Каким способом происходит теплопередача в твердых телах: Каким способом происходит теплопередача в твердых телах? в жидкостях? Почему? Может ли в вакууме происходить теплопередача |

Содержание

Каким способом в основном происходит процесс передачи теплоты от утюга к руке

Обновлено: 07.07.2023

При тепловой обработке пищевых продуктов используются различные способы переноса теплоты от источника к нагреваемому продукту: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность — это процесс молекулярного переноса теплоты в твердых материалах, который происходит между непосредственно соприкасающимися телами или частицами тел с различной температурой. В металлах перенос теплоты осуществляется в основном путем диффузии свободных электронов.

Способность тела (вещества) проводить теплоту характеризуется коэффициентом теплопроводности X, Вт/(м-К), который численно равен количеству теплоты, проходящей в единицу времени через единицу изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице. Изотермической называется поверхность в продукте, во всех точках которой температура одинакова. Температурный градиент — это направление наиболее интенсивного изменения температуры (вектор изменения температуры). Величина этого вектора grad /определяется как отношение изменения температуры А/к единице длины перемещения А/ в направлении вектора (кратчайшее расстояние между изотермическими поверхностями).

Конвекцией теплоты называют процесс ее переноса микрочастицами только текучей среды (жидкости или газа) из зоны с одной температурой в зону с другой. Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью, так как при движении жидкости или газа неизбежно возникает соприкосновение отдельных частиц, имеющих различные температуры. Одновременный перенос теплоты конвекцией и теплопроводностью называется конвективным теплообменом’, он может быть вынужденным и свободным. Если движение рабочего тела (среды) вызвано искусственно (вентилятором, насосом, мешалкой и др.), то такой конвективный теплообмен называют в ы нужд енным. Если же его движение возникает под влиянием разности плотностей отдельных частей нагреваемых жидкости или газа, то такой теплообмен называют свободным, или естественным.

Передача теплоты от одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их однородную или многослойную твердую стенку любой формы называется теплопередачей. Теплопередача включает в себя теплоотдачу от более горячей среды (газа или жидкости) к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной подвижной среде (жидкости или газу).

Коэффициент теплопередачи характеризует интенсивность передачи теплоты от горячей среды к холодной через разделяющую их стенку и численно равен количеству теплоты, которая передается через единицу поверхности стенки в единицу времени при разности температур между средами 1°С.

Тепловое излучение представляет собой процесс переноса энергии посредством электромагнитных колебаний, имеющих различную длину волны. Излучение всех тел зависит от температуры тела и с ее ростом увеличивается, так как возрастает внутренняя энергия тела. Тепловое излучение охватывает область длин волн 0,3—50 мкм. Эта область может быть условно разделена на ультрафиолетовый, видимый и инфракрасный диапазоны.

НАВИГАЦИЯ ПО САЙТУ:

2.5 Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теория: Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой, или от одного тела другому, при их непосредственном контакте.
Чем плотнее молекулы расположены друг к другу, тем лучше теплопроводность тела.(теплопроводность зависит от удельной теплоемкости тела)
Рассмотрим опыт, на металлический стержень с помощью воска прикреплены гвоздики. С одного конца, к стержню поднесли спиртовку, тепло со временем распространяется по стержню, воск плавится и гвоздики падают. Это связано с тем, что молекулы при нагревании начинают двигаться быстрее. Пламя спиртовки нагревает один конец стержня, молекулы с этого конца начинают колебаться быстрее, соударяются с соседними молекулами, и передают им часть своей энергии, поэтому внутренняя энергия передается от одной части к другой.

Конвекция — перенос внутренней энергии со слоями жидкости или газа. Конвекция в твердых телах невозможна.
Излучение — перенос внутренней энергии лучами (электромагнитным излучением).

