Придумайте и проведите опыт по наблюдению конвекции в жидкостях и газах кратко
Обновлено: 04.07.2024
Сегодняшнее занятие мы посвятим изучению следующего вида теплопередачи – конвекции. На прошлом занятии мы уже говорили о явлении теплопроводности, которое было связанно с тепловым движением частиц, в случае же конвекции речь будет идти не о движении отдельных частиц, а об их группах. Попробуем рассмотреть явление конвекции с позиции сравнения с явлением теплопроводности и выделения отличий между этими видами теплопередачи. Для этого проведем простой опыт.
2. Опыт с нагреванием льда в пробирке с водой
Опыт 1.С нагреванием льда в пробирке с водой. Наберем в пробирку воду, поместим на дно кусочек льда и начнем нагревать зажженной свечей у верхнего края, как это изображено на рисунке 1.
Рис. 1. Нагревание льда в пробирке с водой.
В ходе проведения опыта мы заметим, что верхняя часть пробирки очень нагреется и вода в этой части может даже закипеть, но лед при этом останется в своем кристаллическом состоянии и не растает. Почему? Это объясняется недостаточной теплопроводностью воды для передачи тепла в нижнюю часть пробирки.
Если же теперь провести аналогичный опыт, но только расположить пламя свечи у нижнего края пробирки, то мы увидим, как весь лед быстро растает и вся вода со временем равномерно прогреется и даже, возможно, закипит.
Проведенные опыты говорят о том, что в данном случае перенос энергии осуществляется не путем теплопроводности, а на основании некого другого явления, которое и имеет название конвекция.
3. Опыт с демонстрацией явления конвекции в газе (в воздухе)
Опыт 2. Демонстрация явления конвекции в газе (в воздухе). Для наглядного наблюдения конвекции в воздухе возьмем светильник из 4 свечей и крылатки, которая может свободно вращаться, расположенной вверху (см. видео). Зажжем все свечи и сразу же получим возможность наблюдать вращение установленной на светильник крылатки. Почему так происходит?
Воздух нагревается пламенем каждой свечи и расширяется, вследствие этого уменьшается его плотность, и по закону Архимеда он начинает подниматься вверх и вращать вертушку. При этом, холодный воздух, расположенный вокруг, опускается, занимая место нагретого, нагревается сам и поднимается, образуя так называемые конвективные потоки. Таким образом, мы можем наблюдать явление конвекции в воздухе для исследуемого светильника.
Интересно то, что при тушении свечек по очереди, скорость вращения крылатки постепенно уменьшается, т. к. уменьшается объем циркулирующего воздуха, и мы можем наблюдать, что явление конвекции может быть различным по своей эффективности в зависимости от условий проведения опыта.
Аналогично более простой эксперимент можно провести и практически без дополнительного оборудования, имея только карандаш и вырезанные бумажные лопасти (см. Рис. 2).
Рис. 2. Вращение лопастей благодаря конвекции воздуха из-за тепла руки человека.
Если надеть лопасти на острие карандаша и взять его вертикально в руку, то можно будет наблюдать вращение лопастей из-за возникновения конвективных потоков воздуха благодаря теплу человеческой ладони.
4. Опыт с демонстрацией явления конвекции в жидкости (воде)
Опыт 3.Демонстрация явления конвекции в жидкости (воде). Опустим в правое и левое колено U-образной трубки с водой по ложке с марганцовкой, которая будет выступать в роли красителя для демонстрации конвективных потоков. Жидкость начинает понемногу окрашиваться, но это происходит благодаря явлению диффузии (т. е. из-за непрерывного хаотичного теплового движения частиц вещества), а конвективные потоки пока не будут наблюдаться. Затем располагаем зажженную свечу под одним из колен трубки, как это показано на рисунке 3.
Рис. 3.
