Физика — 11

• Процесс передачи тепла от более нагретого тела (или более нагретой части тела) менее нагретому (или менее нагретой части тела) называется теплопередачей. Существует 3 вида теплопередачи: теплопроводность, излучение и конвекция. При конвекции между частями тела происходит перенос вещества и энергии. Теплопроводность и излучение являются процессами переноса только энергии.

• Процесс переноса энергии от одной части тела к другой его части или от одного из соприкасающихся тел другому называется теплопередачей. При достижении равенства температур говорят, что между ними установилось тепловое равновесие.

• Излучение — передача энергии от одного тела другому с помощью лучей (видимых и невидимых). Самым мощным естественным источником излучения для планеты Земля является Солнце, которое излучает и свет, и тепло.

Энергия излучения одного тела, достигнув поверхности другого, частично поглощается этой поверхностью, частично отражается от нее. Внутренняя энергия тела, поглощающего энергию излучения, увеличивается — тело нагревается. Поверхности разного цвета обладают различной поглощающей и отражающей способностью. Так, темные поверхности лучше поглощают энергию излучения, а светлые поверхности лучше отражают её. Механизм излучения и поглощения телами энергии объясняется внутренним строением атомов, из которых тела состоят. Согласно планетарной модели, предложенной Резерфордом, в центре атома находится положительно заряженное ядро, вокруг которого по круговым орбитам вращаются электроны. Однако эта модель не смогла объяснить стабильное существование атома, так как по законам классической физики движущийся по круговой орбите электрон должен излучать энергию. Излучающий энергию электрон должен постепенно переходить на более близкие к ядру орбиты и, в конечном счете, упасть на ядро — существованию атома должен наступить конец. Но на самом деле атом существует как устойчивая система. Выход из этого затруднительного положения, которое никак не мог объяснить Резерфорд, был найден датским ученым Нильсом Бором (1885-1962) в 1913 году и выражен двумя постулатами.

Первый постулат: атомная система может существовать только в особых стационарных, или квантовых, состояниях, каждому из которых соответствует определенная энергия. В стационарных состояниях атом не излучает и не поглощает электромагнитные волны.

Второй постулат: излучение происходит при переходе атома из стационарного состояния с большей энергией в стационарное состояние с меньшей энергией. При этом электрон переходит с дальней орбиты на орбиту, близкую к ядру. И наоборот, поглощение атомом энергии сопровождается переходом атома из стационарного состояния с меньшей энергией в стационарное состояние с большей энергией. Электрон при этом переходит с ближней к ядру орбиты на более отдаленную от него орбиту

Разработка урока физики №5 в 8 классе по теме «Конвекция. Излучение»

Цели урока: введение понятий конвекции и излучения как способов теплопередачи; раскрытие механизма передачи энергии в жидкостях и газах.

Задачи урока:

общеобразовательная: познакомить учеников с проявлениями видов теплопроводности в жидкостях, газах и вакууме; объяснить понятие явлений конвекции и излучения, их особенностей.

развивающая: продолжить формирование у обучающихся ключевых умений, имеющих универсальное значение для различных видов деятельности – выделение проблемы, принятие решения, поиска, анализа и обработки информации;

воспитательная: воспитывать коллективизм, творческое отношение к порученному делу.

Тип урока. Изучение нового материала.

Оборудование: теплоприемник, резиновая трубка, стакан с водой и электрическая лампочка, пробирка, жидкостный манометр, колба, бумажная вертушка;

мультимедийный проектор, презентация.

Демонстрации: движение вертушки над включенной лампой, нагревание марганца в колбе с водой, взаимодействие источника излучения с теплоприемником.

Ход урока

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний.

 Самостоятельная работа по карточкам по теме «Теплопроводность» (Приложение 1)

III. Изучение нового материала.

Учитель. Эпиграфом к сегодняшнему уроку я взяла следующие слова: «Воду пруда нагревает зной сверху, а внизу – холодный слой». Йогешвара. Мы с вами продолжаем изучать виды теплопередачи. Сегодня познакомимся с конвекцией и излучением. Запишите тему урока.

Вопрос: Какие способы изменения внутренней энергии тела вы знаете? (Заслушиваются ответы учеников).

