Тест физика 8 класс по теме «Теплопроводность, конвекция, излучение»» | Тест по физике (8 класс):

Теплопроводность

I вариант

1. Теплопроводность — это

1. явление изменения внутренней энергии тел
2. явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их контакте
3. распространение внутренней энергии по телу
4. нагревание одних тел и охлаждение других при их взаимодействии

2. Какие вещества из названных здесь обладают плохой теплопроводностью?

1. Шерсть и бумага       2) Латунь и шерсть       3) Сталь и бумага      4) Цинк и медь

3. В каком состоянии — твердом, жидком, газообразном — вещество обладает наибольшей теплопроводностью?

1. Жидком      2) Твердом      3) Газообразном

4. При теплопроводности внутренняя энергия переносится в теле от нагретой его части к холодной путем

1. перемещения быстро движущихся молекул из нагретой части в холодную часть
2. обмена энергии быстрых молекул на энергию медленных молекул
3. такого взаимодействия молекул тела, при котором энергия быстро движущихся молекул передается более медленным

Конвекция

I вариант

1. В каких телах — твердых, жидких, газообразных — возможна теплопередача конвекцией?        

1. Твердых     2) Жидких     3) Газообразных    4) Во всех

2. В каких случаях происходит конвекция: на плите закипает чайник (№ 1), в углях костра запекают картофель (№ 2), комната обогревается электронагревателем (№ 3), опущенная в воду ложка стала горячей (№ 4)?                                        

1)№1        2) № 2       3)№3      4) № 4.        

3. Почему для возникновения конвекции в жидкости ее надо подогревать снизу?

1. Иначе жидкость не прогреется
2. Потому что, если нагревать сверху, нагретые верхние слои жидкости, как более легкие, останутся наверху
3. Потому что подогревать сверху неудобно

4. Естественная конвекция наблюдается

1. в воде, когда ее греют в котелке над костром     2) в бульоне при размешивании в нем соли

3) в воздухе при работе вентилятора        4) в воде, когда от брошенного в нее камня расходятся круги

Излучение

I вариант

1. Каким способом осуществляется теплопередача от Солнца к Земле?

1. Теплопроводностью      2) Конвекцией       3) Излучением       4) Всеми этими способами

2. Тело излучает энергию тем интенсивнее, чем

1. оно больше        2) больше его плотность        3) быстрее оно движется       4) выше его температура

3. Чтобы поверхность тела, например дирижабля, как можно меньше нагревалась солнцем, ее покрывают краской. Какую краску следует выбрать для этого: черную, синюю, красную, серебристую?

1) Черную     2) Синюю      3) Красную      4) Серебристую

4. В жидкостях и газах теплопередача осуществляется

1) теплопроводностью     2) конвекцией      3) излучением    4) всеми тремя видами теплопередачи

5. Какой способ теплопередачи позволяет людям греться у костра?

1. Излучение       2) Теплопроводность       3) Конвекция      4) всеми тремя видами теплопередачи

Теплопроводность

II вариант

1. Какие твердые тела обладают хорошей теплопроводностью?

1. Пластмассовые       2) Деревянные        3) Резиновые       4) Металлические

2. Во что лучше всего завернуть кастрюлю, чтобы сохранить ее содержимое горячим?

1. Газету      2) Пуховое одеяло      3) Фольгу       4) Полотенце

3. Какое из этих трех тел сможет при контакте с двумя другими увеличить их внутреннюю энергию благодаря теплопроводности?

1)№1       2) №2       3) №3        

4. В какой среде не может быть теплопроводности: в пустоте (№ 1), газе (№ 2), жидкости (№ 3), твердом теле (№ 4)?

1) №1      2)№ 2     3)№3    4) №4

Конвекция

II вариант

1. Конвекция — это        

1. явление циркуляции жидкости или газа        
2. вид теплопередачи, отличающийся от теплопроводности        
3. явление нагревания или охлаждения газов и жидкостей        
4. вид теплопередачи, при которой энергия переносится струями жидкости или газа

2. Под действием какой силы нагретые слои жидкости (газа) поднимаются вверх?        