Демонстрация конвекции в жидкости с помощью окрашивания конвективных потоков.Мы можем наблюдать явление, аналогичное предыдущему опыту: нагретая в пламени свечи вода расширяется, уменьшается ее плотность, и окрашенные марганцем потоки начнут подниматься вверх. Можно заметить, что со временем прогревания воды процесс конвекции протекает все интенсивнее, и конвективные потоки, доходя до верхней части трубки, начинают двигаться по горизонтальному участку трубки и опускаться в правом ее колене. Это происходит из-за того, что холодная вода в правом колене опускается вниз и движется по нижнему горизонтальному участку трубки, занимая место поднявшейся теплой воды. Таким образом, мы имеем возможность наблюдать циркуляцию конвективных потоков в жидкости.
На основании проведенных опытов сделаем вывод о том, что такое явление конвекции.
5. Определение понятия конвекция и ее типы
Определение: Конвекция – это явление переноса энергии струями, большими группами частиц жидкостей или газов.
Т. е. по сравнению с явлением теплопроводности, когда при прогревании жидкостей или газов процесс передачи энергии частиц через их движение не так эффективен, как передача энергии путем движения целых групп частиц, вступает в действие более интенсивное способ теплопередачи путем конвекции.
В результате рассмотренных свойств конвекции можно заметить, что она имеет место только в том случае, если речь идет о теплопередаче в веществе (а именно в жидкости или газе), если же вещества нет, то и не имеет смысла говорить о явлении конвекции.
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. В 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.
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.
Рисунок 3. Наглядное движение окрашенных слоев жидкости.
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.
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.
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):
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 и природе
Явление конвекции легко просматривается в наших квартирах. Когда в холодное время работает отопление, в комнатах постоянно происходит ощутимая циркуляция воздуха (рисунок 6).
Рисунок 6. Конвекция воздуха в комнате, обогреваемой батареей.
Отметьте для себя тот факт, что в явлении конвекции кроется причина того, что отопительные батареи размещают в нижней части стен, ближе к полу.
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.
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.
- Участник:Левина Лилия Петровна
- Руководитель:Барковский Андрей Станиславович
Диффузия
Сегодня я представлю вам эксперимент по теме диффузия в жидких веществах.
Диффузия так же бывает в твердых и газообразных веществах. Но сегодня мы рассмотрим диффузию в жидкости, а именно в воде.
Целью нашего эксперимента является доказательство того что в жидкостях происходит диффузия.
Выдвинем гипотезу о том что в жидкостях происходит диффузия и докажем это на эксперименте.
Нальем в мензурку воду , далее прильем туда раствор медного купороса ,который имеет темно-голубой цвет.
Вначале между водой и раствором медного купороса будет резкая граница.
Если мензурку оставить в покое на неопределенное время то эта граница начнет постепенно размываться и вся жидкость в мензурке станет светло-голубого цвета.
Это доказывает что произошла диффузия.
В данном случае мы ускорим процесс диффузии механическим путем, придавая молекулам дополнительную энергию и увидим что раствор станет светло-голубым, то есть молекулы воды полностью перемешались с молекулами медного купороса.
Это доказывает что произошла диффузия воды и медного купороса. Таким образом мы доказали что диффузия в жидкостях происходит.
На практике данное явление используется например для размешивания сахара в чашке с чаем.
В природе диффузия происходит при смешивании пресной и соленой воды, при впадении рек в моря.
УМК: Перышкин А.В.Учебник физики 7 класс параграф 10
Спасибо за внимание!
Конвекция в жидкости
Сегодня на опыте будет показано одно из физических явлений -это конвекция в жидкостях .
Конвекция – это перемещение при нагреве теплых слоев жидкости вверх по закону Архимеда, то есть нагретые слои жидкости становятся менее плотными и поэтому поднимаются вверх.
В данном опыте мы используем v-образную трубку с соединяющей перемычкой в верхней части, закрепленную на штативе.
Так же нам понадобится спиртовка, воронка, колба с водой и перманганат калия.