Итак, знакомимся еще с одним видом теплопередачи. Конвекция – (от лат. слова конвекцио – перенесение) – это вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями газа или жидкости.

Существует два вида конвекции: естественная и вынужденная. Естественная конвекция – самопроизвольное охлаждение, нагревание, перемещение. Вынужденная конвекция – перемещение с помощью насоса, мешалки и т.п.

Механизм конвекции в жидкостях. Жидкости и газы нагреваются снизу, так как у них плохая теплопроводность. У горячих слоёв жидкости (газа) плотность уменьшается, и они поднимаются вверх, уступая место более холодным. Возникает циркуляция («движение по кругу») слоёв.

Механизм конвекции в газах. Теплый воздух имеет меньшую плотность и со стороны холодного воздуха на него действует сила Архимеда, направленная вертикально вверх.

Конвекция учитывается при установке отопительных приборов: батареи располагаются у пола. В этом случае в комнате устанавливается устойчивое конвекционное движение воздуха.

В твердых телах конвекции нет, так как их частицы не обладают большой подвижностью. Много проявлений конвекции можно обнаружить в природе и жизни человека. Конвекция также находит применение в технике.

В результате конвекции в атмосфере образуются ветры у моря — это дневные и ночные бризы. Дневной бриз — Холодный воздух понизу с моря перемещается к берегу. Ночной бриз — Холодный воздух понизу с берега перемещается к морю.

Демонстрации. Включим лампу накаливания с отражателем и поместим над лампой бумажную вертушку. Вертушка начинает вращаться. Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается. (Плотность горячего воздуха меньше, чем холодного, поэтому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплого воздуха поднимаются вверх, а на их место опускается холодный воздух)

Нагреем пробирку с водой, на дно которой опущены кристаллики марганцовки. Появились малиновые «змейки», которые поднимаются вверх.

Вопрос. Какие особенности вы увидели? (Ученики делают выводы)

Учитель.  Запишите особенности в тетрадь.

При конвекции в жидкостях или газах:

1) само вещество переносится;

2) существует только в жидкостях и газах, ее нет в твердых телах;

3) чтобы она происходила, нагревать нужно снизу.

Учитель: Вам хорошо известно, что основным источником тела на Земле является Солнце. Земля находится от Солнца на расстоянии 15*107 км. Все это пространство за пределами нашей атмосферы содержит очень разреженное вещество. В вакууме перенос энергии путем теплопроводности почти невозможен. Не может происходить он и за счет конвекции. Следовательно, существует еще одни вид теплопередачи.

Демонстрация. Включенная электрическая плитка, к которой сбоку подносится теплоприемник, соединенный с жидкостным манометром.

Учитель: Что наблюдаем? Почему изменился уровень воды в манометре? (Воздух в теплоприемнике нагрелся, расширился, в этом колене манометра жидкость опустилась, а в другом поднялась.)

Каким способом нагрелся воздух в теплоприемнике? (Между ним и плиткой есть воздух, а у него очень маленькая теплопроводность, следовательно, теплопроводность отсутствует. Конвекции тоже нет, т.к. теплоприемник не над плиткой, а рядом с ней.)

Учитель: Это действительно новый вид теплообмена — излучение (лучистый теплообмен). Под лучистым теплообменом, или просто излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн.

Любое нагретое тело является источником излучения. Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.

Не задумывались ли вы над вопросом: как передается солнечное тепло на Землю? Ведь в космическом пространстве нет ни твердых, ни жидких, ни газообразных тел. Следовательно, космическое пространство не может передавать тепло Солнца на Землю ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Дело в том, что тепло от Солнца к Земле передается также как сигнал с радиостанции приемнику, — электромагнитными волнами.

Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Около 50% энергии излучаемой Солнцем является лучистой энергией, эта энергия — источник жизни на Земле. Излучение происходит по всем направлениям.

Излучение применяется для сушки и нагрева материалов, в приборах ночного видения (бинокли, оптические прицелы), для создания систем самонаведения на цель бомб, снарядов и ракет

Количество излучённой или поглощённой энергии зависит от площади поверхности тела

Демонстрация. Взаимодействие источника излучения с теплоприемником.

При нагревании темной поверхности в стакане с водой быстрее появляются пузырьки воздуха, чем при нагревании светлой поверхности.