1. Силы взаимодействия молекул     2) Своего веса      3) Архимедовой силы      4) Силы упругости

3. На какую полку — самую верхнюю или самую нижнюю — надо поставить банку с вареньем в комнате-кладовке, чтобы оно лучше сохранялось?

1. На самую верхнюю      2) На самую нижнюю       3) Все равно

4. В каком случае происходит вынужденная конвекция?

1. Согревание помещения электронагревателем с вентилятором

1. Нагревание воздуха стоящим на полу баком с кипятком
2. Обогревание северных районов Европы Гольфстримом
3. Образование прохладного ветерка вблизи водоема

Излучение

II вариант

1. Какие тела излучают энергию?

1) Горячие      2) Теплые      3) Холодные      4) Все тела

2. Эти шары нагреты и имеют одинаковую температуру, но разный цвет: черный, серый, белый. Какой из них остынет быстрее всего?

1)№ 1     2)№ 2      3)№3      4) Шары остынут одновременно

3. В твердых телах энергия передается

1. Теплопроводностью      2) конвекцией     3)излучением     4) всеми тремя видами теплопередачи

4. В вакууме энергия передается

1. Теплопроводностью      2) конвекцией       3)излучением      4) другим способом

5. Как изменится температура тела, если оно теряет при излучении меньше энергии, чем получает от окружающих тел?

1. Его температура не изменится      2) Она повысится     3) Понизится

Контрольные вопросы

1.
Какие процессы называют явлениями
переноса?

2.
Объяснить механизм возникновения
вязкости ( сил внутреннего трения) из
молекулярно– кинетической теории.

3.
Дать определение вязкости.

4.
В каких единицах измеряется вязкость
в системе
?

5.
Какие
силы действуют на шарик при его движении
в жидкости, и какова природа этих сил?

6.
В чем суть метода Стокса?

Лабораторная работа 3 Определение коэффициента теплопроводности калориметрическим методом

Цел
работы:определить
коэффициент тепловодности металла.

Приборы
и принадлежности:
два калоритметрических сосуда соединенных
друг с другом испытательным стержнем
закрытым с наружной стороны асбестом.
Термометры и электроплитка.

Теоретическое введение

Теплопроводность,
обусловлена переносом энергии, является
одним из трех существующих в природе
явлений переноса. Теплопроводностью
обладают все вещества: газы, жидкости
и твердые тела. В твердых телах в отличии
от газов и жидкостей невозможна конвекция,
поэтому перенос тепла осуществляется
только теплопроводностью.

Теплота
в твердых телах передается колебаниями
кристаллической решеткой. Если при
данной температуре
один
из узлов решетки колеблется с амплитудой,
то он будучи связан со своими соседями,
будет действовать на них, вызывая
увелечение амплитуды колебаний этих
соседних частиц. Таким образом энергия
тепловых колебаний передается от одного
узла решетки к другому посредством
установления волнового процесса.

В
металлах в отличии от диэлектриков
перенос теплоты осуществляется не
только кристаллической решеткой, но и
свободными электронами. Поэтому
теплопроводность металлов
в
общем случае складывается из
теплопроводности решеткии
теплопроводности,
обусловленой свободными электронами:.
Металлы отличается хорошей теплопроводностью,
которая осуществляется в основном за
счет переноса энергии свободными
электронами т.е.и поэтому.

Теплопроводность
имеет место тогда, когда концы
металлического стержня поддерживаются
при разных температурах. При этом в
стержне возникает непрерывный поток
теплоты. Каждый узел (ион) колеблется с
меньшей амплитудой, чем соседний с ним
со стороны более нагретого конца, и с
большей амплитудой, чем соседней с ним
со стороны менее нагретого конца, и с
большей амплитудой.

