Рисунок конвекция: Конвекция | 8 класс

Содержание

Конвекция | 8 класс | Физика

Содержание

Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение. В прошлом уроке вы познакомились с теплопроводностью. При этом явлении внутренняя энергия передается от одной части тела к другой или от одного тела к другому. Это тесно связано со структурой рассматриваемого вещества и тепловым движением частиц в нем.

Когда мы будем говорить о конвекции, речь будет идти не о движении отдельных частиц, а о движении групп частиц. На данном уроке мы выясним определяющую разницу явления конвекции от теплопроводности и дадим ему определение. Далее рассмотрим конвекцию в жидкостях и газах, узнаем это явление в бытовых примерах и природе.

Определение конвекции

Возьмем пробирку и наполним ее водой. Начнем нагревать верхнюю часть пробирки пламенем спиртовки (рисунок 1, а).

Вода на поверхности пробирки закипит, тогда как у ее дна она останется просто теплой. Этот пример определяется теплопроводностью воды. Она у жидкостей невелика.

А теперь проделаем такой же опыт, но с небольшим изменением. Переместим пламя спиртовки в нижнюю часть пробирки (рисунок 1, б).

На этот раз вода в пробирке по всему объему достаточно быстро нагреется и закипит. Значит, здесь перенос энергии осуществляется не за счет теплопроводности жидкости, а на основании другого явления — конвекции.

Конвекция (от лат. конвекцио — перенесение) — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями газа или жидкости.

Конвекция в жидкостях

Рассмотрим физику данного явления. Будем использовать самый банальный пример — что будет происходить с водой, которую мы нагреваем в кастрюле на плите (рисунок 2) .

Когда мы нагреваем жидкость снизу, в первую очередь нагревается самый нижний слой воды. Он становится теплее остальной жидкости. При нагревании вода расширяется и ее плотность уменьшается. Такой слой воды становится более легким. В итоге, нагретые слои вытесняются вверх более тяжелыми холодными слоями.

Холодные слои, опустившись вниз, нагреваются от источника тепла. Далее они тоже вытесняются менее нагретой водой.

Благодаря такому постоянному движению, вода равномерно нагревается.

{"questions":[{"content":"При конвекции[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["теплые слои поднимаются, а холодные опускаются","теплые слои опускаются, а холодные поднимаются","жидкость равномерно нагревается"],"answer":[0]}},"hints":[]}]}

Такое движение слоев объясняется действием архимедовой силы. При увеличении объема нагретого слоя, увеличивается действующая на него архимедова сила. Она становится больше силы тяжести, действующей на данный слой. Он поднимается наверх.

Наглядно это можно пронаблюдать на опыте, изображенном на рисунке 3.

Здесь в жидкость добавляют марганцовку и начинают ее нагревать. Нагретая в пламени свечи вода начинает расширяться и поднимается наверх. Так как вода окрашена неравномерно, легко пронаблюдать циркуляцию.

Конвекция в газах

Если мы поместим руку над горячей плитой, то почувствуем, как над ней поднимаются теплые струи воздуха. Это происходит конвекция в воздухе.

Пронаблюдаем это явление на опыте (рисунок 4). У нас есть вертушка и свечи, расположенные под ней.

После того как мы зажжем все свечи, мы увидим, что вертушка начала вращаться. Что же здесь происходит?

Воздух, соприкасающийся с пламенем свечей, нагревается, расширяется и становится менее плотным. На него со стороны холодного воздуха действует сила Архимеда снизу вверх. Эта сила становится больше силы тяжести, действующей на теплый воздух. В итоге, теплый воздух начинает подниматься вверх, а его место занимает холодный воздух.

{"questions":[{"content":"При конвекции нагретый слой воздуха[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["имеет меньшую плотность, чем холодный","имеет большую плотность, чем холодный","имеет такую же плотность, как и холодный"],"answer":[0]}},"hints":[]}]}

Если мы будем постепенно тушить свечи, то увидим, что скорость вращения вертушки начинает снижаться. Это связано с уменьшением объема циркулирующего воздуха.