Задание: Какое из веществ при нормальных условиях обладает наилучшей теплопроводностью?
1) вода 2) сталь 3) древесина 4) воздух
Решение: Воздух обладает плохой теплопроводностью так как расстояние между молекулами велико. У стали самая маленькая теплоемкость.
Ответ: 2.
Задание огэ по физике (фипи): 1) Турист разжёг костёр на привале в безветренную погоду. Находясь на некотором расстоянии от костра, турист ощущает тепло. Каким способом в основном происходит процесс передачи теплоты от костра к туристу?
1) путём теплопроводности
2) путём конвекции
3) путём излучения
4) путём теплопроводности и конвекции
Решение (спасибо Алене): путём излучения. Так как энергия в данном случае передавалась не теплопроводностью, ведь между человеком и костром находился воздух — плохой проводник тепла. Конвекция здесь тоже не может наблюдаться, по скольку костер находился рядом с человеком, а не под ним следовательно, в данном случае передача энергии происходит путем излучения.
Ответ: 3
Задание: Какое из веществ при нормальных условиях обладает наилучшей теплопроводностью?
1) вода 2) сталь 3) древесина 4) воздух
Решение: Воздух обладает плохой теплопроводностью так как расстояние между молекулами велико. У стали самая маленькая теплоемкость.
Ответ: 2.
Задание огэ по физике (фипи): 1) Учитель провёл следующий опыт. Два одинаковые по размеру стержня (медный расположен слева, а стальной — справа) с закреплёнными на них с помощью парафина гвоздиками нагревались с торца с помощью спиртовки (см. рисунок). При нагревании парафин плавится, и гвоздики падают.

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.
1) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом излучения.
2) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом конвекции.
3) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом теплопроводности.
4) Плотность меди меньше плотности стали.
5) Теплопроводность меди больше теплопроводности стали
Решение: Прогревание металлических стержней происходит в основном способом теплопроводности, внутренняя энергия переходит от одной части стержня к другой. Теплопроводность меди больше теплопроводности стали, так как медь прогревается быстрее.
Ответ: 35

Задание огэ по физике (фипи): Два одинаковых бруска льда внесли с мороза в тёплое помещение. Первый брусок завернули в шерстяной шарф, а второй оставили открытым. Какой из брусков будет нагреваться быстрее? Ответ поясните.
Решение: Быстрее будет нагреваться второй брусок, шерстяной шарф будет препятствовать передаче внутренней энергии из комнаты в брусок. Шерсть плохо проводит тепло, у нее плохая теплопроводность, благодаря этому брусок льда будет нагреваться медленнее.

Задание огэ по физике (фипи): Горячий чайник какого цвета — чёрного или белого — при прочих равных условиях будет остывать быстрее и почему?
1) белый, так как он интенсивнее поглощает тепловое излучение
2) белый, так как тепловое излучение от него более интенсивное
3) чёрный, так как он интенсивнее поглощает тепловое излучение
4) чёрный, так как тепловое излучение от него более интенсивное
Решение: Черные тела лучше поглощают тепловое излучение, например на солнце быстрее нагреется вода в черной баке, чем в белой. Справедлив и обратный процесс, черные тела остывают быстрее.
Ответ: 4

Задание огэ по физике (фипи): В твёрдых телах теплопередача может осуществляться путем
1) теплопроводности
2) конвекции
3) конвекции и теплопроводности
4) излучения и конвекции
Решение: В твёрдых телах теплопередача может осуществляться только теплопроводностью. В твердом теле молекулы находятся около положения равновесия, и могут только колебаться около него, поэтому конвекция невозможна.
Ответ: 1

Задание огэ по физике (фипи): Из какой кружки — металлической или керамической — легче пить горячий чай, не обжигая губы? Объясните почему.
Решение: Теплопроводность металлической кружки выше, и тепло от горячего чая будет передаваться губам быстрее, и обжигать сильнее.
Предыдущая тема Следующая тема

t подъёма=1/2 полного временисуществует формула для времени подъёма ,если не хочешь выводить: t=vo*sin угла/gотсюда найдём vo:

vо=t*g/sin угла=1*10/0,5=20(м/с)также есть формула для максимальной высоты подъёма: h=(vo*sin угла)^2/2gh=5 м.