Учитель. Запишите особенности излучения в тетрадь:

излучают все нагретые тела (твердые, жидкие, газообразные),

происходит в вакууме,

зависит от цвета поверхностей: темная поверхность лучше излучает и поглощает   тепло, светлая – наоборот; тела с темной поверхностью охлаждаются быстрее путем излучения, чем тела со светлой.

IV. Закрепление материала.

Почему отопительные батареи в комнате устанавливают у пола, а форточки для проветривания помещают в верхней части окна?

Почему подвал – самое холодное место в доме?

В каком чайнике быстрее согреется вода? В каком из этих чайников она дольше останется горячей?

Что произойдёт через некоторое время? Как изменятся показания термометра? Почему?

V. Подведение итогов. Домашнее задание

§ 5-6, упражнение 4 (стр. 16), упражнение 5 (стр. 20)

задание (стр. 17, стр. 20)

*Задание: в бумажной коробочке вскипятить воду над пламенем свечи. (Опыт выполняйте вместе с родителями).

VI. Список использованной литературы:

1. Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике: 8 класс. –М.: ВАКО:, 2010

2. Громовцева О.И. Контрольные и самостоятельные работы по физике. 8 класс: к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 8 класс».-М.: «Экзамен», 2017

3. Гутник Е.М. Физика. 8 класс: тематическое и поурочное планирование к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 8 класс». –М.: Дрофа, 2005

4. Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2014.

5. Сарахман И.Д. Виды теплопередачи http://www.myshared.ru/slide/1218283/

6.  Соболева А.И.Виды теплопередачи http://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2013/12/11/urok-8-klass-konvektsiya-izlucheniehttp://nsportal.ru/shkola/fizika/library/2013/12/11/urok-8-klass-konvektsiya-izluchenie

Приложение 1

 Самостоятельная работа по карточкам по теме «Теплопроводность»

Вариант 1

1. Какой кирпич – обыкновенный или пористый – обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?

2. Почему алюминиевая кружка с горячим чаем обжигает губы, а фарфоровая чашка нет?

3. Что такое теплопередача?

Вариант 2

1. Почему при варке варенья предпочитают пользоваться деревянной мешалкой?

2. Почему оренбургские платки, связанные из тончайших волокон козьего пуха, хорошо защищают от холода?

3. Что такое теплопроводность?

 Вариант 3

1. Что защищает животных от зимних морозов?

2. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 200С, а в воде ощущает холод даже при 250С. Почему?

3. Что происходит при теплопроводности?

Вариант 4

1. Почему в зимнее время года в электричках устанавливают вторую оконную раму, а летом ее снимают?

2. Стоит ли подогревать суп вместе с ложкой, чтобы иметь возможность попробовать его в любой момент? Почему?

3. Что такое теплопередача?

Вариант 5

1. Ускорится ли процесс таяния мороженного, если его положить в шубу?

2. В какой обуви больше мерзнуть ноги: в просторной или тесной? Ответ поясните.

3. Что такое теплопроводность?

Вариант 6

1. При какой температуре и металл, и дерево будут на ощупь казаться одинаково нагретыми?

2. Какую роль играет шерстяной носок, когда его надевают, чтобы нога не мерзла в обуви? Ответ поясните.

3. Что происходит при теплопроводности?

типов инфракрасного теплообмена | Инфракрасные промышленные решения

Существует три основных метода передачи тепла: теплопроводность , конвекция и излучение .

Теплопроводность прямая передача тепла между двумя физическими телами/свойствами.

Символ «k» показывает, насколько хорошо различные вещества передают тепло. Количество тепла, которое может быть передано через поверхность, зависит от разницы температур, площади поверхности, теплопроводности материала и толщины материала.

Конвективный перенос тепла происходит при движении флюидов (жидкостей и газов). При нагревании жидкость расширяется и ее плотность уменьшается. Конвекционный поток формируется, когда теплая жидкость поднимается, а холодная опускается. Тепловая энергия (тепло) переносится частицами в этих движущихся потоках из одного места в другое. Конвекция может быть свободной конвекцией с использованием окружающей жидкости (жидкости или газа) или принудительной конвекцией при использовании насоса или вентилятора.

