
2. Video ukážka experimentu porovnávajúceho tepelnú vodivosť striebra, medi a železa.
3. Otočte papierovým veterníkom nad zapnutou lampou alebo dlaždicou.
4. Video ukážka výskytu konvekčných prúdov pri ohreve vody manganistanom draselným.
5. Videoukážka žiarenia telies s tmavým a svetlým povrchom.
POČAS VYUČOVANIA
I. Organizačný moment
II. Komunikácia témy a cieľov lekcie
V predchádzajúcej lekcii ste sa naučili, že vnútornú energiu je možné meniť vykonávaním práce alebo prenosom tepla. Dnes sa v lekcii pozrieme na to, ako sa mení vnútorná energia prenosom tepla.
Pokúste sa vysvetliť význam slova „prenos tepla“ (slovo „prenos tepla“ znamená prenos tepelnej energie). Existujú tri spôsoby prenosu tepla, ale nebudem ich menovať, keď budete riešiť hádanky.
Odpovede: tepelná vodivosť, konvekcia, žiarenie.
Poďme sa zoznámiť s každým typom prenosu tepla zvlášť a mottom našej hodiny nech sú slová M. Faradaya: „Pozorovať, študovať, pracovať.“
III. Učenie nového materiálu
1. Tepelná vodivosť
Odpovedz na otázku:(snímka 3)
1. Čo sa stane, ak dáme studenú lyžičku do horúceho čaju? (Po chvíli sa zahreje.)
2. Prečo sa studená lyžica zohriala? (Čaj odovzdal časť svojho tepla lyžičke a časť okolitému vzduchu).
Záver: Z príkladu je zrejmé, že teplo sa dá preniesť z viac zohriateho telesa na teleso menej zohriate (z horúcej vody na studenú lyžicu). Ale energia sa prenášala po samotnej lyžičke – z jej zohriateho konca na studený.
3. Čo spôsobuje prenos tepla z nahriateho konca lyžice na studený? (V dôsledku pohybu a interakcie častíc)
Zohrievanie lyžice v horúcom čaji je príkladom vedenia.
Tepelná vodivosť– prenos energie z viac zahrievaných častí tela do menej zahrievaných, v dôsledku tepelného pohybu a interakcie častíc.
Urobme experiment:
Zaistite koniec medeného drôtu k nohe statívu. Cvoky sú pripevnené k drôtu voskom. Voľný koniec drôtu nahrejeme sviečkami alebo na plameni liehovej lampy.
otázky:(snímka 4)
1. Čo vidíme? (Klinčeky začnú postupne jeden po druhom odpadávať, najskôr tie najbližšie k plameňu).
2. Ako dochádza k prenosu tepla? (Od horúceho konca drôtu po studený koniec).
3. Ako dlho bude trvať prenos tepla cez drôt? (Kým sa celý drôt nezohreje, to znamená, kým sa teplota v celom drôte nevyrovná)
4. Čo možno povedať o rýchlosti pohybu molekúl v oblasti umiestnenej bližšie k plameňu? (Rýchlosť pohybu molekúl sa zvyšuje)
5. Prečo sa ďalšia časť drôtu zahrieva? (V dôsledku interakcie molekúl sa tiež zvyšuje rýchlosť pohybu molekúl v ďalšom úseku a zvyšuje sa teplota tejto časti)
6. Ovplyvňuje vzdialenosť medzi molekulami rýchlosť prenosu tepla? (Čím menšia je vzdialenosť medzi molekulami, tým rýchlejší je prenos tepla)
7. Pamätajte na usporiadanie molekúl v pevných látkach, kvapalinách a plynoch. V ktorých telesách bude proces prenosu energie prebiehať rýchlejšie? (Rýchlejšie v kovoch, potom v kvapalinách a plynoch).
Pozrite si ukážku experimentu a pripravte sa odpovedať na moje otázky.
otázky:(snímka 5)
1. Po ktorej platni sa teplo šíri rýchlejšie a po ktorej pomalšie?
2. Urobte záver o tepelnej vodivosti týchto kovov. (Najlepšia tepelná vodivosť je pre striebro a meď, o niečo horšia pre železo)
Upozorňujeme, že pri prenose tepla v tomto prípade nedochádza k prenosu tela.
Vlna, vlasy, vtáčie perie, papier, korok a iné porézne telesá majú zlú tepelnú vodivosť. Je to spôsobené tým, že medzi vláknami týchto látok je obsiahnutý vzduch. Najnižšiu tepelnú vodivosť má vákuum (priestor zbavený vzduchu).
Napíšeme si to hlavné Vlastnosti tepelnej vodivosti:(snímka 7)
- v pevných látkach, kvapalinách a plynoch;
- samotná látka nie je tolerovaná;
- vedie k vyrovnaniu telesnej teploty;
- rôzne telesá - rôzna tepelná vodivosť
Príklady tepelnej vodivosti: (snímka 8)
1. Sneh je pórovitá, sypká látka obsahuje vzduch. Preto má sneh zlú tepelnú vodivosť a dobre chráni pôdu, oziminy a ovocné stromy pred zamrznutím.
