Сочинение виды теплопередачи в моей квартире

Обновлено: 04.07.2024

Теплопередача – это одна из форм изменения внутренней энергии тела. При этом процессе теплота переходит от предмета с высокой температурой к предмету, температура которого ниже. Основных видов теплопередачи три: теплопроводность (прямая теплопередача), конвекция и излучение. Рассмотрим все три типа передачи тепла по отдельности.

Теплопроводность – это прямая передача тепла от предмета к предмету при их физическом контакте. В повседневной жизни ее можно наблюдать, например, в холодильнике, где заранее охлажденный воздух забирает внутреннюю энергию у стоящей внутри еды и понижает ее температуру.

Впрочем, ее не стоит путать с конвекцией – аналогичном явлением, которое происходит при другом агрегатном состоянии вещества. Для осуществления конвенции нужен газ, жидкость или плазма. В жизни конвекция ответственна за многие явления – от обогрева или проветривания комнаты до образования облаков, движения литосферных плит и пятен на Солнце.

Излучение сильно отличается от других видов теплопередачи. Если в основе теплопроводности лежит взаимодействие молекул, а в основе конвекции – перенос вещества, то излучение строится на физике волн. Из этого исходит другая его особенность – для того, чтобы нагреть тело излучением, не нужно прямого контакта. Самый простой пример излучения в быту – Солнце, нагревающее Землю.

Но нередко в сложных системах переход тепла может осуществляться более сложным способом: одновременно может использоваться несколько видов теплопередачи или она может происходить между более чем двумя предметами. К примеру, возьмем стол, на котором лежит лист бумаги. В ясный день из окна падает свет солнца и нагревает оба предмета за счет излучения. Но из-за разница в массе и материале лист нагревается быстрее. Тогда он начинает отдавать тепло столу, который, в свою очередь, отдает его холодному воздуху под столом, не нагретом солнечным излучением. Таким образом, в системе из четырех предметов происходит два вида теплопередачи – теплообмен и излучение.

Другой хороший пример – костер. Часть воздуха вокруг себя он нагревает излучением, а часть – конвекцией (костер – это плазма).

С теплопередачей связаны еще два физических термина. Во-первых, это тепловой баланс – состояние, в котором все тела внутри замкнутой системы имеют одну температуру и теплообмена не происходит (разумеется, в такой системе не должно быть излучающего тела). Во-вторых, это смена агрегатного состояния. Она происходит когда телу сообщают (или забирают) слишком много энергии.

Классификация

Существуют основные виды теплопередачи в быту: теплопроводность (между твердыми телами), конвекция (имеет отношение к газовым средам), излучение (передача тепла бесконтактным способом). Теплопередача обозначает действие преобразования энергии внутри предмета без осуществления внешнего воздействия на него. Перенос тепла происходит благодаря внутренним процессам.

Виды теплопередачи в быту:

Перенос энергии от разогретой подошвы утюга к тканям.
Нагрев металлической вставки рукоятки ножа после опускания его кончика в кипящую воду.
Ручка металлического половника становится огненной, после опускания его в горячий суп.
Нагрев плафона освещения от лампы накаливания, размещенной внутри люстры.

Перечисленные процессы описывают только некоторые виды теплопередачи в быту. Нагрев воздуха от батареи является примером конвекции, когда энергия пассивно передается от твердого тела газообразному веществу. Этот процесс описывают взаимодействием молекул между собой.

Материалы

Рассматривать примеры теплопередачи в природе и быту проще всего на металлических предметах. Они обладают самыми высокими показателями теплопроводности. К таким относят медные стержни (штативы, проволоку, трубы, пружины), сталь и сплавы.

Доказательством теплопередачи является стеклянный термометр. Стальная ножка контактирует с ртутью, нагревается человеческим телом. Жидкое вещество начинает расширяться, что мы видим по встроенной шкале.

Пластмассы тоже хорошо передают тепло. Этот процесс мы наблюдаем в процессе зарядки смартфона, планшета или ноутбука. Задняя крышка всегда более тёплая. Там и происходит перераспределение внутренней энергии.

Изученные виды теплопередачи в природе, быту используются повсеместно. В обычном чайнике тепло от металлического корпуса передается жидкости. А она в свою очередь нагревает ручку из пластмассового материала. Передача энергии в последнем случае осуществляется за счет пара.

Закономерности вокруг нас

Теплопередача в природе, технике, быту зависит от множества условий. Соприкасаемые друг с другом материалы передают энергию по-разному. Это мы можем увидеть на примере обычного окна. Между стеклянными поверхностями задуман промежуток из воздушной прослойки. Последняя слабо передает тепло.

Стеклянные поверхности быстро принимают и отдают энергию. Пористые материалы обладают практически нулевой теплопроводностью. Поэтому их используют для утепления фасадов зданий при строительстве.

Доказательством различной теплопроводности является одежда, сделанная из различных по свойствам тканей. Шерсть и другие ворсистые материалы плохо проводят тепло. А плащевка (синтетика) пропускает энергию моментально. Поэтому в изделиях из таких тканей холодно зимой.

Закономерности дома

По утрам наливая кружку горячего чая, какие мы можем увидеть виды теплопередачи? Их учёт и использование в быту будет выглядеть так:

Кружка горячего чая помещается в подстаканник из слабо проводящего тепло материала. Часто этот вариант используется проводниками в поездах.
Металлические кастрюли оборудуются крышками с ручками из пробкового дерева либо пластмассы. Последние материалы практически не нагреваются.
Ручки ножей, ложек, половников также оформляются пластиковыми вставками.
У газовых и электрических плит поверхность духового шкафа покрывается фольгированным материалом, способным отражать тепло. А между корпусом и нагревающимися элементами предусмотрены воздушные зазоры.