Конвекционное тепло также зависит от площади поверхности. Если поверхность, соприкасающаяся с жидкостью, увеличивается, скорость теплопередачи также увеличивается. Вот почему почти все конвекционные устройства имеют ребра для эффективной работы и доставки.

Лучистое тепло передача осуществляется бесконтактно и поэтому не требует среды для передачи тепла. Излучение — это передача тепла электромагнитными волнами (включая свет), создаваемыми объектами из-за их температуры. Чем выше температура объекта, тем большее тепловое излучение он излучает. Лучистый теплообмен происходит, когда испускаемое излучение попадает на другое тело и поглощается.

Основные принципы ИК-нагрева и теплопередачи

Как мы уже упоминали, инфракрасное излучение представляет собой электромагнитную волну, не требующую среды для теплопередачи. Инфракрасное («ниже красного» на латыни) — это электромагнитное излучение в диапазоне длин волн от 0,78 мкм до 1000 мкм (1 мм). Излучение более коротких волн более энергично и содержит больше тепловой энергии. На приведенной ниже диаграмме показано соотношение между длиной волны и частотой:

Инфракрасное излучение использует электромагнитные волны, распространяющиеся со скоростью света.
Тепловое излучение испускается любым веществом с температурой выше 0 K (-273,15°C).
Лучистое тепло перенос происходит при поглощении излучаемых электромагнитных волн.

Излучение

Теоретически инфракрасное излучение может излучаться во всех направлениях. Поэтому инфракрасные излучатели должны быть спроектированы и изготовлены таким образом, чтобы следовать принципам «прямой видимости» или факторам обзора. Принципы коэффициента обзора (Vf) откалиброваны от 0 до 1, определяя количество лучистой энергии, излучаемой источником, попадающей на целевое тело. Коэффициент обзора лучше ближе к 1, поэтому использование отражателей или переизлучателей может улучшить коэффициент обзора.

Поглощение излучения

Все инфракрасные излучения либо отражаются, либо поглощаются, либо передаются. Между этими тремя факторами существует простая арифметическая зависимость, которая в сумме составляет 1 или 100%. Эта совокупность называется черным телом — идеализированным физическим объектом, поглощающим все электромагнитное излучение.

Суммарное излучение = отражение + поглощение + пропускание

Применение этой информации

Компания Ceramicx уделяет особое внимание пониманию критериев излучения, необходимых для эффективного нагрева материала. Чтобы материал хорошо поглощал излучение, даже самые малые параметры влияют на этот процесс. Чтобы узнать больше о приложениях, для которых Ceramicx разработала и изготовила, ознакомьтесь с нашими примерами из практики клиентов.

Понимание концепции передачи энергии

Все материалы по физике для старших классов

6 Диагностические тесты
233 практических теста
Вопрос дня
Карточки
Learn by Concept

Справка по физике для старших классов »
Термодинамика »
Нагревать »
Понимание концепции передачи энергии

Микроволновая печь нагревает холодный кусок пиццы. Какой это вид теплопередачи?

Возможные ответы:

Конвекция

Теплопередача отсутствует

Излучение

Индукция

Проводимость

Правильный ответ: 9000 9

Радиация

Пояснение:

Микроволны используют излучение как метод теплопередачи. Излучение относится к передаче тепла с помощью электромагнитных волн, таких как микроволны.

Теплопроводность – это передача тепла посредством прямого контакта между двумя объектами. Конвекция – это передача тепла посредством движения окружающих жидкостей. Индукция не является видом теплообмена.

Сообщить об ошибке

Закипает кастрюля с водой. Какой тип теплообмена происходит внутри котла?

Возможные ответы:

Теплообмен отсутствует

Излучение

Индукция

Проводимость

Конвекция

Правильно ответ:

Конвекция

Пояснение:

Конвекция – это передача тепла посредством движения окружающих жидкостей. Хотя теплопроводность может использоваться для нагрева кастрюли и, в свою очередь, для нагревания молекул воды, соприкасающихся с краем кастрюли, внутри кастрюли происходит конвекция для передачи тепла между молекулами воды. Это позволяет воде нагреваться равномерно. Без конвекции внутри горшка вода на внешних краях была бы намного горячее, чем вода в центре.