Свойства и виды конвекции

Мы выясняли (рисунок 1, а), что если подогревать жидкость не снизу, то конвекция не будет происходить. То же самое справедливо и для конвекции в газах. Нагретые слои не смогут опуститься ниже холодных, более тяжелых. Значит,

Для осуществления конвекции в жидкостях и газах необходимо нагревать их снизу.

Может ли происходить конвекция в твердых тела? В твердых телах частицы совершают колебания около определенных положений. Их удерживает сильное взаимное притяжение. В такой ситуации невозможно образование потоков вещества, как в жидкостях или газах. Следовательно,

Конвекция не может происходить в твердых телах.

Конвекция бывает двух видов (рисунок 5):

Естественная (свободная)
Вынужденная

Примерами естественной конвекции являются все примеры, которые мы рассмотрели выше.

Вынужденная конвекция наблюдается, например, если мы используем вентилятор или перемешиваем жидкость ложкой.

Конвекция в быту

Явление конвекции легко просматривается в наших квартирах. Когда в холодное время работает отопление, в комнатах постоянно происходит ощутимая циркуляция воздуха (рисунок 6).

Отметьте для себя тот факт, что в явлении конвекции кроется причина того, что отопительные батареи размещают в нижней части стен, ближе к полу.

{"questions":[{"content":"Чтобы происходила конвекция, жидкость или газ необходимо нагревать[[choice-1]]","widgets":{"choice-1":{"type":"choice","options":["снизу","сверху","равномерно по всему объему"],"answer":[0]}},"hints":[]}]}

Иногда в одной комнате бывает теплее, чем в соседней. Например, стоит дополнительная батарея или работает печка в кухне. В дверном проеме между такими комнатами можно обнаружить потоки воздуха (рисунок 7).

Холодный воздух будет иметь большую плотность и находится внизу. Если мы подставим пламя зажигалки внизу дверного проема, то увидим, что холодный воздух двигается в более теплую комнату. Если же поместим горящую зажигалку в верхнюю часть проема, то пламя отклонится в другую сторону. Так теплый воздух движется в холодную комнату.

Конвекция в природе

Яркий пример конвекции в природе — это ветер. Наша атмосфера по всей Земле прогревается неодинаково. Из-за разного нагрева воздуха в жарких тропиках и полярных областях возникает мощное конвекционное движение воздуха — образуются ветра.

Пассаты — ветра, дующие от субтропических областей с экватору — частично образуются из-за неравномерного нагревания земной поверхности. Из-за вращения Земли, потоки воздуха отклоняются от меридиана (рисунок 8). Поэтому в Северном полушарии пассаты движутся в северо-восточном направлении, а в Южном — в юго-восточном направлении.

Ветра способствуют образования течений. Верхние слои воды (поверхностное течение) движутся в направлении постоянно дующего ветра (рисунок 9). Так, теплые и холодные течения — пример вынужденной конвекции.

Ветер на берегах морей — бриз — также образуется за счет конвекции (рисунок 10).

В теплое время года суша днем прогревается сильнее, чем море. Нагретые слои воздуха поднимаются вверх. Их давление становится меньше давления более холодного воздуха. Так, днем воздух дует с моря (дневной бриз), потому что прохладный воздух замещает собой теплый. Ночью все происходит наоборот — вода в море остывает медленнее, чем поверхность суши. Ветер дует с суши на море — образуется ночной бриз.

Режим конвекции в духовке: как обозначается?

ПОСЛЕДНИЕ ЗАПИСИ

РУБРИКИ

Автоматическое открывание, проветривание и полив теплиц
Акриловые краски
Балкон
Блоки арболитовые
Бурение скважин на воду
Вода из скважины
Водосток кровельный
Воздух в квартире
Выращивание дома
Гидроизоляция
Гидрофобизация материалов
Дорожки садовые
Камин своими руками
Каркасный дом
Кладка печи своими руками
Крыша из металлочерепицы
МДФ
Монтаж кровли
Монтаж ламината
Монтаж линолеума
Монтаж подложки под ламинат
Натяжные потолки
Опилкобетон
ОСБ плита
Отделка откосов
Оштукатуривание
Полипропиленовые трубы

Расход материалов
Тротуарная плитка
Устройство отмостки
Утепление
Утепляем баню самостоятельно
Фасад
Фундамент из свай
Шлакоблок
Эмаль для ванны

Конвекция в переводе с латинского означает «перенесение». В данном случае, это обмен горячего и холодного воздуха в духовке. Иными словами, горячий поток воздуха поднимается наверх, а холодный спускается вниз. Спустя некоторое время температура во всей духовке становится одинаковой.

