Способы изменения внутренней энергии. Теплообмен. Внутренняя энергия при теплопроводности передается

Передача - внутренняя энергия - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Передача - внутренняя энергия

Cтраница 1

Передача внутренней энергии при соприкосновении от одних тел к другим, обусловленная хаотическим движением частиц вещества ( молекул, атомов, ионов и электронов), называется теплопроводностью. Кроме этого, теплообмен возможен еще двумя способами - конвекцией и излучением.  [1]

Передача внутренней энергии в виде теплоты от одних тел к другим или от одних молекул другим молекулам того же тела называется теплопередачей. Теплота передается всегда от тел более нагретых к менее нагретым под действием разности температур. В зависимости от состояния тел ( твердые, жидкие или газообразные), а также от их взаимного расположения существуют три способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и лучеиспускание.  [2]

Теплопроводностью называется передача внутренней энергии от одних частей вещества к другим, обусловленная хаотическим движением молекул и других частиц вещества.  [3]

Рассмотрим процесс передачи внутренней энергии от тела к телу, например от пламенных газов топки к воде парового котла. Внутренняя энергия пламенных газов, омывающих железный котел, передается стенкам котла главным образом посредством лучистой энергии. Но отчасти передача энергии происходит здесь еще иным путем. Обладающие в среднем очень большой кинетической энергией молекулы газов, сталкиваясь с молекулами стенок котла, передают им часть своей энергии. Таким образом, молекулы, лежащие в наружном слое стенок, получают большую против прежнего энергию: с одной стороны, за счет поглощаемых ими квантов, с другой - за счет механической передачи кинетической энергии.  [4]

Теплообменом называется процесс передачи внутренней энергии от одного тела к другому, не сопровождаемый совершением макроскопической работы.  [5]

В термодинамических процессах осуществляется передача внутренней энергии от одних тел к другим. Эта энергия может передаваться в виде теплоты и в виде работы. Различие состоит в том, что при передаче энергии путем теплоты отсутствует видимое движение тел относительно друг друга, а взаимодействие между телами выражается в переходе энергии от молекул одного тела к молекулам другого. Передача энергии в виде работы связана с видимым перемещением тел, в частности с изменением их объема.  [6]

Тепловое излучение представляет собой процесс передачи внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных колебаний, распространяющихся в пустоте со скоростью света.  [7]

Конечное падение температуры связано с передачей внутренней энергии от активных степеней свободы к инертным.  [9]

Теплообмен же - это специфическая форма передачи внутренней энергии и притом только от нагретого тела к холодному. Этот процесс всегда является необратимым.  [10]

Передача тепла или теплообмен - самопроизвольный процесс передачи внутренней энергии от тел ( или частей тела) с большей температурой к телам ( или частям тела) с меньшей температурой. Передача тепла осуществляется теплопроводностью, конвекцией тепла и тепловым излучением.  [11]

Передача тепла или теплообмен - самопроизвольный процесс передачи внутренней энергии от тел ( или частей тела) с большей температурой к телам ( или частям тела) с меньшей температурой. Передача тепла осуществляется теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.  [12]

Теплообмен или теплоперенос - самопроизвольный необратимый процесс передачи внутренней энергии в пространстве, обусловленный разностью температур. В общем случае перенос теплоты и массы может вызываться также неоднородностью полей других физических величин.  [13]

Теплообмен или теплоперенос - самопроизвольный необратимый процесс передачи внутренней энергии в пространстве, обусловленный разностью температур.  [14]

Страницы:      1    2    3

www.ngpedia.ru

Билет №11. Внутренняя энергия. Работа и теплопередача как способы изменения внутренней энергии тела. Закон сохранения энергии в тепловых процессах

При взаимодействии тел один вид энергии может переходить в другой. Например, при падении шарика на металлическую плиту, потенциальная энергия переходит в кинетическую. В момент же удара кинетическая и потенциальная энергия шарика равна нулю, однако шарик нагревается от удара, говорят, что механическая энергия переходит во внутреннюю энергию шарика и пластины.

Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией тела. Обозначается U, измеряется в Джоулях (Дж).

При увеличении температуры тела, увеличивается средняя кинетическая энергия хаотического движения его молекул, а, следовательно, увеличивается внутренняя энергия тела.

Внутренняя энергия тела не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершением механической работы или теплопередачей.

Работа обозначается А, измеряется в Джоулях (Дж).

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом

называется теплопередачей.

Например. При трении ладоней друг о друга, мы совершаем работу над телом, и его внутренняя энергия увеличивается. Если поставить чайник на плиту, в процессе теплопередачи увеличивается внутренняя энергия и чайника, и воды.