Количественно
тепловой поток
через
поперечное сечение стержняпри градиенте температурыможно
рассчитать по известной формуле Фурье:

(1)

Коэффициент
пропорциональности
в этой формуле есть коэффициент
теплопроводности. Он численно равняется
количеству тепла, прошедшего через
единицу площади за единицу времени при
градиенте температуры, равному единице
(площадкаперпендикулярна оси).– градиент температуры, равный скорости
изменения температуры на единицу длины
в направлении нормали к площадке.
Знак минус в формуле (1) показывает, что
энергия переносится в сторону убывания
температуры. В связи с чем знакии,
противоположны. В системекоэффициент
теплопроводности измеряетсяили в ваттах на метр кельвин).
Экспериментальную формулу теплового
потока (1) можно вычислить из молекулярно-
кинетической теории. По этой теории
свободные электроны в метталлах
рассматриваются как электронный газ,
частицы которого обладают тремя
степенями свободы, т.е. ведут себя как
одноатомный газ, и их движение подчиняется
всем законам идеального газа. Если
температура ( металла) газав разных местах различна, то и средняя
энергия электрона также будет различной.
Перемещаясь вследствии теплового
движения из одних мест в другие, электроны
переносят запасенную ими энергию, что
и обуславливает процесс теплопроводности.

Формула
теплового потока полученная из
молекулярно- кинетической теории
полностью совпадает с уравнением (1).
При этом получается выражение для
коэффициента теплопроводности металлов:

(2)

Здесь
–
плотность газа,–
средняя скорость теплового движения
электрона,-
средняя длина свободного пробега
электрона,-
удельная теплоемкость электронного
газа постоянном объеме.

Задачи по теплопроводности

1. Один конец металлического стержня длиной 0,25 м находится в паре, а другой в
контакт со льдом. Это 15 × 10 ^{– 3} кг льда, тающего в минуту, что
теплопроводность металла? Заданное сечение стержня равно 7 ×
10 ^{– 4} м ² и скрытая теплота льда 80 кал/кг.

Соль:

2. Температура воздуха в помещении 25°С, наружная температура
0° в. Окно комнаты имеет площадь 2м ² и толщину 2мм.
Рассчитайте скорость потери тепла при теплопроводности через окно? Теплопроводность
для стекла 1 Wm ^{– 1} степень ^{– 1} .

Сол: Скорость потери тепла определяется выражением
, где Q — количество тепла, которое течет из горячей области в холодную и определяется как

3. Один из возможных механизмов теплообмена в организме человека
проводится через жировые отложения. Предположим, что тепло проходит через 0,03 м жира в
достигая кожи, имеющей общую площадь поверхности 1,7 м ² и температуру
34° с. Найдите количество теплоты, дошедшее до кожи через полчаса, если
температура тела, внутренних органов поддерживается на уровне нормы 37°С? Термальный
проводимость жировых отложений k = 0,2 Дж/см·°с.

Sol:

Однако передача тепла через кровоток к коже более эффективна и
имеет дополнительное преимущество, заключающееся в том, что организм может изменять кровоток по мере необходимости.

4. Температура на концах стержня 95°С при более
конце и 37°С на более холодном конце. Длина штанги 0,9 м. что
температура в точке, которая находится на расстоянии 0,3 м от более холодного конца стержня? 0,9 м м
Пусть температура в этой точке равна T.
Тепло, проведенное за время t мимо точки при a
расстояние 0,3 м от более холодного конца стержня определяется как
Q =
, где k — теплопроводность стержня
A — площадь поперечного сечения стержня
T — температура на расстоянии d от более холодного конца
T ₂ – температура на более холодном конце
T = T ₂ +

Это тепло Q возникает на более теплом конце стержня.
Так как потери тепла через
сторон стержня
Q =
Подставляя это Q в уравнение для T, мы получаем

Следовательно, температура меньше половины между температурой при
более теплый и более холодный конец.

Примеры задач по теплопроводности

Тепло может передаваться через любое вещество, состоящее из атомов и молекул. В любой момент времени атомы находятся во многих состояниях движения. Тепло или тепловая энергия производится движением молекул и атомов и присутствует во всей материи.