Практически во всех старых духовках конвекция была «естественной», то есть теплообмен происходил, но это занимало очень много времени. Хозяйкам приходилось вытаскивать лист с пищей и переворачивать его так, чтобы блюдо пропеклось равномерно. С мясными блюдами такие манипуляции проходили без последствий, но выпечь качественный бисквит или безе было практически невозможно. Сейчас же, во многих духовых шкафах имеется «принудительная» конвекция, выпекать что-либо стало намного удобнее, поскольку воздух распределяется равномерно.

Принцип работы

Конвекция в жарочном шкафу осуществляется благодаря установленному вентилятору в ней. Обычное его месторасположение это задняя часть стенки духового шкафа, оттуда он разгоняет воздух внутри. Задача его состоит в том, чтобы достичь необходимой температуры. После того как задача выполнена вентилятор отключается.

Конвекция может быть как в электрических духовках, так и в газовых. Преимущества газовых в том, что они потребляют намного меньше электроэнергии. Основной подогрев осуществляется снизу, поэтому конвекция в таких моделях крайне необходима.

Обозначение режимов конвекции

Обычно разглядеть режимы духовки можно на панели управления. Сама конвекция обозначается значком вентилятора, также могут быть его дополнительные функции. К примеру:

Горизонтальная линия снизу от вентилятора означает нижний продув
Линия сверху-верхний продув
Линия снизу и сверху-одновременный верхний и нижний продув
С зигзагом сверху значит продув и режим гриля
Значок вентилятора с надписью «Эко» значится как влажная конвекция

Режим влажной конвекции

Духовка с таким режимом просто настоящая находка для тех, кто за правильное питание. Ведь в этом режиме можно приготовить множество различных вкусных и диетических блюд. Принцип его работы состоит в том, что блюда готовятся за счет того, что равномерно обдуваются со всех сторон влажным горячим паром. Это влияет на время готовки и качество еды. Пар создается благодаря тому, что в подобных духовках есть специальные встроенные емкости, куда заливается чистая вода. В результате блюда получаются вкусными, сочными, не пересушенными, а главное в них сохраняются все витамины.

Преимущества духовок с конвекцией

Несомненно, в духовках с подобным режимом очень много плюсов. В таких шкафах можно готовить множество различных блюд, и даже использовать как стерилизатор.

Плюсы:

Равномерное распределение воздуха во всей духовке
Возможность готовить сразу несколько блюд одновременно
Минимальный расход газа и электричества
Дополнительные режимы в виде сушки, размораживания

Такой режим можно использовать для сушки фруктов, орехов, мяса, сухарей. Также можно использовать ее в размораживании продуктов. Если конвекцию включить за 15 минут до готовности блюда, то оно покроется золотистой корочкой.

Заключение

Конвекция в духовке представляется незаменимой функцией, поскольку она позволяет экспериментировать с продуктами, создавая по-настоящему изысканные шедевры. Более того, такие духовки можно использовать и в других целях, например, стерилизовать детские баночки или банки для консервирования. Также, возможно ее использование в качестве пароварки.

Конвекция | Физика

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

Обсуждать метод передачи тепла конвекцией.

Конвекция обусловлена крупномасштабным потоком вещества. В случае Земли атмосферная циркуляция вызвана потоком горячего воздуха от тропиков к полюсам и потоком холодного воздуха от полюсов к тропикам. (Обратите внимание, что вращение Земли вызывает наблюдаемый восточный поток воздуха в северном полушарии). Автомобильные двигатели охлаждаются потоком воды в системе охлаждения, а водяной насос поддерживает подачу холодной воды к поршням.

Тело также теряет значительную часть своего тепла в процессе дыхания.