3) путем излучения.

Урок физики 4 в 8 классе по теме «Теплопроводность»

Цели урока: введение понятия теплопроводности как способа теплопередачи.

Задачи урока:

общеобразовательная: познакомить учеников с проявлениями теплопроводности в твердых телах, жидкостях, газах и вакууме,

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. Комбинированный урок.

Оборудование: спиртовка, пробирка, медная проволока, ложка стальная, ложка алюминиевая, теплоприемник, жидкостный манометр, пластины из разного материала.

Презентация к уроку

Разработка к уроку 4
DOC / 121 Кб

Демонстрации:

Передача тепла от одной части твердого тела к другой (учебник рис 6.)
Теплопроводность газов (учебник рис 8.)
Демонстрация разной теплопроводности стальной и алюминиевой ложек стали после нагревания их в горячей воде.
Различие теплопроводности разных веществ. (Установка состоит из теплоприемника и жидкостного манометра. На теплоприемник кладут исследуемую пластину, а на нее ставят стакан с горячей водой. По скорости увеличения объема воздуха в теплоприемнике можно судить о теплопроводности материала пластины (резина, дерево, войлок, бумага). Размеры пластинок должны быть одинаковыми.

Ход урока

1. Организационный момент.

Приветствие. Проверка присутствующих и готовности к уроку.

2. Актуализация знаний. Проверка домашнего задания.

У доски трое учащихся. Каждый из них тянет карточку с вопросами. (Приложение 1)

3. Изучение нового материала.

Учитель. Изучение нового материала хочется начать отрывком из стихотворения Р.М. Рильке «Мяч»: «О пёстрый шар, теплом двух рук согретый, Ты их тепло в полёте раздаёшь…». Тема нашего урока «Теплопроводность»

Вопрос. Какие способы изменения внутренней энергии тела вы знаете? (Совершение механической работы и теплопередача.)

Теплопроводность – вид теплопередачи, при котором энергия передается от одного тела к другому при соприкосновении или от одной его части к другой.

Теплопроводность — вид теплообмена, при котором происходит передача внутренней энергии от частиц более нагретой части тела к частицам менее нагретой части.

Разные вещества имеют разную теплопроводность. Разные металлы обладают неодинаковой теплопроводностью.

Демонстрации:

Передача тепла от одной части твердого тела к другой (учебник рис 6.)

Вопрос к классу:

Теплопроводность жидкостей меньше, чем твердых тел. Почему? Теплопроводность газов меньше, чем жидкостей. Почему?

Демонстрации: теплопроводность газов (учебник рис 8.)

Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой. В этом случае тела и все части, участвующие в процессе, находятся в непосредственном контакте. Само вещество не перемещается вдоль тела — переносится лишь энергия.

Теплопроводность у металлов хорошая. Например, медь используется при устройстве паяльников. Теплопроводность стали в 10 раз меньше теплопроводности меди. Малой теплопроводностью обладают древесина и некоторые виды пластмасс. Это их свойство используется при изготовлении ручек для нагревательных предметов, например, чайников, кастрюль и сковородок.

Эксперимент. Демонстрация разной теплопроводности серебряной ложки и ложки из нержавеющей стали после нагревания их в горячей воде.

Плохой теплопроводностью обладают войлок, пористый кирпич шерсть, пух, мех (обусловленная наличием между их волокнами воздуха), поэтому эти материалы, наряду с древесиной, широко используются в жилищном строительстве.

Как вам ни покажется странным, но и, снег, особенно рыхлый, обладает очень плохой теплопроводностью. Этим объясняется то, что сравнительно тонкий слой снега предохраняет озимые посевы от вымерзания.

Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена. Это говорит о том, что воздух обладает плохой теплопроводностью. У жидкостей и газов теплопроводность очень мала, но и а газах и в жидкостях может передаваться тепло.

Теплопроводность в природе.

Снег предохраняет озимые посевы от вымерзания.

Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от переохлаждения зимой и перегрева летом.

Закрепление нового материала.

Вопросы:

Почему стеклянную палочку, накаленную с одного конца, можно держать за другой конец, а железный прут нельзя?
В какой посуде пища подгорает легче и быстрее: в медной или железной? Почему?
В каком чайнике вода нагреется скорее: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь?
Фарфоровая кружка с чаем или кофе не обжигает губы, а алюминиевая обжигает. Почему? В какой из этих кружек кофе остынет быстрее?
Опытные хозяйки, прежде чем наливать в стакан крутой кипяток, опускают в него чайную ложку. Как вы думаете, для чего?
В комнате на столе лежат пластмассовый и металлический шарики одинакового объема. Какой из шариков на ощупь кажется холоднее? Ответ поясните.
Решение. Металлический шарик на ощупь кажется холоднее. Теплопроводность металлического шарика больше теплопроводности пластмассового. Теплоотвод от пальца к металлическому шарику происходит интенсивнее, это создает ощущение холода.

Решение задач из сборника Лукашика № 945-947, 957, 958-961

6. Подведение итогов.

7. Домашнее задание: § 4, упражнение 1; Л № 948, 954, домашняя лабораторная работа №1: задание 1. Тема: «Вызови тучу», задание 2. Тема: «Вызови дождь»

Список использованной литературы:

Волков В.А. Универсальные поурочные разработки по физике: 8 класс. –М.: ВАКО:, 2010
Гутник Е.М. Физика. 8 класс: тематическое и поурочное планирование к учебнику А.В. Перышкина «Физика. 8 класс». –М.: Дрофа, 2005
Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: учебник для общеобразовательных учреждений. – М.: Дрофа, 2014.
Сарахман И.Д. Виды теплопередачи http://www.myshared.ru/slide/1218283/

Приложение 1

Вариант 1

1. Закрытую пробирку погрузили в горячую воду. Изменилась ли кинетическая и потенциальная энергия молекул воздуха в пробирке? Если изменилась, то как?

2. Теплопередача – это процесс изменения …..

3. Приведите примеры изменения внутренней энергии путем совершения работы.

Вариант 2

1. После обработки на точильном круге зубило становится горячим. Зубило, вынутое из горна, тоже горячее. Одинакова ли причина повышения температуры зубила?

2. Кинетическая энергия – это энергия …..

3. Приведите примеры изменения внутренней энергии способом теплопередачи.

Вариант 3

1. Почему врач, поставив медицинский термометр больному, смотрит показания термометра не раньше чем через 5-7 мин?

2. Потенциальная энергия – это энергия …..

3. Какими двумя способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

Приложение 2

Порядок выполнения работы «Теплопередача и работа»

Прижмите фольгу к картону, как показано на рис.1. Убедитесь, что для перемещения фольги по поверхности картона нужно приложить силу, а значит, совершить работу.

Потрите фольгу о картон, сделав 10 движений вперед-назад.

Ответьте на вопросы:

Как изменилась температура фольги и полоски картона после совершения работы?

Каким способом изменилась внутренняя энергия этих тел в проделанном опыте?

Как изменилась внутренняя энергия фольги после совершения работы?

Ответ на последний вопрос запишите в тетрадь.

Потрите фольгу о картон, сделав 20 движений. Как зависит изменение внутренней энергии фольги от значения совершенной работы? Изменяется ли при этом внутренняя энергия картона?

Вопросы:

1. На штативе закреплена медная проволока, на которой с помощью воска прикреплены гвоздики. Свободный конец проволоки нагревают с помощью спиртовки. Что будет происходить? К какому способу изменения внутренней энергии вы отнесёте данный опыт?

2.Пробирку с водой нагреть в верхней части пробирки. Нагрелась ли вода в нижней пробирке? Каким способом изменялась внутренняя энергия?

3.Пробирку надели на палец и, держа ее донышком вверх, нагревали в пламени спиртовки примерно 1 минуту. Ощущал ли палец тепло во время нагревания пробирки? Каким способом изменилась внутренняя энергия в данном опыте?