Излучение относится к передаче тепла посредством электромагнитных волн. Теплопроводность — это передача тепла через прямой контакт между двумя объектами. Индукция не является видом теплообмена.

Сообщить об ошибке

Кусок льда, помещенный на горячую поверхность, начинает таять, но его температура не повышается. Какой это вид теплопередачи?

Возможные ответы:

Излучение

Индукция

Теплопередача отсутствует

Теплопроводность

Конвекция

Правильный ответ:

Кондукция

Пояснение:

Тепло — это форма энергии, которую можно использовать для изменения энергии химических взаимодействий. Лед в твердом состоянии будет находиться в более низком энергетическом состоянии, чем вода в жидком состоянии. Добавление тепловой энергии позволяет увеличить фазовую энергию от твердого тела к жидкому. Добавление энергии преобразуется в другую форму; таким образом, температура не меняется. Теплопроводность — это передача тепла посредством прямого контакта между двумя объектами, которая описывает передачу между горячей поверхностью и льдом.

Излучение относится к передаче тепла посредством электромагнитных волн, таких как микроволны. Конвекция – это передача тепла посредством движения окружающих жидкостей. Индукция не является видом теплообмена.

Сообщить об ошибке

Кусок жести, лежащий на плите, сильно нагревается. Какой вид теплообмена имел место?

Возможные ответы:

Нет теплообмена

Конвекция

Индукция

Кондукция

Излучение

Правильный ответ:

Проводимость

Пояснение:

Теплопроводность – это передача тепла посредством прямого контакта между двумя объектами. Поскольку кусок олова находится в непосредственном контакте с плитой, тепло может свободно перетекать из печи в олово, заставляя его нагреваться.

Излучение относится к передаче тепла посредством электромагнитных волн, таких как микроволны. Конвекция – это передача тепла посредством движения окружающих жидкостей. Индукция не является видом теплообмена.

Сообщить об ошибке

В холодный день температура часто кажется ниже из-за холодного ветра. Это пример явления какого типа?

Возможные ответы:

Ни один из этих

Проводимость

Конвекция

Излучение

Индукция

Правильный ответ:

Конвекция

Пояснение:

В холодный день температура воздуха ниже температуры тела. Когда холодный ветер соприкасается с вашим телом, тепло передается от вашего тела воздуху, проходящему мимо, и вам становится холоднее. Этот тип теплопередачи известен как конвекция, при которой тепло передается от объекта (вашего тела) к текучей среде (воздуху).

Теплопроводность – это передача тепла за счет прямого контакта между объектами. Излучение – это передача тепла за счет электромагнитных волн. Индукция не является формой передачи тепла.

Сообщить об ошибке

Кусок хлеба подгорел с одной стороны и остался сырым с другой после нагревания в тостере. Какая форма теплопередачи наиболее вероятно вызвала ожог?

Возможные ответы:

Проводимость

Нам нужно знать больше информации, чтобы сделать вывод

Конвекция

Излучение

Индукция

Правильный ответ:

Проводимость

Пояснение:

Теплопроводность — это форма теплопередачи, требующая прямого контакта между двумя объектами. В вопросе подгоревшая сторона хлеба, вероятно, находилась в прямом контакте с источником тепла, а другая только в контакте с горячим воздухом. Обожженная сторона нагревается за счет теплопроводности, а сырая сторона нагревается за счет конвекции.

Конвекция – это передача тепла через текучую среду, а именно через жидкость или газ. Излучение – это передача тепла посредством электромагнитных волн.

Сообщить об ошибке

Какой из следующих способов передачи тепла требует соприкосновения двух объектов?

Возможные ответы:

Термодинамический разряд

Конвекция

Индукция

Излучение

Проводимость

Правильный ответ:

Проводка

Пояснение:

Теплопроводность — это форма теплопередачи, которая требует прямого контакта между двумя объектами.

Излучение – это передача тепла посредством электромагнитного излучения. Конвекция использует текучую среду, такую ​​как воздух или вода, для передачи тепла. Индукция и термодинамический разряд не являются признанными видами теплообмена.

Сообщить об ошибке

Зефир на палочке кладут над огнем, но не касаются огня. Зефир нагревается и размягчается.