Величина, равная изменению внутренней энергии тела в процессе теплопередачи (без совершения работы), называется количество теплоты.

Обозначается Q, измеряется в Джоулях (Дж).

Закон сохранения энергии запишется следующим образом:

Q = ∆U+А.

Внутренняя энергия тела увеличивается при совершении работы над ним, уменьшается, если работу совершает само тело.

Как механическая энергия может передаваться от одного тела другому, так и внутренняя энергия. Это справедливо для всех тепловых процессов. При теплопередаче, например, тело более нагретое отдает энергию, а тело менее нагретое получает энергию.

При переходе энергии от одного тела к другому или при превращении одного вида энергии в другой энергия сохраняется.

Если между телами происходит теплообмен, то внутренняя энергия всех нагревающихся тел увеличивается настолько, насколько уменьшается внутренняя энергия остывающих тел.

Таким образом,

Q1+ Q2+ Q3+ … + Qn= 0.

При этом, количество теплоты считается меньше нуля, если тело отдает энергию, больше нуля, если получает.

Билет № 12. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей. Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция, излучение.

Перенос энергии от более нагретых тел или участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, называется теплопроводностью. Например, если металлический стержень нагревать с одного конца, то постепенно нагреется весь стержень.

Различные вещества обладают разной теплопроводностью. Это связано, прежде всего, с различием сил взаимодействия между частицами. Так твердые тела обладают хорошей теплопроводностью, а газы - плохой. Плохой теплопроводностью обладают и пористые вещества, так как в порах находится воздух.

При конвекции энергия переносится потоками жидкости или газа. При нагревании плотность вещества уменьшается. Нагретая жидкость или газ выталкиваются силой Архимеда, действующей со стороны менее нагретых слоев. И теплопроводность и конвекция могут протекать только в веществе.

Излучение — процесс передачи энергии электромагнитными волнами. Это единственный способ переноса энергии, который может осуществляться в вакууме.

Излучают энергию все тела, температура которых больше температуры окружающей среды. При этом больше всего поглощают энергию темные тела, серебристые – хорошо отражают.

Примеры теплопередачи в природе и технике:

1.Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией объясняются, например, ветры бризы, возникающие на берегах морей. В летние дни суша прогревается излучением от солнца быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой, его плотность уменьшается и давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух понизу с моря перемещается к берегу — дует ветер.

2. Тяга. Для создания тяги над топкой, например в котельных установках фабрик, заводов, электростанций, устанавливают трубу. При горении топлива воздух в ней нагревается. Значит, давление воздуха, находящегося в топке и трубе, становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух поступает в топку, а теплый поднимается вверх — образуется тяга. Чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе. Поэтому тяга усиливается при увеличении высоты трубы.

3. Отопление и охлаждение жилых помещений. Нагревание и охлаждение воздуха в помещениях основано на конвекции. Охлаждающие устройства целесообразно располагать наверху, ближе к потолку, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Ведь холодный воздух имеет большую плотность, чем теплый, и поэтому будет опускаться.

Обогревательные приборы располагают внизу. Во многих современных больших домах устраивают водяное отопление. Циркуляция воды в нем и прогревание воздуха в помещении происходят за счет конвекции.

4. Теплопередача и растительный мир. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается - излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения.

Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат теплицы. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее, но хуже пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли. Кроме того, стекло (или пленка) препятствует движению теплого воздуха вверх, т. е. осуществлению конвекции. Таким образом, внутри теплиц температура выше, чем на незащищенном грунте.

5. Чтобы сохранить горячей воду, пищу или предохранить лед или мороженое от таяния, пользуются термосом. Он состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками сосуда выкачан воздух. Лишенное воздуха пространство между стенками обладает плохой теплопроводностью, блестящий слой, вследствие отражения, препятствует передаче энергии излучением. Чтобы защитить стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок, который предотвращает перенос энергии конвекционными потоками.

cyberpedia.su

Тепловые явления — Внутренняя энергия тела. Теплопередача — Phystech.Academy

Существует несколько способов изменить температуру тела. В одном из таких способов температуру тела изменяют, нагревая его в пламени сгорающего топлива. При этом говорят, что тепло, выделяющееся при сгорании топлива, пошло на нагревание тела.

