Урок физики Теплопередача в природе и технике. Роль конвекции в теплообмене. Роль тепловых явлений в жизни живых организмов. Человек в условиях холода.

П‰н: К_нi:
Предмет: Физика и астрономия 8 Дата: ___________________________ ТаKырып:
Тема: Тепловые явления
СабаK:
Урок: Теплопередача в природе и технике. Роль конвекции в теплообмене. Роль тепловых явлений в жизни живых организмов. Человек в условиях холода.
ОKыту мен т‰рбиелеудiS мiндеттерi: Учебно – воспитательные цели:
1. Образовательная: разъяснить процесс теплопередачи с точки зрения физики, ознакомить учащихся с видами теплопередачи, ее значением в технике и в быту;
2. Воспитательная: воспитание уверенности в познаваемости физических явлений и процессов, понимания взаимосвязи между явлениями и процессами;
3. Развивающая: развитие умения мыслить, всех видов памяти, умение выделять главное, развитие видения логических связей внутри предмета, умение использовать полученные знания на практике.

МаKсат: Задача:
_____________________________________________________________________________________________
Кaрал – жабдыKтар, к™рнектi Kaралдар: Оборудование, наглядные пособия:
учебник «Физика и астрономия 8», рабочие тетради, термометр, градусник
СабаK т_рi: Тип урока:
_______________________________________ изучение нового материала
€дiс – т‰сiлдер: Методы:
_____________________________________________________________________________________________
СабаK барысы. Ход урока:
Организационный момент.
II. Опрос домашнего задания: проводится по вопросам к § учебника.
Изучение нового материала:
Мы можем привести множество примеров, когда внутренняя энергия тела увеличивается при контакте с более нагретым телом. Так, можно нагреть воздух в колбе, обливая колбу горячей водой или поднося к ней пламя спиртовки. Можно нагреть воду в сосуде, поставив его на горячую плиту. Нагревается ложка, опущенная в горячий чай. Остывает со временем горячая вода в комнате. Такой способ изменения внутренней энергии, называемый теплопередачей, имеет следующий механизм передачи энергии. Частицы более нагретого тела, имея большую кинетическую энергию, при контакте с менее нагретым телом передают энергию непосредственно частицам второго. Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однако передача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении: от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного увеличивается.. Внутренняя энергия может передаваться не только непосредственно от одного тела к другому, как, например, от горячей воды к опущенной в нее холодной ложке, но и через промежуточные тела. Так, через стенку чайника часть внутренней энергии от горячей электроплиты передается воде; через металлические трубы отопительной системы тепло передается воздуху, находящемуся в помещении и т.д. Внутренняя энергия может передаваться и от более нагретой части одного и того же тела к другой его части, менее нагретой. Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретого тела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью. Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Нагреем на пламени спиртовки свободный конец медного стержня, укрепленного вторым концом в штативе (рис. 20). Предварительно к стержню с помощью пластилина или носка прикрепим на равных расстояниях друг от друга кнопки. Мы увидим, что, начиная от места нагревания, кнопки будут постепенно отделяться от стержня и падать. В чем же состоит процесс передачи внутренней энергии при теплопроводности? Для объяснения этого явления надо вспомнить внутреннее строение твердых, жидких и газообразных веществ. В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их потенциальная и кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т.е. от одной части тела к соседним частям тела. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них имеются так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно, К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, гранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Теплопроводность изоляторов в сотни и тысячи раз меньше по сравнению с теплопроводностью металлов. Объяснить это можно следующим образом. В металлах находится большое число свободных электронов. Они перемещаются в пространстве между узлами кристаллической решетки, из которых состоят все металлы. Эти электроны с большой скоростью переносят свою энергию от более нагретой части металла к его менее нагретой. Поэтому в опыте с нагреванием медного стержня сначала отпадали те кнопки, которые располагались ближе к пламени, а затем по очереди все остальные. Металлы имеют большую теплопроводность, особенно медь, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла. В жидкостях внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: более быстрые молекулы проникают в менее нагретую область. У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. В газах, особенно разреженных, молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их Теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей. Явление диффузии при теплопередаче в газах проявляется больше, чем в жидкостях. Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии. В зависимости от внутреннего строения теплопроводность разных веществ (твердых, жидких, газообразных) различна. Теплопроводность зависит от характера переноса энергии в веществе и не связана с перемещением самого вещества в теле. Различную теплопроводность веществ вы знаете из жизненного опыта. Так, алюминиевая или серебряная ложка нагревается быстрее по сравнению со стальной. Если вы потрогаете кусок ткани и металлический прут руками в холодный день, то металл покажется вам гораздо холоднее, чем ткань, хотя они имеют одинаковую температуру. Так почему же металл кажется холоднее? Дело в том, что металл проводит тепло от руки быстрее, чем ткань. Существует много простых экспериментов, с помощью которых можно показать различную теплопроводность материалов. Если пламенем спиртовки нагревать концы медного и железного стержней, на которые носком насажены кнопки, то можно легко обнаружить, что быстрее отпадут кнопки с медного стержня, чем с железного (рис. 21). Стеклянный стержень нагревается еще медленнее, чем медный (рис. 22). Почему так происходит? Дело в том, что медь имеет значительно большую теплопроводность, чем железо, а теплопроводность железа больше, чем у стекла. Примером хорошего проводника тепла в домашних условиях является горячий водяной радиатор. Он сделан из металла, чтобы горячая вода внутри его передавала тепло как можно быстрее в комнату и согревала воздух, соприкасающийся с ним. Жидкости плохие проводники теплоты. Если подогревать воду вверху пробирки, вода там быстро закипает. Однако для того чтобы растаял лед на дне пробирки (рис. 23), требуется длительное время. Это говорит о том, что и вода, и стекло плохие проводники тепла, так как имеют малую теплопроводность. Следует помнить, что плохие проводники тепла и охлаждаются дольше, чем металлические. Вещества с малой теплопроводностью применяют там, где необходимо сохранить энергию. Так, посуда из закаленного стекла длительное время сохраняет горячей пищу, находящуюся внутри. Кирпичные стены хорошо предохраняют воздух в комнате от охлаждения. В морозное утро зимой вы можете увидеть птиц с распушенными перьями. В таком положении между перьями помещается больше воздуха, и птица лучше изолируется от холода.
Теплопроводность воздуха и хлопка приблизительно одинакова, потому что хлопок содержит в себе большое количество воздуха. Плохая теплопроводность газов позволяет взять в руку кусок сухого льда, температура которого 78°С, и даже держать на ладони каплю жидкого азота, имеющего температуру 1 96°С. Это объясняется тем, что при очень энергичном кипении капля жидкости или твердого тела покрывается рубашкой” и образовавшийся слой газа служит теплоизолятором. Такое состояние жидкости образуется и в том случае, когда вода попадает на очень горячую сковороду. Очень важным является создание учеными новых материалов с хорошей теплоизоляцией. Один из таких материалов использован при облицовке корпуса космического корабля. Это плитки на керамической основе толщиной 10 мм. С одной стороны плитки нагреты до температуры 1000°С, с другой стороны не нагреты совсем.

Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя воды нижний ее слой остается холодным (см. рис. 23). Однако воду в чайниках, кастрюле, котлах довольно быстро доводят до кипения. Как же нагревается вода? Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло. Почему же зимой во всех частях комнаты устанавливается одинаковая температура? Для того чтобы ответить на эти вопросы, проделаем следующий опыт. Расположим стеклянную трубку с водой над пламенем горелки так, как показано на рис. 25. В обоих концах трубки помещены одинаковые термометры. При нагревании показания одного термометра (на рисунке слева) остаются почти без изменений, а другого (на рисунке справа) начнут быстро увеличиваться. Слева термометр показывает низкую температуру, так как теплопроводность воды ничтожно мала. Термометр справа показывает большую температуру вследствие того, что вода при нагревании расширяется. Ее плотность при этом уменьшается, и поэтому под действием архимедовой силы более легкие нагретые слои воды поднимаются вверх. Вода в чайнике быстро закипает по этой же причине. Нижние слои воды, нагреваясь, расширяются, становятся легче и поднимаются кверху, а на их место поступает холодная вода. Почему батареи центрального отопления помещаются у пола, а форточки делаются в верхней части окна? Если было бы наоборот, мы быстро бы обнаружили, что комната не прогревается батареей и не проветривается при открытой форточке. При соприкосновении с горячей батареей воздух в нижних слоях комнаты начинает нагреваться. Он расширяется, становится легче и под действием архимедовой силы поднимается вверх, к потолку. На его место приходят более тяжелые слои холодного воздуха. Нагреваясь, они также уходят к потолку. Возникает непрерывное течение воздуха: теплого снизу вверх и холодного сверху вниз (рис.26). Открывая форточку, мы впускаем в комнату поток холодного воздуха. Он тяжелее комнатного и идет вниз, вытесняя теплый воздух. Теплый же воздух поднимается вверх и уходит в форточку. В рассмотренных нами случаях мы наблюдаем вид теплопередачи, который называется конвекцией (от лат. слова «смешивание»). Конвекция это процесс теплопередачи, при котором энергия переносится самими струями жидкости или газа. Итак, в жидкостях и газах, кроме вакуума, теплопередача часто осуществляется конвекцией, т.е. механическим перемещением нагретых частей жидкости или газа. Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме. Почти всегда в жидкостях (или газах) при их соприкосновении с твердыми стенками, имеющими более высокую или более низкую температуру, возникают конвекционные течения. При этом нагревшаяся жидкость (или газ) поднимается вверх, а охладившаяся опускается вниз. Теплопередачу с помощью конвекции легко можно наблюдать на следующем опыте (рис. 27). Стеклянную колбу с водой, на дне которой теплопроводности, помещен кристаллик марганцевокислого калия, нагревают с помощью пламени спиртовки или свечи. При этом можно наблюдать, как нижние слои окрашенной воды поднимаются вверх, перенося с собой энергию. Более холодные верхние слои воды опускаются вниз и выталкивают нагретую окрашенную воду. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается. Именно поэтому жидкости и газы нагревают, как правило, снизу: чайник с водой ставят на плиту или на огонь, батареи центрального отопления помещают у пола. В очень узких слоях, например, в слое воздуха между двумя близко расположенными оконными стеклами, конвекционные течения слабы. Познакомившись с явлением конвекции, можно легко объяснить, почему форточки делают в верхней части окна, а керосиновая лампа хорошо разгорается, если на нее надето высокое стекло; почему заводские трубы делают высокими. Конвекционные течения в атмосфере не только играют большую роль для теплопередачи, но и обусловливают ветры. Они вызывают постоянное перемешивание воздуха; благодаря этому воздух в разных местах поверхности земли имеет практически один и тот же состав. Конвекционные течения в атмосфере поддерживают процесс горения, обеспечивая приток кислорода к пламени и удаляя продукты сгорания. Простейший опыт, схематично имитирующий этот процесс, изображен на рис. 28. Рассмотренная нами конвекция является естественной, или свободной. Широко используясь в быту и технике, естественная конвекция часто оказывается недостаточной. В таких случаях прибегают к вынужденной конвенции, когда для равномерного и быстрого прогревания жидкостей или газов их перемешивают насосом или мешалкой. В условиях невесомости естественная конвекция невозможна. Поэтому при космических полетах без принудительной конвекции не будет охлаждаться корпус спутника или корабля, гореть свеча. Мы не сможем пользоваться спичками, газовыми горелками, так как продукты горения не удаляются от пламени и оно гаснет из-за недостатка кислорода.