Чем больше молекул движется, тем больше выделяется тепловой энергии. Однако когда дело доходит до теплопередачи, это просто относится к акту передачи тепла от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Тепло может перемещаться из одного места в другое различными путями. Между тем, если две системы имеют разность температур, тепло найдет способ перетекать из верхней системы в нижнюю.

Способы передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение.

Что такое проводимость?

Процесс передачи тепла от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкими температурами называется теплопроводностью.

Тепловая энергия передается из области с более высокой кинетической энергией в область с более низкой кинетической энергией. Когда высокоскоростные частицы сталкиваются с медленно движущимися частицами, кинетическая энергия медленно движущихся частиц увеличивается. Проводимость может происходить в твердых телах, жидкостях и газах.

Когда тепло передается от одной молекулы к другой путем теплопроводности, тепловая энергия обычно передается от одной молекулы к другой, поскольку они находятся в непосредственном контакте. Однако расположение молекул остается неизменным. Они просто резонируют друг с другом.

Уравнение теплопроводности

Когда дело доходит до теплопроводности, коэффициент теплопроводности показывает, что металлическое тело лучше передает тепло.

Для расчета скорости проводимости можно использовать следующее уравнение:

q = Q ⁄ t = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

где K – коэффициент теплопроводности, q – скорость теплопередачи, t – время переноса, Q – количество теплоотдачи, А — площадь поверхности — толщина тела, T _h — температура горячей области и T _c — температура холодной области.

Примеры задач

Задача 1. Глыба льда толщиной 10 см с температурой 0 °С лежит на верхней поверхности 2400 см ² каменная плита. Сляб обрабатывают паром на нижней поверхности при температуре 100 °С. Найти теплопроводность камня, если 4000 г льда расплавляется за 1 час, если скрытая теплота плавления льда равна 80 кал/г.

Решение:

Дано:

Площадь плиты, A = 2400 см ²

Толщина льда, D = 10 см

Разница температуры, T _H — T _C = T. _H — T _C = T. _H — T _C . 100 °С – 0 °С = 100 °С

Время теплопередачи, t = 1 час = 3600 с

Количество теплопередачи, Q = м L = 4000 × 80 = 320000 кал

Скорость теплопередачи, q = Q ⁄ t = 320000 кал ⁄ 3600 с = 89 кал ⁄ с

Формула для скорости теплопередачи имеет вид:

q = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

Преобразуйте приведенную выше формулу в терминах K.

K = q d ⁄ A (T _h – T _c )

= (89 × 10) ⁄ (2400 × 100) кал ⁄ см с °C

= 3,7 × 10 ^-3 кал ⁄ см с °C

Отсюда теплопроводность камня равна 3,7 × 10 ^-3 кал ⁄ см с °C .

Задача 2. Металлический стержень длиной 0,4 м и диаметром 0,04 м имеет один конец при температуре 373 К, а другой конец при 273 К. Рассчитайте общее количество тепла, переданного за 1 минуту. (Дано K = 385 Дж ⁄ м с °C)

Решение:

Дано:

Теплопроводность, K = 385 Дж ⁄ м с °C

Длина стержня, d = 0,4 м

Диаметр стержня, D = 0,04 м

Площадь плиты, A = π D ² ⁄ 4 = 0,001256 м ² h9 T 9009

9000 – T _c = 373 K – 273 K = 100 K

Время теплопередачи, t = 1 мин = 60 с

Формула для скорости теплопередачи:

Q ⁄ t = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

Q = K A t (T _h – T _c ) ⁄ d

= (385 × 0,001256 × 60 × 100) ⁄ 0,4 Дж

= 7,25 × 10 ³ Дж

Отсюда общее количество теплопередачи равно 7,25 × 05 1

3

Задача 3: Алюминиевый стержень и медный стержень одинаковой длины 2,0 м и площадью поперечного сечения 2 см ² сварены параллельно. Один конец выдерживают при температуре 10 °С, а другой — при 30 °С. Рассчитайте количество тепла, отводимого за секунду от горячего конца. (Теплопроводность алюминия составляет 200 Вт ⁄ м °C, а меди — 390 Вт ⁄ м °C).