Хотя конвекция обычно более сложна, чем теплопроводность, мы можем описать конвекцию и сделать некоторые простые, реалистичные расчеты ее эффектов. Естественная конвекция вызывается выталкивающими силами: горячий воздух поднимается вверх, потому что плотность уменьшается с повышением температуры. Таким образом дом на рис. 1 согревается, как и кастрюля с водой на плите на рис. 2. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция передают энергию из одной части земного шара в другую. Оба являются примерами естественной конвекции.

Рисунок 1. Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективный контур, передающий энергию в другие части помещения. По мере того как воздух охлаждается на потолке и снаружи стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем комнатный воздух, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления с использованием естественной конвекции, подобная этой, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 2. Конвекция играет важную роль в передаче тепла внутри этого сосуда с водой. После прохождения внутрь теплопередача к другим частям горшка происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, ее плотность уменьшается, и она поднимается, чтобы передать тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс продолжает повторяться.

Возьми домой Эксперимент: конвекционные рулетики в нагретой сковороде

Возьмите две маленькие кастрюли с водой и капните пипеткой на дно каждой капли пищевого красителя. Одну оставьте на столе, а другую нагрейте над плитой. Следите за тем, как цвет распространяется и сколько времени требуется цвету, чтобы достичь вершины. Посмотрите, как образуются конвективные петли.

Пример 1. Расчет теплопередачи конвекцией: конвекция воздуха через стены дома

Большинство домов негерметичны: воздух входит и выходит через двери и окна, через щели и щели, по проводке к выключателям и розеткам, и так далее. Воздух в типичном доме полностью заменяется менее чем за час. Предположим, что дом средних размеров имеет внутренние размеры 12,0 м × 18,0 м × 3,00 м в высоту и весь воздух заменяется за 30,0 мин. Рассчитайте теплопередачу в единицу времени в ваттах, необходимую для нагрева поступающего холодного воздуха на 10,0ºC, заменив, таким образом, тепло, передаваемое только конвекцией.

Стратегия

Тепло используется для повышения температуры воздуха так, что Q = mc Δ T . Тогда скорость теплопередачи равна [латекс]\frac{Q}{t}\\[/латекс], где t — время оборота воздуха. Нам дано, что Δ T равно 10,0ºC, но мы все еще должны найти значения массы воздуха и его удельной теплоемкости, прежде чем мы сможем вычислить Q . Удельная теплоемкость воздуха представляет собой средневзвешенное значение удельной теплоемкости азота и кислорода, что дает c = c _p ≅ 1000 Дж/кг · ºC из таблицы 1 (обратите внимание, что для этого процесса необходимо использовать удельную теплоемкость при постоянном давлении).

Решение

Определите массу воздуха по его плотности и заданному объему дома. Плотность определяется из плотности ρ и объема м = ρV = (1,29 кг/м ³ )(12,0 м × 18,0 м × 3,00 м) = 836 кг.
Рассчитайте теплоту, переданную от изменения температуры воздуха: 9{6}\text{ Дж}}{1800\текст{ с}}=4,64\текст{ кВт}\\[/латекс].

Обсуждение

Эта скорость теплопередачи равна мощности, потребляемой примерно сорока шестью 100-ваттными лампочками. Новопостроенные дома рассчитаны на время оборота 2 часа или более, а не на 30 минут для дома из этого примера. Обычно используются зачистка от атмосферных воздействий, уплотнение и улучшенные уплотнители окон.

Холодный ветер гораздо более холоден, чем неподвижный холодный воздух, потому что конвекция в сочетании с проводимостью в теле увеличивает скорость, с которой энергия передается от тела. В таблице ниже приведены приблизительные коэффициенты охлаждения ветром, которые представляют собой температуры неподвижного воздуха, обеспечивающие такую же скорость охлаждения, как и воздух с заданной температурой и скоростью. Факторы охлаждения ветром являются драматическим напоминанием о способности конвекции передавать тепло быстрее, чем теплопроводность.