Передача тепловой энергии: теплопроводность, конвекция и излучение

Вы когда-нибудь задумывались, почему вы можете чувствовать тепло горячего напитка через чашку или почему ваше мороженое тает вне морозильной камеры? Это ситуации, которые мы склонны принимать как должное, но лежащие в их основе механизмы занимают центральное место в изучении термодинамики.

Проще говоря, эти ситуации возникают из-за одного факта: тепловая энергия передается от более горячей области к более холодной, пока обе области не достигнут одинаковой температуры, т. е. не достигнут теплового равновесия. Этот процесс описывается как передача тепловой энергии. Это происходит посредством трех различных процессов: проводимости, конвекции и излучения. В этой статье мы обсудим каждый из этих процессов и то, как они работают.

Проводимость

Проводимость определяется как передача тепловой энергии, во время которой среда не движется. Этот процесс обычно описывают в терминах вибрации частиц в твердых телах по причинам, которые станут очевидными позже. Когда тепло подается к одному концу твердого тела, нагретые частицы получают тепловую энергию, заставляя их энергично колебаться вокруг своих фиксированных положений. Затем эти частицы сталкиваются с менее энергичными соседними частицами, заставляя их также энергично вибрировать. Этот процесс повторяется до тех пор, пока все частицы твердого тела не начнут вибрировать с одинаковой повышенной скоростью.

Твердые тела лучше проводят тепло по сравнению с жидкостями и газами. Проводимость в твердых телах происходит быстрее, чем в жидкостях и газах, потому что их частицы плотно упакованы. Это позволяет более частые столкновения и, следовательно, более высокую скорость передачи тепловой энергии.

Кроме того, металлы лучше проводят тепло, чем неметаллы. Это потому, что они содержат высокую концентрацию свободных электронов. При нагревании эти быстро движущиеся свободные электроны быстро диффундируют в более холодные области металла, сталкиваясь с частицами, чтобы передать свою энергию. Все металлы твердые при комнатной температуре, за исключением ртути, которая находится в жидком состоянии. Ртуть лучше проводит тепло, чем большинство жидкостей, но хуже, чем твердые металлы.

Конвекция

Хотя технически проводимость может происходить во всех трех состояниях вещества, конвекция происходит только в жидкостях – жидкостях и газах. Конвекция – это передача тепловой энергии за счет движения самой жидкости. Чтобы проиллюстрировать эту концепцию, давайте рассмотрим пример стакана с водой, нагреваемой от его основания.

При нагревании жидкость у основания стакана расширяется и становится менее плотной по сравнению с остальной окружающей жидкостью. Затем менее плотная вода поднимается вверх, а более холодная и плотная вода опускается на дно. Более холодная вода, теперь находящаяся на дне стакана, затем нагревается, повторяя процесс. Это движение жидкости в результате разности плотностей называется конвекционным током.

Как видно из приведенного выше примера, конвекция требует свободного движения частиц. Это объясняет, почему передача тепловой энергии посредством конвекции не может происходить в твердых телах.

Излучение

Излучение отличается от двух других видов передачи тепловой энергии тем, что не требует среды. Это передача энергии через инфракрасные волны, излучаемые с поверхности тел, без помощи среды. Все тела излучают инфракрасные волны, причем более горячие объекты излучают их с большей интенсивностью. Когда тела поглощают инфракрасные волны, их частицы приобретают энергию и вибрируют более энергично, вызывая повышение температуры.

На интенсивность излучения тела влияют три основных фактора:

Цвет и текстура поверхности: Тусклые и темные поверхности поглощают и излучают инфракрасное излучение с большей скоростью, чем блестящие и более светлые поверхности.
Температура поверхности: Чем выше температура поверхности по сравнению с температурой окружающей среды, тем выше интенсивность инфракрасного излучения.
Площадь поверхности: Тело с большей площадью поверхности будет поглощать и излучать излучение с большей скоростью.