2. Rukavice do kuchynskej rúry sú vyrobené z materiálu, ktorý má zlú tepelnú vodivosť. Rukoväte čajníkov a hrncov sú vyrobené z materiálov so zlou tepelnou vodivosťou. To všetko chráni vaše ruky pred popálením pri dotyku s horúcimi predmetmi.
3. Látky s dobrou tepelnou vodivosťou (kovy) sa používajú na rýchle zahriatie telies alebo častí.
2. Konvekcia
Hádajte hádanky:
1) Pozrite sa pod okno -
Je tam natiahnutá harmonika,
Ale nehrá na harmoniku -
Vyhrieva náš byt... (batéria)2) Naša tučná Fedora
nebude čoskoro plná.
Ale keď som plný,
Od Fedory - teplo... (sporák)
Batérie, kachle a vykurovacie radiátory používajú ľudia na vykurovanie obytných priestorov, alebo skôr na ohrev vzduchu v nich. To sa deje vďaka konvekcii, ďalšiemu typu prenosu tepla.
Konvekcia- Ide o prenos energie prúdmi kvapaliny alebo plynu. (Snímka 9)
Pokúsme sa vysvetliť, ako sa konvekcia vyskytuje v obytných priestoroch.
Vzduch, ktorý je v kontakte s batériou, sa ňou ohrieva, zatiaľ čo expanduje, jeho hustota je menšia ako hustota studeného vzduchu. Teplý vzduch, ktorý je ľahší, stúpa pod vplyvom Archimedovej sily nahor a ťažký studený vzduch klesá.
Potom znova: chladnejší vzduch sa dostane k batérii, ohrieva sa, expanduje, stáva sa ľahším a stúpa nahor pod vplyvom Archimedovej sily atď.
Vďaka tomuto pohybu sa vzduch v miestnosti ohrieva.
Papierový veterník umiestnený nad zapnutou lampou sa začne otáčať. (Snímka 10)
Skúste vysvetliť, ako sa to deje? (Studený vzduch, keď sa ohrieva lampou, sa ohrieva a stúpa, zatiaľ čo sa otočný tanier otáča).
Kvapalina sa zahrieva rovnakým spôsobom. Pozrite si pokus o pozorovaní konvekčných prúdov pri ohreve vody (pomocou manganistanu draselného). (Snímka 11)
Upozorňujeme, že na rozdiel od vedenia tepla konvekcia zahŕňa prenos hmoty a konvekcia sa nevyskytuje v pevných látkach.
Existujú dva typy konvekcie: prirodzené A nútený.
Ohrievanie kvapaliny na panvici alebo vzduchu v miestnosti sú príklady prirodzenej konvekcie. Aby k nemu došlo, látky sa musia zospodu ohrievať alebo zhora ochladiť. Prečo je to tak? Ak zohrievame zhora, kam sa potom budú pohybovať zohriate vrstvy vody a kam tie studené? (Odpoveď: nikde, pretože vyhrievané vrstvy sú už navrchu a studené vrstvy zostanú dole)
Nútená konvekcia nastáva, keď sa kvapalina mieša lyžičkou, čerpadlom alebo ventilátorom.
Vlastnosti konvekcie:(snímka 12)
- vyskytuje sa v kvapalinách a plynoch, je nemožné v pevných látkach a vo vákuu;
- samotná látka sa prenáša;
- Látky je potrebné zospodu ohrievať.
Príklady konvekcie:(snímka 13)
1) studené a teplé morské a oceánske prúdy,
2) v atmosfére vertikálne pohyby vzduchu vedú k tvorbe oblakov;
3) chladenie alebo ohrev kvapalín a plynov v rôznych technických zariadeniach, napríklad v chladničkách a pod., zabezpečuje sa vodné chladenie motorov
vnútorné spaľovanie.
3. Žiarenie
(Snímka 14)
Každý to vie Slnko je hlavným zdrojom tepla na Zemi. Zem sa od nej nachádza vo vzdialenosti 150 miliónov km. Ako sa prenáša teplo zo Slnka na Zem?
Medzi Zemou a Slnkom mimo našej atmosféry je celý priestor vákuum. Ale vieme, že tepelná vodivosť a konvekcia nemôžu nastať vo vákuu.
Ako dochádza k prenosu tepla? Nastáva tu ďalší druh prenosu tepla – sálanie.
Žiarenie - Ide o výmenu tepla, pri ktorej sa energia prenáša elektromagnetickými lúčmi.
Od kondukcie a konvekcie sa líši tým, že teplo sa v tomto prípade môže prenášať cez vákuum.
Pozrite si video o žiarení (snímka 15).
Všetky telá vyžarujú energiu: ľudské telo, sporák, elektrická lampa.
Čím vyššia je telesná teplota, tým silnejšie je jeho tepelné vyžarovanie.
Telá energiu nielen vyžarujú, ale aj absorbujú.
(snímka 16) Navyše tmavé povrchy absorbujú a vyžarujú energiu lepšie ako telá so svetlým povrchom.