Наливаем воду в трубку чуть выше перемычки.
Под один из концов трубки устанавливаем зажженную спиртовку и начинаем нагревать воду в трубке.
Данное свойство жидкости используется в различных отраслях промышленности, например при отоплении в наших домах.
В природе, например, таким образом происходит круговорот воды.
Для визуального определения движения воды мы используем KMnSO4.
В результате опыта мы доказали что жидкости при нагреве становятся менее плотными и поднимаются вверх.
Спасибо за внимание!
Изменение внутренней энергии пара и превращение ее в механическую энергию
Сегодня я представлю вам эксперимент по теме изменение внутренней энергии и переход ее в механическую энергию.
Целью нашего эксперимента является доказательство того что внутренняя энергия пара может совершать работу и переходить в механическую энергию.
Выдвинем гипотезу о том, что при теплопередаче внутренняя энергия пара может переходить в механическую и совершать работу. Докажем это на эксперименте.
Закрепим на штативе пробирку с водой и плотно закроем пробкой. С помощью спиртовки будем нагревать воду в пробирке, увеличивая внутреннюю энергию молекул.
Через некоторое время пар вытолкнет пробку, тем самым доказывая что внутренняя энергия пара переходит в механическую энергию пробки, пробка получает импульс и при движении совершает работу.
На практике данное свойство применяется при работе двигателя внутреннего сгорания.
В природе данное явление используется при извержении вулкана.
Придумайте и проведите опыт по наблюдению конвекции в жидкостях и газах.
Конвекция в газах : нагрев воздуха в комнате батареей.
Плотность горячего воздуха меньше, чем плотность холодного, поэтому он поднимается вверх.
Батарею ставят внизу комнаты для того чтобы происходила циркуляция воздуха в комнате, а именно : горячий воздух поднимается вверх, тем самым нагревая холодный воздух в комнате.
Конвекция в жидкостях : процесс кипения воды.
Опишите опыт по наблюдению диффузии в газах?
Опишите опыт по наблюдению диффузии в газах.
Диффузия может проходить ?
Диффузия может проходить .
А. только в газах
Только в жидкостях и газах
Только в жидкостях
В жидкостях, газах и твердых телах.
Диффузия может проходить ?
Диффузия может проходить .
А. только в газах
Только в жидкостях и газах
Только в жидкостях
В жидкостях , газах и твёрдых телах.
Придумайте и осуществите опыт, доказывающий, что звучащее тело колеблется?
Придумайте и осуществите опыт, доказывающий, что звучащее тело колеблется.
Опишите ход проведения опыта и свои наблюдения.
1)Объясните причину конвекции жидкостей и газов?
1)Объясните причину конвекции жидкостей и газов.
2)в чём особенность каждого вида теплообмена?
Диффузия может происходить А?
Диффузия может происходить А.
Только в газах Б.
Только в жидкостях и газах В.
Только в жидкостях Г.
Газах, твердых телах.
В каких телах может происходить конвекция : в твёрдых телах, жидкостях, газах?
В каких телах может происходить конвекция : в твёрдых телах, жидкостях, газах?
По рисунку 2 и 3 опишите опыт по наблюдению диффузии в газах?
По рисунку 2 и 3 опишите опыт по наблюдению диффузии в газах.
Что служит источником физических знаний : а)измерения?
Что служит источником физических знаний : а)измерения.
Б)наблюдение и опыт В)только наблюдение г)только опыт.
Примеры конвекций в газах и в жикостях?
Примеры конвекций в газах и в жикостях.
Читайте также:
- Назовите два способа расторжения брака кратко охарактеризуйте каждый из них
- Виды бега в легкой атлетике кратко
- Влияние электромагнитных волн на живые организмы кратко
- Скульптура ссср в 20 30 годы кратко
- Вспомните события войны за испанское наследство сравните значение северной войны и войны за кратко