Стоя у раскаленной печи, мы ощущаем тепло. Энергия Солнца передается к нам на Землю. Поднося руку к нагретому утюгу или к пламени костра, мы даже снизу (т.е. там, где подтекает холодный воздух) чувствуем тепло. Как же во всех перечисленных случаях передается тепло? Явно не путем теплопроводности, так как воздух плохой проводник тепла, И не путем конвекции, потому что конвекционные потоки поднимаются всегда вверх. Чтобы ответить на эти вопросы, проделаем опыт, используя теплоприемник (рис. 30). Теплоприемник это прибор, представляющий собой плоскую круглую коробочку, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри него имеется воздух, который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие. Соединим теплоприемник с жидкостным манометром и расположим его около сильно нагретой гири или плитки (рис.31). Мы заметим перемещение столбика жидкости в манометре, что указывает на нагревание и расширение воздуха в теплоприемнике при передаче ему тепла от гири. Если поместить между нагретой гирей и приемником тепла экран, например лист бумаги, то нагревание прекращается. В данном случае теплота передается от нагретого тела к теплоприемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей. Этот вид теплопередачи называют излучением, или лучистым теплообменом. В 9 классе вы узнаете, что этими лучами являются электромагнитные волны: радиоволны, инфракрасные, ультрафиолетовые, рентгеновские, световые. В приведенном опыте сильно нагретая гиря излучает, т.е. передает, свою внутреннюю энергию. Наоборот, теплоприемник нагревается, так как получает или поглощает энергию, излучаемую от нагретой гири. Поглощением называется процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела. Излучением (или лучистым теплообменом) называется процесс передачи энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитных волн.
От чего зависит интенсивность излучения? Поднесем теплоприемник на одинаковое расстояние поочередно к стакану с горячей водой (40°С), к пламени спиртовки (500 100°С) и к лампе накаливания (1500°С). Смещение жидкости в теплоприемнике будет наибольшим в последнем случае. Отсюда можно сделать вывод: интенсивность излучения тем выше, чем больше температура тела. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распространяться и через вакуум. Путем излучения передается высвобождаемая Солнцем энергия на Землю. Ежесекундно Земля получает при этом энергию около 1014 кДж. Когда часть поступающей от Солнца энергии поглощается Землей, то наблюдается увеличение внутренней энергии Земли и соответствующее повышение температуры. Излучение, идущее от Солнца, прогревает не только поверхность Земли, но и ее атмосферу, моря и океаны. В жаркую солнечную погоду, желая защититься от солнечного излучения, мы надеваем на голову шляпу. Вспомним, что солнечное излучение особенно сильно нагревает те места нашего тела, которые закрыты темной одеждой. Это означает, что излучение неодинаково протекает в тела, неодинаково нагревает их в зависимости от состояния поверхности. Чтобы убедиться в этом на опыте, теплоприемник поворачивают к нагретому телу сначала черной, а затем блестящей стороной. При этом столбик жидкости в манометре в первом случае перемещается на большее расстояние, чем во втором. Следовательно, белая поверхность хуже поглощает энергию, чем черная. Тела с белой поверхностью и излучают меньше энергия, чем черные, при равной температуре. Доказать это можно на следующем опыте. В два одинаковых сосуда, но выкрашенных один белой, а другой черной краской, наливают кипяток и вставляют термометры. Через некоторое время по термометрам можно определить, что вода в черном сосуде остывает быстрее, а в белом медленнее. Черная поверхность лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности. Хорошие поглотители энергии хорошие излучатели, а плохие поглотители плохие излучатели энергии. Солнце, с точки зрения физики, большой самоуправляемый источник огромной энергии. Выделение энергии происходит в центральной части, простирающейся до 1/З его радиуса. На протяжении второй трети радиуса находятся слои, которые передают энергию только путем поглощения и переизлучения энергии. Этот процесс сопутствует уменьшению температуры снаружи. На протяжении последней трети радиуса вещество подобно кипящей жидкости. В нем происходит конвекция, перемешивание вещества, способствующее более быстрому переносу энергии наружу (конвективная зона). Внешние слои Солнца, излучение которых может наблюдаться, называются атмосферой. Свойства атмосферы и происходящие в ней явления во многом определяются конвективной зоной:
отдельные массы поднимающихся в ней горячих газов заставляют колебаться нижние слои атмосферы. В результате этих колебаний порождаются волны, которые распространяются вверх. Эти волны отдают газу наружных слоев свою энергию и нагревают его. По этой причине температура в солнечной атмосфере с некоторого уровня перестает снижаться и начинает повышаться. Для того, чтобы был понятен механизм тепловых процессов, мы рассмотрели теплопроводность, конвекцию и излучение раздельно. Однако часто на практике все они происходят одновременно. Вследствие этого, создавая тот или иной прибор или машину, нужно учитывать все три вида теплопередачи, чтобы действие машин было эффективным. В одних случаях необходимо обогревать и сохранять тепло. В других очень важно охлаждение. Для обогрева жилища используют домашний радиатор. Металл, из которого изготовлен радиатор, хороший проводник, и поэтому благодаря теплопроводности тепло быстро передается от металла в окружающий воздух. Передача энергии от теплой воды в радиаторе к воздуху в комнате осуществляется за счет теплопроводности, а распределение энергии и прогревание воздуха в помещении за счет конвенции. Явление конвекции учитывается в системе центрального водяного отопления помещений. Горячая вода с теплоэлектроцентрали подается в расширительный бак, расположенный на чердаке здания. Из бака по системе труб вода поступает в отопительные радиаторы. Здесь вода отдает свою энергию воздуху в помещении и опускается вниз, где она поступает в котел, нагревается в нем и снова поднимается вверх (рис. 32). В последнее время большое внимание уделяется тепловой изоляции домов в целях экономии топлива. В качестве изоляционного материала используют пористые стенки. Стены заполняются таким веществом, как пластмассовая пена, в которой имеются маленькие пузырьки воздуха. В этом случае отсутствует конвекция и улучшается изоляция. Двойные рамы в окне также улучшают изоляцию. Между двумя стеклами содержится слой воздуха, который является хорошим изолятором. На крышах домов размещается изолирующий материал в виде гранул или волокон для предотвращения потерь тепловой энергии путем теплопроводности. Охлаждающие устройства помещаются так, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Морозильная камера в холодильнике помещена сверху. В этом случае холодный воздух опускается ко дну, а теплый воздух наверху постоянно охлаждается. Аналогично располагают кондиционеры, вентиляторы, форточки. В сельском хозяйстве виды теплопередачи учитываются и используются в устройстве теплиц, погребов, в защите посадок с помощью снежного покрова. Температура нижнего слоя воздуха, прилегающего к земле, и поверхностного слоя почвы влияет на развитие растений. Днем почва поглощает энергию и нагревается, ночью, наоборот, охлаждается. Причем темная, вспаханная почва сильней нагревается излучением, но быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью. На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода. Большое изменение в тепловой баланс Земли вносят облака. Они задерживают лучи, поэтому в пасмурный день прохладнее, чем в ясный. Зато в ясную ночь холоднее, чем в пасмурную. Заморозки могут наступить только в ясную, безоблачную ночь, когда тепловое излучение почвы больше, чем тепловое излучение атмосферы, и оно не задерживается облаками. Полному использованию излучения Солнца в целях повышения температуры почвы и прилегающего к ней воздуха способствуют теплицы. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками, которые хорошо пропускают внутрь видимое солнечное излучение. Попадая на темную почву, эти лучи нагревают ее. Тепловая энергия, излучаемая нагретой поверхностью земли, плохо проходит через стекло или пленку. Кроме того, такая поверхность препятствует осуществлению конвекция и действует как энергии. Внутри теплиц температура выше, чем на открытом грунте, примерно на 10°С. Солнечное излучение сильнее нагревает поверхность Земли и атмосферу в низких широтах, чем в высоких, северных. Однако перенос тепла в атмосфере не подобен конвекции в комнате переносу тепла от горячей печи к холодному окну. Движения воздуха в атмосфере носят очень сложный, беспорядочный характер. Основная причина этого большая скорость вращения Земли вокруг своей оси. Примером возникновения конвективного течения в атмосфере является образование ветров с больших водоемов к суше и наоборот морских и береговых бризов. В течение дня температура