Такая терминология появилась примерно в восемнадцатом веке, когда считалось, что в каждом теле содержится некая субстанция, называемая теплородом. Считалось, что частицы теплорода отталкиваются друг от друга, но притягиваются частицами обычных веществ. Если тело увеличивает содержание теплорода (тепла), то температура тела увеличивается. Если количество теплорода уменьшается, то температура тела падает. Хотя предмет может казаться холодным, это не значит, что он не содержит тепла. Например, кусок льда способен нагреть кусок сухого льда, причем сам он будет при этом охлаждаться. Теория, описывающая теплоту в виде материальной субстанции (теплорода), получила название материальной теории теплоты, или теории теплорода.

Хотя эта теория давно уже оставлена, некоторые её термины сохранились в современной науке о теплоте, особенно в тех её разделах, где рассматриваются потоки и перенос тепла. Мы по-прежнему говорим, что тепло течёт, а тело поглощает тепло. Это приводит к некоторой путанице, поскольку мы говорим о теплоте как о какой-то субстанции, даже если мы знаем, что на самом деле это не так.

Понять физическую природу теплоты в термодинамике невозможно без привлечения атомно-молекулярных представлений о строении вещества. С молекулярной точки зрения любое тело состоит из громаднейшего числа мельчайших частиц, называемых молекулами и атомами. Эти частицы находятся в беспрерывном тепловом движении.

Процесс нагревания тела в пламени сгорающего топлива выглядит следующим образом. Горение есть химическая реакция соединения двух веществ (обычно кислорода и горючего) и образования новых веществ. Кинетическая энергия молекул продуктов горения при этом во много раз превосходит первоначальную кинетическую энергию исходных веществ. Образовавшиеся при горении молекулы бомбардируют молекулы вещества, помещённого в пламя горелки.

Кинетическая энергия молекул вещества меньше кинетической энергии «молекул пламени» (молекул веществ, входящих в состав пламени). При столкновении этих молекул часть энергии «молекул пламени» переходит молекулам вещества, и энергия этих молекул увеличивается, а энергия «молекул пламени» уменьшается.

Процесс нагревания всегда сопровождается повышением температуры тела. Это позволяет сделать вывод, что увеличение кинетической энергии молекул нагреваемого тела однозначно связано с увеличением температуры тела, а переход тепла есть передача молекулами продуктов горения части своей кинетической энергии молекулам нагреваемого вещества.

В молекулярно-кинетической теории суммарная кинетическая энергия хаотичного движения всех молекул тела плюс суммарная потенциальная энергия взаимодействия этих молекул друг с другом (но не с другими телами) называется внутренней энергией тела.

Если два тела с разными температурами привести в контакт друг с другом, то с течением времени температура этих тел изменится. Одно тело при этом нагреется, а другое остынет. Нагревание одного тела и охлаждение другого тела будут происходить до тех пор, пока их температуры не сравняются.

Как показывает опыт, температура каждого из тел в процессе нагревания или охлаждения в различных точках неодинакова и со временем изменяется. Сначала изменится температура в местах соприкосновения тел. Затем изменение температуры произойдёт в точках, прилежащих к месту контакта и, наконец, это изменение температуры захватит самые дальние точки тел. Такой процесс выравнивания температур сопровождается передачей некоторой доли кинетической энергии молекул одной части тела молекулам другой его части, т. е. передачей тепла, а сам процесс перехода тепла от одного конца тела к другому называется теплопроводностью. Важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается, а теплопередача всегда идёт в определённом направлении: внутренняя энергия горячего тела уменьшается, а внутренняя энергия холодного тела увеличивается.

Чем больше разность температур тел, тем интенсивней при прочих одинаковых условиях протекает процесс передачи тепла от горячего тела к холодному. Когда же температуры тел выравниваются, теплопередача прекращается, и наступает тепловое равновесие.

Рассмотрим пример. Когда нагревается холодная вода в кастрюле, поставленной на горячую плиту, происходит передача теплоты сквозь металлические стенки кастрюли. От чего зависит количество теплоты, передаваемой через какую-нибудь стенку? Прежде всего, от разности температур по обе стороны стенки. Чем больше эта разность, тем большее количество теплоты передаётся через стенку за определённый промежуток времени. Это количество теплоты зависит также и от площади стенки. При равных объёмах вода в кастрюле с большой площадью дна нагревается, как известно, быстрее, чем в кастрюле с дном малой площади. Далее, легко убедиться на опыте, что количество теплоты, передаваемой за единицу времени через стенку при определённой разности температур, тем больше, чем тоньше стенка. Наконец, скорость теплопередачи сильно зависит от материала стенки.

Способностью проводить тепло, или теплопроводностью, обладают все вещества. Однако теплопроводность различных веществ неодинакова. Лучшими проводниками тепла являются металлы. Хуже всех проводят тепло газы. Самым плохим проводником тепла является вакуум. Так называют пространство, в котором отсутствуют атомы или молекулы.