Заключение

Передача тепловой энергии объясняет многие вещи, которые мы сегодня считаем само собой разумеющимися, от приготовления пищи до кондиционирования воздуха. Понимая понятия проводимости, конвекции и излучения, вы также лучше понимаете, как устроен мир.

Чтобы получить дополнительные сведения о теоретических и практических аспектах этих тем, вы можете записаться на занятия по физике. Здесь, в Best Physics Tuition, наша продуктивная и увлекательная учебная программа не только поможет вам преуспеть в учебе, но и подготовит вас к применению концепций в реальном мире.

Что такое кондуктивная теплопередача?

Теплопередача происходит четырьмя способами: конвекцией, теплопроводностью, излучением и фазовым переходом. Проводимость возникает, когда атомы или молекулы взаимодействуют друг с другом. Чаще всего это происходит в твердых телах, но также встречается в жидкостях и газах.

В отличие от конвекции, здесь не происходит объемного движения молекул. Вместо этого это происходит из-за молекулярного возбуждения и передачи энергии через твердый материал.

Способы передачи тепла

Когда температура вещества повышается, атомы или молекулы приобретают кинетическую энергию и вибрируют быстрее. При столкновении этих частиц происходит передача тепловой энергии от частицы с большей энергией к частице с меньшей энергией. Более холодные молекулы начинают больше вибрировать после того, как они сталкиваются с более теплыми и заряженными молекулами.

Этот процесс продолжается от более теплой части материала к более холодной. Тепло передается через вещество до тех пор, пока оно не достигнет теплового равновесия. Чтобы между молекулами происходил кондуктивный теплообмен, они должны находиться в тесном контакте.

Что такое теплопроводность?

Теплопроводность — это мера способности материала передавать тепловую энергию. Тепловая энергия переносится из областей с высокой температурой и молекулярной агитации в области с низкой температурой и агитации. Этот процесс происходит до тех пор, пока материал не достигнет однородной температуры.

Скорость теплового потока зависит от величины температурного градиента и конкретных тепловых характеристик материала. Уравнение для скорости кондуктивного теплового потока основано на законе Фурье.

Теплопроводность является обратной величиной удельного теплового сопротивления.

Как изменяется теплопроводность

Теплопроводность зависит от нескольких факторов. К ним относятся:

Температурный градиент
Особые свойства материала
Длина пути прохождения тепла

Различные материалы передают тепло с разной скоростью. Например, у воздуха низкая проводимость, а у металлов, таких как медь, высокая проводимость. Эти различия определяют дизайн многих материалов для повседневного использования.

Инженеры часто используют материалы, которые являются особенно плохими проводниками, чтобы уменьшить поток тепла или электричества. Эти материалы называются изоляторами.

Теплопередача и структура

Структура материала влияет на скорость теплопередачи внутри него. По кондуктивной теплопередаче материалы делятся на три категории. Эти категории:

1. Металлические твердые вещества

Металлические твердые вещества, за исключением графена, являются проводниками высокой электрической и тепловой энергии. Одни и те же молекулы внутри материала передают оба вида энергии. Однако на эти свойства влияет температура. Между температурой и теплопроводностью существует положительная корреляция, а между температурой и электропроводностью — отрицательная.

2. Неметаллические твердые вещества

Молекулы неметаллических твердых тел образуют решетки. Вибрация молекул внутри этих веществ вызывает тепловую передачу. Ближайшая близость молекул означает, что неметаллические твердые тела являются лучшими проводниками; однако между этими материалами существуют различия.

3. Газы

Газы обладают низкой теплопроводностью, поскольку их молекулы редко вступают в тесный контакт друг с другом.

Влияние температуры

Температура материала влияет на скорость кондуктивной теплопередачи. Она может резко меняться при повышении или понижении температуры. Возбужденные молекулы движутся быстрее и передают энергию более эффективно, чем холодные и невозбужденные молекулы.

Горячий вариант

Теплопередача является важнейшим компонентом взаимодействия между различными материалами.