Решение:

Дано:

Теплопроводность алюминия, K _AL = 200 Вт. M ° C

Термическая проводимость алюминия, K _CU = 390 Вт

1111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

9

. Комбинированная теплопроводность для параллельного соединения, K = 200 Вт ⁄ м °C + 390 Вт ⁄ м °C = 590 Вт ⁄ м °C

Длина стержня, d = 2 м

Площадь стержня, A = 2 см ² = 2 × 10 ^-4 м ²

Разность температур, Тл _ч – T _c = 30 °C – 10 °C = 20 °C

Формула для скорости теплопередачи:

= (590 × 2 × 10 ^-4 × 20) ⁄ 2 Вт

= 1,18 Вт

Следовательно, общее количество теплопередачи равно 1,18 Вт .

Задача 4: Средняя скорость, с которой энергия передается наружу через поверхность земли, составляет 50,0 мВт ⁄ м ² , а средняя теплопроводность приповерхностных пород составляет 2,00 Вт ⁄ м К. Приняв температуру поверхности 20,0 °С, найти температуру на глубине 25,0 км.

Решение:

Дано:

Средняя теплопроводность, k = 2,00 Вт M k

Глубина, D = 25,0 км = 2,50 × 10 0004 4 M

Температура поверхности, T _C 0 40004 40005 M

, T _C 04 40005 M

, T _C 04 40005 M

, T _C 0 4 0005 M

, T _C 0 4 M

, T _C 0 4 M

, T _C 4 4 M

= 20,0 °C = (20 + 273) K = 293 K 

Коэффициент теплопередачи на единицу площади, q ⁄ A = 50,0 мВт ⁄ м ² = 50,0 × 10 ^-3 Вт ⁄ м ²

Формула для скорости теплопередачи имеет вид:

q = K A (T _ч – T _c ) ⁄ d

Преобразуйте приведенную выше формулу в виде T _h .

T _H = Q D ± Ka + T _C

= ((50,0 × 10 ^-3 × 2,00 × 10 ⁴ ) ⁄ 2,00) + 293

= (500 + 293) K

).

= 893 – 273 К

= 520 °С

Отсюда температура на глубине 25,0 км равна 520 °С .

Задача 5. Энергия, теряемая стальным листом толщиной 10 см, составляет 50 Вт. Принимая разницу температур в 10,0 К, найдите площадь листа. (Теплопроводность стали = 45 Вт ⁄ м К).

Решение:

Дано:

Теплопроводность, К = 45 Вт/м·К

Толщина плиты, d = 10 см = 0,1 м = 10,0 K

Потери энергии в секунду, q = 50 Вт

Формула для скорости теплопередачи: формула через A.

A = q d ⁄ K (T _H — T _C )

= (50 × 0,1) ⁄ (45 × 10,0) M ²

= 0,011 M ²

Отсутствие площади плита — 0,011 M ²

. .

Задача 6: Одна грань алюминиевого куба со стороной 5 метров поддерживается при 60 ºC, а другой конец поддерживается при 0 ºC. Все остальные поверхности покрыты адиабатическими стенками. Найдите количество теплоты, прошедшее через куб за 2 с. (Теплопроводность алюминия 209Вт ⁄ м ºC).

Решение:

Дано:

Длина ребра куба, d = 5 м

Площадь поверхности куба, A = d ² = (5 м) 20 ^{2 2 9000}

Разность температур, T _h – T _c = 60 ºC – 0 ºC = 60 ºC

Теплопроводность, K = 209 Вт ⁄ м ºC

Время теплопередачи, t = 2 с

1 Формула для 9 скорость теплопередачи определяется как:

q = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

= (209 × 25 × 60) ⁄ 5 Дж

= 62700 Дж

= 62,7 кДж

= 62,7 кДж

Следовательно, количество теплоты равно 9,02 через куб КДж .

Задача 7: Алюминиевый стержень и медный стержень одинаковой длины 2,0 м и площадью поперечного сечения 2 см ² последовательно сварены.