Таблица 1. Факторы охлаждения ветром
Температура движущегося воздуха	Скорость ветра (м/с)
(°С)	2	5	10	15	0
5	3	−1	−8	−10	−12
2	0	−7	−12	−16	−18
0	−2	−9	−15	−18	−20
−5	−7	−15	−22	−26	−29
−10	−12	−21	−29	−34	−36
−20	−23	−34	−44	−50	−52
−10	−12	−21	−29	−34	−36
−20	−23	−34	−44	−50	−52
−40	−44	−59	−73	−82	−84

Хотя воздух может быстро передавать тепло путем конвекции, он является плохим проводником и, следовательно, хорошим изолятором.

Некоторые интересные явления происходят , когда конвекция сопровождается фазовым переходом . Он позволяет нам охлаждаться за счет потоотделения, даже если температура окружающего воздуха превышает температуру тела. Для испарения пота с кожи требуется тепло от кожи, но без притока воздуха воздух становится насыщенным и испарение прекращается. Воздушный поток, вызванный конвекцией, заменяет насыщенный воздух сухим воздухом, и испарение продолжается.

Пример 2. Расчет потока массы при конвекции: пот-теплоотдача от тела

Средний человек производит тепло со скоростью около 120 Вт в состоянии покоя. С какой скоростью должна испаряться вода из тела, чтобы избавиться от всей этой энергии? (Это испарение может происходить, когда человек сидит в тени и температура окружающей среды такая же, как температура кожи, что исключает передачу тепла другими способами.)

Стратегия

Энергия необходима для фазового перехода ( Q = мл _v ). Таким образом, потери энергии в единицу времени составляют

[латекс]\displaystyle\frac{Q}{t}=\frac{mL _{\text{v}}}{t}=120\text{W}=120\ текст{Дж/с}\\[/латекс].

Разделим обе части уравнения на L _v, чтобы найти, что масса, испаряемая в единицу времени, равна [латекс]\frac{m}{t}=\frac{120\text{ Дж/с}} {L_{\text{v}}}\\[/латекс].

Решение

Вставьте значение скрытой теплоты из Таблицы 1 в Фазовый переход и скрытую теплоту, L _v = 2430 кДж/кг = 2430 Дж/г. Это дает

[латекс]\displaystyle\frac{m}{t}=\frac{120\text{ Дж/с}}{2430\text{ Дж/г}}=0,0494\text{ г/с}= 2.96\text{ г/мин}\\[/latex]

Обсуждение

Испарение около 3 г/мин кажется разумным. Это будет около 180 г (около 7 унций) в час. Если воздух очень сухой, пот может незаметно испариться. Значительное количество испарения также происходит в легких и дыхательных путях.

Рис. 4. Кучевые облака образуются из-за водяного пара, который поднимается вверх из-за конвекции. Подъем облаков управляется механизмом положительной обратной связи. (кредит: Майк Лав)

Еще один важный пример сочетания фазового перехода и конвекции происходит при испарении воды из океанов. Тепло отводится от океана при испарении воды. Если водяной пар конденсируется в капли жидкости при образовании облаков, в атмосферу выделяется тепло. Таким образом, происходит общий перенос тепла из океана в атмосферу. Этот процесс является движущей силой грозовых облаков, тех огромных кучевых облаков, которые поднимаются в стратосферу на высоту до 20,0 км. Водяной пар, переносимый конвекцией, конденсируется, высвобождая огромное количество энергии. Эта энергия заставляет воздух расширяться и подниматься туда, где он холоднее. В этих более холодных регионах происходит больше конденсата, что, в свою очередь, поднимает облако еще выше. Такой механизм называется положительной обратной связью, так как процесс усиливает и ускоряет сам себя.

Рис. 5. Конвекция, сопровождаемая изменением фазы, высвобождает энергию, необходимую для того, чтобы вытолкнуть эту грозовую тучу в стратосферу. (Фото: Gerardo García Moretti)

Эти системы иногда вызывают сильные штормы с молниями и градом и представляют собой механизм, вызывающий ураганы (рис. 5).

Движение айсбергов (рис. 6) — еще один пример конвекции, сопровождающейся изменением фазы. Предположим, айсберг дрейфует из Гренландии в более теплые воды Атлантики. Тепло отводится от теплой океанской воды, когда тает лед, и выделяется на сушу, когда на Гренландии формируется айсберг.