Vlastnosti žiarenia(snímka 17):
- vyskytuje sa v akejkoľvek látke;
- čím vyššia je telesná teplota, tým intenzívnejšie je žiarenie;
- vyskytuje sa vo vákuu;
- tmavé telesá absorbujú žiarenie lepšie ako ľahké telesá a lepšie vyžarujú žiarenie.
Príklady využitia telesného žiarenia(snímka 18):
Povrchy rakiet, vzducholodí, balónov, satelitov, lietadiel sú natreté striebornou farbou, aby ich Slnko neohrievalo. Ak je naopak potrebné využiť solárnu energiu, časti zariadení sú natreté tmavou farbou.
Ľudia nosia v zime tmavé oblečenie (čierne, modré, škoricové), ktoré je teplejšie a svetlé (béžové, biele) v lete. Špinavý sneh sa pri slnečnom počasí topí rýchlejšie ako čistý, pretože telesá s tmavým povrchom lepšie absorbujú slnečné žiarenie a rýchlejšie sa zahrievajú.
IV. Upevnenie získaných vedomostí pomocou príkladov problémov
Hra „Vyskúšaj, vysvetli“, (snímky 19-25).
Pred vami je hracie pole so šiestimi úlohami, môžete si vybrať ľubovoľnú. Po splnení všetkých úloh sa vám prezradí múdre porekadlo a ten, kto ho veľmi často vyslovuje z televíznych obrazoviek.
1. Ktorý dom je v zime teplejší, ak je hrúbka steny rovnaká? V drevenom dome je teplejšie, keďže drevo obsahuje 70 % vzduchu a tehla 20 %. Vzduch je zlý vodič tepla. Nedávno sa v stavebníctve používali „porézne“ tehly na zníženie tepelnej vodivosti.
2. Ako sa prenáša energia zo zdroja tepla na chlapca? Chlapcovi, ktorý sedí pri sporáku, sa energia prenáša najmä tepelnou vodivosťou.
3. Ako sa prenáša energia zo zdroja tepla na chlapca?
Chlapcovi ležiacemu na piesku sa energia prenáša zo slnka žiarením a z piesku tepelnou vodivosťou.
4. V ktorých z týchto áut sa prepravujú rýchlo sa kaziace produkty? prečo? Výrobky podliehajúce skaze sa prepravujú vo vagónoch natretých bielou farbou, pretože takýto vozeň je menej vyhrievaný slnečnými lúčmi.
5. Prečo vodné vtáctvo a iné živočíchy v zime nezamŕzajú?
Kožušina, vlna a páperie majú zlú tepelnú vodivosť (prítomnosť vzduchu medzi vláknami), čo umožňuje telu zvieraťa zadržiavať energiu generovanú telom a chrániť sa pred ochladením.
6. Prečo sa okenné rámy vyrábajú dvojité?
Medzi rámami je vzduch, ktorý má zlú tepelnú vodivosť a chráni pred tepelnými stratami.
„Svet je zaujímavejší, než si myslíme“, Alexander Pushnoy, program Galileo.
V. Zhrnutie lekcie
– S akými druhmi prenosu tepla sme sa oboznámili?
– Zistite, ktorý typ prenosu tepla hrá hlavnú úlohu v nasledujúcich situáciách:
a) ohrev vody v kanvici (konvekcia);
b) človek sa zohrieva pri ohni (žiarení);
c) ohrev povrchu stola od zapnutej stolovej lampy (žiarenie);
d) ohrev kovového valca ponoreného do vriacej vody (tepelná vodivosť).
Vyriešte krížovku(snímka 26):
1. Hodnota, od ktorej závisí intenzita žiarenia.
2. Typ prenosu tepla, ktorý sa môže uskutočniť vo vákuu.
3. Proces zmeny vnútornej energie bez vykonávania práce na tele alebo na tele samotnom.
4. Hlavný zdroj energie na Zemi.
5. Zmes plynov. Má zlú tepelnú vodivosť.
6. Proces premeny jedného druhu energie na iný.
7. Kov s najlepšou tepelnou vodivosťou.
8. Rafinovaný plyn.
9. Množstvo, ktoré má vlastnosť zachovania.
10. Druh prenosu tepla, ktorý je sprevádzaný prenosom hmoty.
Po vylúštení krížovky ste dostali ďalšie slovo, ktoré je synonymom slova „prenos tepla“ - toto slovo... („výmena tepla“). „Prenos tepla“ a „výmena tepla“ sú rovnaké slová. Použite ich tak, že jeden nahradíte druhým.
VI. Domáca úloha
§ 4, 5, 6, pr. 1 (3), pr. 2(1), pr. 3 ods. 1 – písomne.
VII. Reflexia
Na konci hodiny vyzveme študentov, aby na hodine diskutovali: čo sa im páčilo, čo by chceli zmeniť a zhodnotili svoju účasť na hodine.
Zvonček teraz zvoní,
Lekcia sa skončila.
Zbohom priatelia,
Je čas na oddych.