В жидкостях и в газах, кроме теплопроводности, теплопередача час-то осуществляется конвекцией, т. е. механическим перемещением нагретых частей. Почти всегда при соприкосновении жидкости или газа с твёрдыми стенками, имеющими более высокую или более низкую температуру, в жидкости (или газе) возникают течения: нагревшаяся жидкость (или газ) поднимается вверх за счёт силы Архимеда, а охладившаяся опускается вниз. Этот процесс происходит вследствие уменьшения плотности жидкости или газа при повышении их температуры.

Кроме теплопередачи посредством теплопроводности и конвекционных течений, огромное значение в природе и технике имеет теплопередача посредством испускания и поглощения излучения.

Отметим, что при теплопередаче далеко не всегда изменяется тепловое состояние тел, т. е. их температура; например, когда лёд тает, то передача теплоты изменяет состояние тела - лёд из твёрдого состояния переходит в жидкое, но температура его остаётся неизменной.

phystech.academy

Виды теплообмена | Физика

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Теплообмен может осуществляться по-разному. Различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.

1. Теплопроводность — это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части При теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела — переносится лишь энергия.

Обратимся к опыту. Закрепим в штативе толстую медную проволоку, а к проволоке прикрепим воском (или пластилином) несколько гвоздиков (рис. 63). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Причем сначала отпадают те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Объясняется это следующим образом.

Сначала увеличивается скорость движения тех частиц металла, которые ближе к пламени. Температура проволоки в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д., пока не прогреется вся проволока.

Различные вещества имеют разную теплопроводность: у одних она больше, у других — меньше. Из жизненного опыта известно, что если, например, взять какой-либо железный предмет (допустим, гвоздь) и начать нагревать его в огне, то долго удерживать его в руке мы не сможем. И наоборот, горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки. Это означает, что дерево обладает меньшей теплопроводностью, чем железо.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. У жидкостей (за исключением расплавленных металлов) теплопроводность невелика. У газов она еще меньше, так как молекулы их находятся сравнительно далеко друг от друга и передача энергии от одной частицы к другой затруднена.

Если теплопроводность различных веществ сравнить с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она примерно в 5 раз меньше, у воды — в 658 раз меньше, у пористого кирпича — в 840 раз меньше, у свежевыпавшего снега — почти в 4000 раз меньше, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти — почти в 10 ООО раз меньше, а у воздуха она примерно в 20 000 раз меньше.

Плохая теплопроводность шерсти, пуха и меха (обусловленная наличием между их волокнами воздуха) позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и тем самым защищаться от охлаждения. Защищает от холода и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, китов, моржей, тюленей и некоторых других животных.

2. Конвекция — это теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками (или струями) вещества.

Общеизвестно, например, что жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой ставят на огонь, радиаторы отопления помещают под окнами около пола. Случайно ли это?

Поместив руку над горячей плитой или над включенной лампой, мы почувствуем, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые струи воздуха. Эти струи могут даже вращать небольшую бумажную вертушку, помещенную над лампой (рис. 64). Откуда берутся эти струи?

Часть воздуха, которая соприкасается с плитой или лампой, нагревается и вследствие этого расширяется. Ее плотность становится меньше, чем у окружающей (более холодной) среды, и под действием архимедовой (выталкивающей) силы она начинает подниматься вверх. Ее место внизу заполняет холодный воздух. Через некоторое время, прогревшись, этот слой воздуха также поднимается вверх, уступая место следующей порции воздуха, и т. д. Это и есть конвекция.

Точно так же переносится энергия и при нагревании жидкости. Чтобы заметить перемещение слоев жидкости при нагревании, на дно стеклянной колбы с водой опускают кристаллик красящего вещества (например, перманганата калия) и колбу ставят на огонь. Через некоторое время нагретые нижние слои воды, окрашенные перманганатом калия в фиолетовый цвет, начинают подниматься вверх (рис. 65). На их место приходит холодная вода, которая, прогревшись, также начинает подниматься вверх, и т. д. Постепенно вся вода оказывается нагретой. Именно благодаря конвекции происходит нагревание воздуха и в наших жилых комнатах (рис. 66).

Будут ли прогреваться воздух и жидкость, если их нагревать не снизу, а сверху? Обратимся к опыту. Поместив в пробирку кусочек льда и придавив его гайкой или металлической сеточкой, нальем туда же холодную воду. Нагревая ее сверху, можно довести верхние слои воды до кипения (рис. 67), между тем как нижние слои воды останутся холодными (и даже лед там не растает). Объясняется это тем, что при таком способе нагревания конвекции не происходит. Нагретым слоям воды некуда подниматься: ведь они и так уже наверху. Нижние же (холодные) слои так и останутся внизу. Правда, вода может прогреться благодаря теплопроводности, однако она очень низкая, так что пришлось бы долго ждать, пока это произошло бы.