Рис. 6. Фазовый переход, происходящий при таянии этого айсберга, связан с огромной теплопередачей. (кредит: Доминик Алвес)

Проверьте свое понимание

Объясните, почему использование вентилятора летом так освежает!

Решение

Использование вентилятора увеличивает поток воздуха: теплый воздух рядом с вашим телом заменяется более холодным воздухом из других мест. Конвекция увеличивает скорость теплопередачи, так что движущийся воздух «чувствует» себя холоднее, чем неподвижный воздух.

Конвекция – это перенос тепла макроскопическим движением массы. Конвекция может быть естественной или принудительной и обычно передает тепловую энергию быстрее, чем теплопроводность. В таблице 1 приведены коэффициенты охлаждения ветром, указывающие на то, что движущийся воздух оказывает такое же охлаждающее действие, как и гораздо более холодный стационарный воздух. Конвекция, происходящая вместе с фазовым переходом, может передавать энергию из холодных областей в теплые.

Концептуальные вопросы

Одним из способов сделать камин более энергоэффективным является подача внешнего воздуха для сжигания топлива. Другой способ – обеспечить циркуляцию комнатного воздуха снаружи топки и обратно в помещение. Подробно опишите методы теплопередачи, задействованные в каждом из них.
В холодные ясные ночи лошади будут спать под прикрытием больших деревьев. Как это помогает им согреться?

Задачи и упражнения

При какой скорости ветра воздух с температурой -10ºC вызывает такое же охлаждение, как и неподвижный воздух при температуре -29ºC?
При какой температуре неподвижный воздух вызывает такой же фактор охлаждения, что и воздух с температурой -5ºC, движущийся со скоростью 15 м/с?
«Пар» над свежеприготовленной чашкой растворимого кофе на самом деле представляет собой капельки водяного пара, конденсирующиеся после испарения из горячего кофе. Какова будет конечная температура 250 г горячего кофе при начальной температуре 90,0°С, если из него испарится 2,00 г? Кофе находится в чашке из пенопласта, поэтому другими способами передачи тепла можно пренебречь.
(a) Сколько килограммов воды должно испариться из тела женщины весом 60,0 кг, чтобы температура ее тела понизилась на 0,750ºC? (b) Является ли это разумным количеством воды, которое испаряется в виде пота, при низкой относительной влажности окружающего воздуха?
В жаркий засушливый день испарение из озера обеспечивает теплопередачу ровно столько, чтобы уравновесить 1,00 кВт/м ² поступающего тепла от Солнца. Какая масса воды испаряется за 1,00 ч с каждого квадратного метра?
Однажды зимним днем система климат-контроля большого университетского учебного корпуса вышла из строя. В результате 500 м ³ избыточного холодного воздуха подается каждую минуту. С какой скоростью в киловаттах должен происходить теплообмен, чтобы нагреть этот воздух на 10,0°С (то есть довести воздух до комнатной температуры)?
Вулкан Килауэа на Гавайях является самым активным в мире, извергающим около 5 × 10 ⁵ м ³ лавы температурой 1200ºC в день. Какова скорость теплопередачи от Земли конвекцией, если эта лава имеет плотность 2700 кг/м ³ и со временем охлаждается до 30ºC? Предположим, что удельная теплоемкость лавы такая же, как у гранита.
Рис. 7. Поток лавы на вулкане Килауэа на Гавайях. (кредит: JP Eaton, Геологическая служба США)
Во время тяжелой физической нагрузки тело перекачивает 2,00 л крови в минуту на поверхность, где она охлаждается на 2,00ºC. Какова скорость передачи тепла только от этой вынужденной конвекции, если предположить, что кровь имеет ту же удельную теплоемкость, что и вода, и ее плотность равна 1050 кг/м ³ ?
Человек вдыхает и выдыхает 2,00 л воздуха температурой 37,0ºC, испаряя при каждом вдохе 4,00 × 10 ⁻² г воды из легких и дыхательных путей. (а) Сколько тепла происходит за счет испарения при каждом вдохе? (b) Какова скорость теплопередачи в ваттах, если человек дышит со средней частотой 18,0 вдохов в минуту? (c) Если вдыхаемый воздух имел температуру 20,0ºC, какова скорость теплопередачи для нагревания воздуха? (d) Обсудите общую скорость теплопередачи по отношению к типичной скорости метаболизма. Будет ли это дыхание основной формой теплопередачи для этого человека?
Стеклянный кофейник имеет круглое дно диаметром 9,00 см, находящееся в контакте с нагревательным элементом, который поддерживает температуру кофе с постоянной мощностью теплопередачи 50,0 Вт (a) Какова температура дна кофейника, если его толщина 3,00 мм, а внутренняя температура 60,0ºC? (b) Если температура кофе остается постоянной и вся теплопередача удаляется за счет испарения, сколько граммов в минуту испаряется? Теплоту парообразования примем равной 2340 кДж/кг.