земли становится выше, чем моря. Теплый воздух расширяется, становится менее плотным. Этот воздух поднимается вверх, а более холодный воздух над морем замещает его. Возникает циркулирующее течение (рис. 33, а). Ночью происходит обратный процесс. Земля быстрее охлаждается до температуры ниже температуры моря. Поэтому воздух над морем теплее воздуха над землей. Возникает циркуляционный конвективный поток в обратном направлении. Днем ветер дует с моря на сушу морской бриз, ночью с суши на море береговой бриз (рис. 33,6). Явления теплопередачи в природе характеризуются огромными масштабами: ветер может достичь скорости 280 км/ч. Самый сильный ветер торнадо, способный скрутить металлические столбы, поднять и перенести на другое место автомашину, достигает скорости 300 м/с. В Казахстане на западе между Аралом и Каспием и на юго-востоке имеются области, где постоянно дуют сильные ветры. Одним из таких известных мест являются Жонгарские ворота, находящиеся на юго-востоке республики. Воздушные массы попадают с севера в расщелину Жонгарских горных хребтов, начинающихся на границе между Тянь-Шанем и Жонгарским Алатау. Здесь формируется область высокого атмосферного давления и при этом происходит перемещение более плотных холодных воздушных масс в область менее плотного воздуха. Дуя с юго-востока в течение всего года, эти ветры особенно усиливаются зимой. Прорываясь через Жонгарские ворота на запад, они обусловливают резкое понижение температуры на всем пути следования воздушных масс. Эти ветры холодные и как следствие сухие. Зимой они формируют очень холодную и малоснежную погоду. Древние казахи и монголы назвали их ветрами Эби”. Позже это явление обнаружил и исследовал русский естествоиспытатель А.И. Воейков и поэтому в его честь воздушная трасса от Жонгарских ворот в Центральной Азии до Европы названа “осью Воейкова”. Для предотвращения таяния льда, мороженого, сохранения горячей пищи и воды пользуются термосом. Колба термоса очень полезное изобретение, почти полностью исключающее теплопроводность, конвекцию и излучение
(рис. 34). Она состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками и пробкой. Из пространства между стенками выкачивается воздух и создается вакуум. Внутренние поверхности стенок, между которыми создан вакуум, посеребрены для уменьшения потерь тепловой энергии через излучение. Причем внутренняя стенка плохой излучатель, а внешняя стенка плохой поглотитель энергии. Лишенное воздуха пространство между стенками не может передавать тепловую энергию ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Важна роль пробки. Она предотвращает потери тепла, устанавливающегося над поверхностью жидкости, помещенной в колбу термоса. Чтобы защитить хрупкое стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр. Сверху футляра навинчивают колпачок. Передача тепловой энергии это двусторонний процесс, и колба термоса используется Для сохранения как холодных, так и горячих веществ.
Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией, например, объясняются бризы - ночные и дневные ветры, возникающие на берегах морей и больших озер. В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой. При этом воздух над сушей расширяется, после чего его [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух понизу с моря (где давление больше) перемещается к берегу (где давление меньше) - дует ветер. Это и есть дневной (или морской) бриз. Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Теперь более высокое давление оказывается над сушей, и потому воздух начинает перемещаться от берега к морю. Это ночной (или береговой) бриз. Тяга. Мы знаем, что без притока свежего воздуха горение топлива невозможно. Если в топку или печь не будет поступать воздух, то горение прекратится. Для поддержания горения часто используют естественный приток воздуха - тягу. При этом над местом горения топлива устанавливают трубу. Нагреваясь, воздух расширяется, и давление в топке и трубе становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух устремляется извне в топку, а теплый поднимается вверх по трубе. Это и есть тяга. С увеличением высоты трубы тяга усиливается, так как, чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе. Водяное отопление. Жители стран, расположенных в умеренных и холодных поясах Земли, вынуждены обогревать свои жилища в холодную погоду. В жилых помещениях наиболее благоприятной для человека считается [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] 18 - 20 °С. Для поддержания такой