Точно так же можно объяснить, почему не прогревается воздух, находящийся в пробирке, которая изображена на рисунке 68. Горячим он становится лишь сверху, внизу же он остается холодным.

Опыты, изображенные на рисунках 67 и 68, показывают не только то, что жидкости и газы следует нагревать снизу, но и то, что у них очень плохая теплопроводность.

3. Лучистый теплообмен — это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами. Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

Так, например, сидя около камина или костра, мы чувствуем, как тепло передается от огня нашему телу. Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность (которая у воздуха, находящегося между пламенем и телом, очень мала), ни конвекция (так как конвекционные потоки всегда направлены вверх). Здесь имеет место третий вид теплообмена —лучистый теплообмен.

Возьмем теплоприемник — прибор, представляющий собой плоскую круглую коробочку, одна сторона которой отполирована, как зеркало, а другая покрыта черной матовой краской. Внутри коробочки находится воздух, который может выходить через специальное отверстие. Соединим теплоприемник с жидкостным манометром (рис. 69) и поднесем к теплоприемнику электрическую плитку или кусок металла, нагретый до высокой температуры. Мы заметим, что столбик жидкости в манометре переместится. Но это означает, что воздух в теплоприемнике нагрелся и расширился. Нагревание воздуха в теплоприемнике можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела. Каким образом передавалась эта энергия? Ясно, что не теплопроводностью, так как между нагретым телом и теплоприемником находится воздух, обладающий малой теплопроводностью. Не было здесь и конвекции: ведь теплоприемник расположен не над нагретым телом, а рядом с ним. Энергия в данном случае передавалась с помощью невидимых лучей, испускаемых нагретым телом. Эти лучи называют тепловым излучением.

С помощью теплового излучения (как видимого, так и невидимого) передается на Землю и солнечная энергия. Отличительной особенностью этого вида теплообмена является возможность осуществления через вакуум.

Тепловое излучение испускают все тела: электрическая плитка, лампа, земля, стакан с чаем, тело человека и т. д. Но у тел с низкой температурой оно слабое. И наоборот, чем выше температура тела, тем больше энергии оно передает путем излучения.

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.

Светлые и темные поверхности тел поглощают излучение по-разному. Если теплоприемник (см. рис. 69) повернуть к излучающему телу сначала черной, а затем блестящей поверхностью, то столбик жидкости в манометре в первом случае переместится на большее расстояние, чем во втором. Это показывает, что тело с темной поверхностью лучше поглощает энергию (и, следовательно, сильнее нагревается), чем тело со светлой или зеркальной поверхностью.

Тела с темной поверхностью не только лучше поглощают, но и лучше излучают энергию. Больше излучая, они и остывают быстрее. Например, в темном чайнике горячая вода остывает быстрее, чем в светлом.

Способность по-разному поглощать энергию излучения находит широкое применение в технике. Например, воздушные шары и крылья самолетов часто красят серебристой краской, чтобы они меньше нагревались солнечными лучами. Если же нужно использовать солнечную энергию (например, для нагревания некоторых приборов, установленных на искусственных спутниках), то эти устройства окрашивают в темный цвет.

1. Перечислите виды теплообмена. 2. Что такое теплопроводность? У каких тел она лучше, у каких хуже? 3. Как вы думаете, о чем свидетельствует опыт, изображенный на рисунке 70? 4. Что такое конвекция? 5. Почему жидкости и газы нагревают снизу? 6. Почему конвекция невозможна в твердых телах? 7. Какой вид теплообмена может осуществляться через вакуум? 8. Как устроен теплоприемник? 9. Какие тела лучше и какие хуже поглощают энергию теплового излучения? 10. Почему в светлом чайнике горячая вода дольше не остывает, чем в темном?

Экспериментальные задания. 1. Находясь дома, на улице или в транспорте, проверьте, какие предметы на ощупь кажутся более холодными. Что вы можете сказать об их теплопроводности? Составьте на основе своих наблюдений ряд из названий материалов в порядке возрастания их теплопроводности. 2. Включите электрическую лампу и поднесите к ней (не касаясь лампы) руку. Что вы чувствуете? Какой из видов теплообмена происходит в данном случае? 3. Греет ли шуба? Для выяснения этого возьмите термометр и, заметив его показание, закутайте в шубу. Спустя полчаса выньте его. Изменились ли показания термометра? Почему?

phscs.ru

Способы изменения внутренней энергии. Теплообмен.