Избранные решения задач и упражнений

1. 10 м/с

3. 85,7ºC

5. 1,48 кг

7. 2 × 10 ^{4 9006 1 МВт}

9. (а) 97,2 Дж; (б) 29,2 Вт; (в) 9,49 Вт; (d) Общая скорость потери тепла составит 29,2 Вт + 9,49 Вт = 38,7 Вт. Во время сна наше тело потребляет 83 Вт энергии, а в положении сидя – от 120 до 210 Вт. Следовательно, общая скорость потери тепла при дыхании не будет основной формой потери тепла для этого человека.

Конвекция — Энергетическое образование

Меню навигации

ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ

ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЕ ВОЗДЕЙСТВИЕ

ИНДЕКС

Поиск

Конвекция — это способ перемещения тепла, также называемый механизмом теплопередачи. Эта передача тепла происходит, когда жидкость, такая как воздух или вода, находится в движении. Конвекция обусловлена разницей температур в этой жидкости. Когда жидкость нагревается, область, наиболее близко контактирующая с источником тепла, становится менее плотной из-за увеличения кинетической энергии частиц. Затем часть жидкости с меньшей плотностью поднимается вверх, а часть жидкости с большей плотностью опускается. Процесс повторяется, потому что менее плотные жидкости охлаждаются по мере удаления от источника тепла, заставляя их опускаться, а более плотные жидкости нагреваются по мере приближения к источнику тепла, заставляя их подниматься. Это создает конвекционные потоки.

Конвекция играет большую роль в структуре ветра и в пассивной вентиляции. Движение ветра по земному шару зависит от различных мест, где теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается, создавая большие ветровые потоки, влияющие на погоду. Например, воздух над сушей обычно нагревается солнцем в течение дня, а воздух над морем остается прохладным. Горячий воздух над землей будет подниматься в атмосферу. По мере того, как он поднимается, он также остывает и становится более плотным, заставляя его снова опускаться. Эта концепция проиллюстрирована на рисунке 1.9.0395

Подобно тому, как конвекция работает в атмосфере, конвекция также вызывает пассивную вентиляцию (естественное движение воздуха) в помещении, как показано на рис. 2. В то время как естественная конвекция может использоваться внутри домов, принудительная конвекция встречается чаще.

Принудительная конвекция

основной артикул

В то время как естественная конвекция может использоваться внутри домов, принудительная конвекция более распространена. Это когда потоки воздуха прогоняются через комнату вентилятором. Принудительная конвекция может достигать тех же эффектов, что и естественная конвекция, этому процессу просто способствуют такие устройства, как вентиляторы. Если в вашем доме есть вентиляционные отверстия в нижней части стен, это пример принудительной конвекции.

Конвекция — один из основных способов передачи тепла. Другими являются теплопроводность, ^[3] лучистая энергия ^[3] и эвапотранспирация. ^[4]

Дополнительная литература

Жидкость
Тепло
Температура
Механизмы теплопередачи
Или просмотрите случайную страницу

Ссылки

↑ ^1.0 ^1.1 «Свойства материи. Выбор чтения: плотность создает течения». [В сети]. Доступно: http://www.propertiesofmatter.si.edu/Density_Creates.html
↑ ^2.0 ^2.1 Создано внутри организации членом группы Energy Education
↑ ^3.