температуры во многих домах применяют водяное отопление. Нагревание воды в системах центрального отопления происходит за пределами отапливаемого помещения (в котельных или теплоэлектроцентралях - ТЭЦ). От нагревателя горячая вода по трубопроводам поступает в здания. Здесь она по главному стояку поднимается вверх, а оттуда - по трубам в отопительные приборы (радиаторы). По мере охлаждения в них вода возвращается вниз и снова поступает к нагревателю. Так осуществляется непрерывная циркуляция воды по всей системе. В небольших зданиях эта циркуляция возникает благодаря естественной конвекции, а в больших городских домах она происходит за счет действия специальных насосов (искусственная или принудительная конвекция). Для предотвращения разрушения отопительной системы (в результате увеличения давления при расширении нагреваемой жидкости) главный стояк снабжают расширительным баком. Термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому, например, горячий чайник, снятый с плиты, при соприкосновении с окружающим воздухом через некоторое [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] остывает. Чтобы помешать телу остывать (или нагреваться), нужно предотвратить возможный теплообмен, причем во всех его трех проявлениях (при конвекции, теплопроводности и излучении). Это достигается путем помещения тела в специальный сосуд - сосуд Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром. Сосуды Дьюара вначале применялись лишь для хранения легкоиспаряющихся сжиженных газов (например, жидкого гелия). Впоследствии их стали применять и в бытовых целях - для сохранения при неизменной температуре помещаемых в них пищевых продуктов. Такие сосуды Дьюара стали называть термосами. Термоса, предназначенный для хранения жидкостей, состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок. Термос устроен таким образом, что [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ] его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением.
Упражнение 2.
1. На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге (в Туркмении) от жары. Объясните, почему.
2. В алюминиевую и стеклянную кастрюлю одинаковой вместимости наливают горячую воду. Какая из кастрюль быстрее нагреется до температуры налитой в нее воды?
3. Какой из кирпичей обыкновенный или пористый обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?
4. На каком из участков поля покрытом снегом или льдом лучше сохранятся озимые посевы? Почему?
5. Почему каменный пол кажется более холодным, чем деревянный, в одном и том же помещении?
6. В каком случае нагретая деталь быстрее охладится: если положить ее на деревянную подставку или на стальную плиту? Почему?
7. Мука из-под жерновов выходит горячей. Хлеб из печи также вынимают горячим. Чем вызывается в каждом из этих случаев увеличение внутренней энергии тела (муки, хлеба)? 8. В одном стакане находится холодная вода массой 200 г, в другом горячая той же массы. В каком из стаканов вода имеет большую внутреннюю энергию?

Упражнение З.
1. Почему в то время, когда начинает топиться печь, в комнате наблюдается понижение температуры воздуха?
2. В какой трубе лучше образуется тяга: кирпичной или металлической, если они имеют одинаковый диаметр и одинаковую высоту?
З. В летний день в густом лесу воздух среди деревьев теплее, чем у поверхности земли, а ночью воздух бывает больше теплым у поверхности земли. Почему?
4. В какой из кастрюль: М1 или М2 (рис. 29) содержимое охладится быстрее?
5. В каких телах может проходить конвекция: в твердых телах, жидкостях, газах?
6. Каким образом в утюге осуществляется теплопередача от внутренней горячей части к внешней поверхности?

Упражнение № 4
1. Почему чистое оконное стекло под действием солнечных лучей почти не нагревается, а стекло закопченное становится теплым?
2. Один утюг нагрет до температуры 400°С, другой до температуры 200°С. Излучение какого из них больше? Почему?
3. В каком из чайников светлом или законченном кипяток остынет быстрее?
4. Почему снег, покрытый сажей или грязью, тает быстрее, чем чистый?
5. Какими способами передается тепло от Солнца к Земле?
6. Почему города, в которых воздух загрязнен пылью и дымом, получают меньше солнечной энергии?
7. В какой обуви больше мерзнут ноги зимой: в просторной или в тесной?
8. В каком платье летом менее жарко: в белом или темном?


IV. Закрепление пройденной темы.
V. Подведение итогов урока.
VI. Домашнее задание: § 5, 6, 7, 8 Упражнения № 3-4









13PAGE 15


13PAGE 14115




15

Приложенные файлы


Добавить комментарий