Внутренняя энергия — это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.Внутренняя энергия зависит от температуры тела, его агрегатного состояния, от химических, атомных и ядерных реакций. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от положения этого тела относительно других тел.Внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы и теплопередачи. Если над телом совершается работа, то внутренняя энергия тела увеличивается; если же это тело совершает работу, то его внутренняя энергия уменьшается.т. е. чтобы изменить внутреннюю энергию тела, нужно изменить его температуру.Увеличение внутренней энергии можно понаблюдать на интересном опыте «Воздушное огниво» . В прозрачный цилиндр с толстыми стенками из оргстекла помещают маленький кусочек ваты. Вдвигают в цилиндр поршень и резким движением опускают его вниз. За счёт совершенной работы внутренняя энергия воздуха при сжатии возрастает, увеличивается его температура, в результате чего вата воспламеняется.

ТЕПЛООБМЕН(передача тепловой энергии), процесс переноса теплоты от одного объекта к другому. Перенос происходит в течение времени, когда два или более тела при разных температурах находятся в термоконтакте. Различают три вида теплообмена: ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, КОНВЕКЦИЯ и ИЗЛУЧЕНИЕ. При теплопроводности перенос тепла происходит от молекулы к молекуле внутри тела, как например у железного прута, вставленного в огонь. При конвекции тепло переносится циркуляцией жидкости или газа, как при кипении. При излучении тепло передается в виде электромагнитных волн, как солнечный свет. Теплообменные процессы являются неотъемлемой частью многих производственных процессов, когда тепловая энергия от одного источника передается другому без их объединения. Наиболее простой пример теплообмена — использование теплопередачи, когда система труб с развитой внешней поверхностью и протекающей внутри горячей жидкостью погружена в контейнер, через который течет другая, холодная жидкость, и в результате теплообмена тепло передается от горячей жидкости к холодной.

Работа газа.

Газообразные вещества способны значительно изменять свой объем. При этом силы давления совершают определенную механическую работу. Например, если газ подвергается сжатию в цилиндре под поршнем, то внешние силы совершают над газом некоторую положительную работу A'. В то же время силы давления, действующие со стороны газа на поршень, совершают работу A = –A'. Если объем газа изменился на малую величину V, то газ совершает работу pSΔx = pΔV, где p –давление газа, S –площадь поршня, Δx –его перемещение. При расширении работа, совершаемая газом, положительна, при сжатии – отрицательна. В общем случае при переходе из некоторого начального состояния (1) в конечное состояние (2) работа газа выражается формулой:

или в пределе при ΔVi → 0:

I начало термодинамики.

Сумма кинетической энергии теплового движения частиц вещества и потенциальной энергии их взаимодействия называ­ется внутренней энергией тела: U = Ek + Еp, Ek — средняя кинети­ческая энергия всех частиц, а Ер — потенциальная энергия взаимодействия частиц. Известно, что Ek зависит от темпера­туры тела, а Ер — от его объема. В случае идеального газа потенциальная энергия взаимодействия молекул отсутствует и внутренняя энергия равна сумме кинетических энергий хаотиче­ского теплового движения всех молекул газа. В результате для одноатомного газа имеем: U = (3/2)νRT = (3/2)PV

Изменение внутренней энергии тела (системы тел) опреде­ляется первым законом (началом) термодинамики. Изменение внутренней энергии системы Δ U при переходе ее из одного со­стояния в другое равно сумме работы внешних сил А’ и коли­чества теплоты Q, переданного системе: ΔU = А’ + Q.

По-другому это закон можно формулировать так: для того чтобы изменит внутреннюю энергию тела (повысить температуру тела), нужно либо совершить над ним работу, либо передать какое-либо количество теплоты ему. Например, если мы хотим согреть руки, то можно погреть их у батареи, либо потереть друг об друга (совершить над ними работу).

Работа самой системы над внешними телами А = —А′, т.е. равна работе внешних сил над системой со знаком минус. Поэтому Q = ΔU + А, т. е. количество теплоты, переданное системе, идет на изменение ее внутренней энергии и на работу системы над внешними силами (обе формулировки равноправны).

Первый закон термодинамики — это обобщение закона со­хранения и превращения энергии для термодинамической систе­мы. Из него следует, что в изолированной системе внутренняя энергия сохраняется при любых процессах (поскольку для изо­лированной системы А’ = 0 и Q = 0, значит, ΔU = 0,

т. е. U = const).

Читайте также:

lektsia.com

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность :: Класс!ная физика

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.

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.

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ !

1. Лёд, не тающий в кипятке.

2. Греет ли шуба?3. Бумажная кастрюля.

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!

Огонь в решете

.

Явление, о котором рассказано ниже демонстрирует свойство металлов хорошо проводить тепло.Если изготовить сетку из проволоки, обеспечив хорошее соединение металла в местах перекрещивания проволоки, и поместить ее над газовой горелкой, то можно при включенном вентиле поджечь газ над сеткой, в то время как под сеткой он гореть не будет. А если зажечь газ под сеткой, то наверх через сетку огонь « не просочится»!

В те времена, когда еще не было электрических шахтерских лампочек, пользовались лампой Дэви. Это была свеча, «посаженная» в металлическую клетку. И даже, если шахта наполнялась легковоспламеняющимися газами, лампа Дэви была безопасна и не вызывала взрыва - пламя не выходило за пределы лампы,благодаря металлической сетке.

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. 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 !

(или " покумекаем"? )

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?

Другие страницы по темам физики за 8 класс:

К 1 сентября! Проверочный тестТепловое движение. Температура Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии Теплопередача. Теплопроводность Конвекция Излучение Теплопередача в природе и технике Количество теплоты Нагревание и охлаждение телЭнергия топлива Агрегатные состояния вещества Плавление кристаллических тел Отвердевание кристаллических тел Парообразование. Испарение Кипение Конденсация Влажность воздуха Работа газа и пара при расширении. ДВС Паровая турбина. КПД теплового двигателяДва рода зарядов. Электроскоп Проводники и диэлектрикиЭлектрическое поле Источники тока Электрические цепи Действия электрического тока Сила тока Напряжение Измерения силы тока и напряжения Электрическое сопротивление Закон Ома для участка цепи Соединение проводников Работа и мощность электрического тока Короткое замыкание. Предохранители Магнитное полеМагнитное поле прямого проводника. Магнитные линииМагнитное поле катушки с током. ЭлектромагнитПостоянные магнитыМагнитное поле Земли Действие магнитного поля на проводник с током. Электродвигатель Плоское зеркало

class-fizika.narod.ru

1 Виды теплопередачи

I уровень. Прочитайте + § 4,5,6 учебника повторите.

Что означают слова: «передать теплоту»? Такими словами в обиходе обозначают процесс изменения внутренней энергии. 

Внутренняя энергия может изменяться за счёт двух различных процессов: совершения над телом работы и сообщения ему энергии потеем теплообмена (теплопередачи).

Теплопередача - 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.

Теплопередача всегда происходит в одном направлении – от более нагретого тела к более холодному телу.

Существует 3 вида теплопередачи: 

Если металлический стержень положить в костер, то через некоторое время другой конец нельзя будет потрогать, он нагреется. Значит, внутренняя энергия может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться от одной части тела к другой.  Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой части тела или от одного тела к другому телу при их непосредственном контакте.

Перенос энергии при теплопроводности осуществляется  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.

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!

Интересно, что  можно было бы поднести руку  почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура  больше 1000 градусов) и не обжечь ее, 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. 

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. 

Конвекция может быть двух видов:

Интересно, что в сильные морозы глубокие водоемы  не промерзают до дна, и вода внизу имеет температуру +4 градуса Цельсия.  Оказывается, что вода при такой температуре имеет наибольшую плотность и опускается на дно.  Поэтому дальнейшая конвекция теплой воды наверх становится невозможной и вода более не остывает.

В наших домах для поддержания комфортной температуры в холодное время года воздух прогревают батареи центрального отопления.

За счет горячих батарей в помещении наблюдается естественная конвекция воздуха, когда его прогретые слои поднимаются вверх, уступая место более холодным.

Система отопления представляет собой оборудование, предназначенное  для получения, переноса и передачи  теплоты в обогреваемые помещения. Система отопления включает в себя: теплогенератор, служащий для получения теплоты и передачи ее теплоносителю, системы теплопроводов для транспортировки по ним теплоносителя от теплогенератора к отопительным приборам и отопительных приборов, передающих теплоту от теплоносителя воздуху в помещении.

Система отопления в наших домах называется центральной.  Она предназначена для отопления нескольких помещений от одного  теплогенератора (котельная, ТЭЦ). В таких системах теплота  с помощью теплоносителя (горячей воды) по теплопроводам (трубам) транспортируется в отдельные помещения здания. При этом через отопительные приборы (радиаторы или, проще говоря, батареи)  теплота передается воздуху отапливаемых помещений, а теплоноситель возвращается в тепловой пункт.  Батареи  центрального отопления соприкасаются с воздухом, который получает от  них  теплоту и поднимается, уступая место более холодному воздуху. В результате  естественной конвекции нагретые объемы  воздуха  поднимаются, охладившиеся – опускаются, что обуславливается разностью плотностей холодного и теплого воздуха. Так  теплота вместе с воздухом передается от  батареи  в другие части помещения.

Фен- это современное техническое устройство есть практически в каждом доме. Вентилятор прогоняет воздух через трубу с тонкой длинной нагревательной спиралью. Спираль нагревается проходящим по ней электрическим током. Далее происходит передача тепла от разогретой спирали окружающему её воздуху. Здесь используется явление принудительной вентиляции воздуха и явление теплопередачи. Основным источником тепла на Земле является Солнце. Как же происходит процесс теплопередачи от Солнца? Земля находится от него на расстоянии 1,5*1011 м (150 млн.км). Все пространство за пределами нашей атмосферы – сильно разряженное вещество. 

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

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. 

Теплопередача способом излучения возможна в любом веществе и в вакууме. Все тела излучают энергию и остывают. Тела способны не только излучать, но и поглощать тепловое излучение, при этом они нагреваются.

Темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые (или имеющие зеркальную, полированную поверхность), и лучше излучают.

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

Созданы материалы, с помощью которых можно прервращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения - тепловизорах. Эти материалы очень чувствительны к тепловому излучению: различаются участки, температура которых отличается на сотые доли градуса.

II уровень. Ответьте на вопросы.

1. Что остынет быстрее: стакан компота или стакан ки­селя? Почему?
2. Летом лед сохраняют под слоем опилок и земли. Почему?
3. В алюминиевую и стеклянную кастрюли одинаковой вместимости наливают горячую воду. Какая из каст­рюль быстрее нагреется до температуры налитой в нее воды?
4. Почему в холодную погоду многие животные спят, свернувшись в клубок?
5. Почему весной снег тает быстрее в городе, чем в поле?
6. Когда тяга в трубах лучше - зимой или летом? Почему?
7. Почему термосы изготавливают круглого, а не квадратного сечения?
8. Когда парусным судам удобнее входить в гавань - днем или ночью?
9. Почему листья осины колеблются в безветренную погоду?

Можно сделать на дополнительную оценку:

1. 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.
2. Проведите исследование конвекционных потоков в одной из комнат своей квартиры. В качестве индикаторов воздушных потоков используйте горящую свечу. Нарисуйте схему движения потоков. Дополните исследование измерением температуры. Если центральное отопление не работает, проведите исследования на кухне до и во время работы плиты.

Или:

Можно выбрать понравившуюся тему и дать подробные ответы на вопросы. Оформить красиво! Но не к следующему уроку, а через неделю!

Физика самовара.

1.История изобретения самовара. 

7.У хороших хозяек самовар всегда стоял начищен. Для чего важно, чтобы самовар блестел? 8.Для чего заварочный чайник ставят на самовар? 9.Почему у электрических самоваров спираль устанавливают снизу? 10.Чтобы не обжечься все пьют чай по-разному( мешают чай ложкой, переливают из чашки в блюдце, дуют на чай). Какой способ лучше? Почему? 11. Что произойдет, если «поставить» ( нагревать) самовар без воды? Почему? Физика термоса.

1. История изобретения термоса и его назначение. 2. Рисунок - внутреннее устройство. 3. Объясните назначение частей термоса. Как учитываются все виды теплопередач в термосе? 4. За счет чего в термосе удается уменьшить теплообмен? 5. Почему чай в термосе долго остается горячим? 6. Почему мороженое в термосе долго не тает? 7. Почему пища в термосе все-таки охлаждается

Физика парника.

1. Для чего служат парники? 2. Рисунок - схема парника, поясняющий принцип его работы. 3. Из каких материалов изготавливают парники? Почему? 4. Почему парник называют "ловушкой" энергии? 5. Какие виды теплопередачи присутствуют в парнике? 6. В чем заключается "парниковый эффект" в природе? 7. Что необходимо предпринять человечеству, чтобы не превратить Землю в убийственный парник?

mognovse.ru

• 
  Цистерна для молока
• 
  Классификация систем управления
• 
  Классификация систем управления
• 
  Схема бесконтактного зажигания
• 
  Рено трафик технические характеристики
• 
  Сколько видов технического обслуживания для техники повседневного использования
• 
  Типы грузоподъемных кранов
• 
  Правила по лифтам новые
• 
  Жиклер холостого хода
• 
  Экономайзер карбюратора
• 
  Пожарная автолестница