Для рационального потока воздуха в комнате форточки на окнах располагаются наверху. Тепло всегда поднимается, а холодный воздух с улицы помогает равномерно распределяться энергии в помещении. Когда мы открываем окно, мерзнут в первую очередь именно ноги. Эта неравномерность выравнивается за счет конвекции.

Отличия

Существуют свои особенности различных видов теплопередачи. У конвекции преимущественно перенос тепла происходит за счет смешивания газов. Молекулы передают энергию за счет соприкосновения. В конце процесса температура в замкнутом объеме выравнивается. После закрытия окна в комнате температура воздуха одинакова везде, если нет других источников тепла или холода.

Теплопередача зависит от вида материала. Так, сталь и медь после соприкосновения будут отличаться по температуре. Это объясняется различными свойствами передачи энергии. Нагретый металлический предмет не нагревает пробковый материал. Ложка в стакане чая раскаляется так, что невозможно ее взять в руки. Однако она может быть изготовлена из алюминиевого сплава, а он обладает низкой теплопроводностью.

Излучение наблюдают во всех вышеперечисленных примерах. За счет этого явления происходит незначительная потеря энергии. В бытовых приборах это явление наблюдается особенно сильно: в нагревателях, утюгах, паяльниках. Заметить лучи можно, поднося руку на расстоянии к поверхности нагрева. Ощущаться должно небольшое тепло — это происходит за счет инфракрасного излучения.

Излучение

Используются все виды теплопередачи в природе, быту, технике. Излучение инфракрасного спектра можно встретить в медицинских приборах. Оно положительно влияет на поверхность тела. Таким образом прогревают мышцы, суставы, внутренние органы.

В природе главным источником тепла являются солнечные лучи. Именно излучением согревается планета Земля. Все растения питаются этой энергией. Моря и океаны, воздух приходят в движение. Ветра образуются под влиянием инфракрасного спектра.

Излучение учитывают при производстве всех бытовых приборов, работающих от электрического тока. Телефонные мобильные аппараты греются постоянно. Именно поэтому не рекомендуется располагать смартфоны в области сердца.

Доказательства закономерностей опытами

Для проведения простого эксперимента потребуется медный провод небольшой длины. Оголяют два конца, один из которых берут в руку. Второй помещают над огнем или в кипящую воду.

Постепенно оба конца становятся горячими. Но в области изоляции провод можно спокойно удерживать. Это есть доказательство теплопроводности. Для опыта с конвекцией достаточно открыть окно. Предметы внизу будут более холодными, чем у потолка. После закрытия форточки температура тел сравняется.

Излучение можно ощутить от любого нагретого предмета. На расстоянии ощущается передача тепла. При таянии льда на расстоянии ощущается и холод. Невидимые лучи можно почувствовать рукой, если засунуть её в пространство морозилки холодильника.

Теплопроводность ощущается при работе стиральной машины. Достаточно потрогать крышку люка при нагреве воды. Воск на свече нужен для снижения теплоотдачи, чтобы она горела дольше.

Опыты с различными материалами

Доказательство теплопроводности можно получить путем нагрева стальной и серебряной ложек. Два металла имеют различные свойства передачи энергии. На конец ручки каждой ложки нужно нанести воск. Далее нагревают оба предмета от одинакового источника тепла с другой стороны.

У стальной ложки воск растает гораздо раньше, что говорит о лучшей теплопроводности. Вместо воска можно взять кусочек замороженного сливочного масла или маргарина для опыта в домашних условиях.

Второй опыт доказывает зависимость теплопроводности от цвета материала. Потребуется темный и светлый чайники. Оба сосуда нагревают до кипения в них воды и засекают время остывания каждого.

По законам физики темный чайник остывает дольше. Это доказывает, что светлые материалы нагреваются меньше. Поэтому в жаркое время носят белые панамки. Ведь солнечные лучи притягиваются черной тканью.

В мороз же мы носим теплые шарфы, чтобы не произошло обледенение лица. Так, в шерстяной варежке рука абсолютно не мерзнет в морозилке. Это говорит о низкой теплопроводности материала.

Участник:Капуста Даниил Александрович
Руководитель:Капуста Анна Николаевна

теплопроводностью;
конвекцией;
излучением.

Вот способы теплопередачи меня и заинтересовали. Всем известно, что любой мужчина должен сделать три вещи в жизни: посадить дерево, воспитать сына и построить дом. Вот как раз, чтобы построить себе дом, мне понадобятся знания полученные при изучении данной темы.

При выборе кирпича для своего дома, я воспользуюсь теплопроводностью.

На современном рынке выбор кирпича разнообразен. С какого из них построить мне дом, чтобы было в нем тепло? Давайте внимательно посмотрим на таблицу.

Сейчас почти в каждом доме стоят стеклопакеты. Если присмотреться на них внимательно, то в них между стёклами тоже находится ВОЗДУХ! Иногда его даже откачивают, создавая вакуум (освобожденное от воздуха пространство), который обладает самой низкой теплопроводностью. Его плохая теплопроводность препятствует теплообмену между холодным воздухом на улице и тёплым воздухом в комнате. Кроме того, стеклопакеты снижают уровень шума.

Раньше не было стеклопакетов, но мне рассказывала бабушка, что в старых домах окно состояло из двух рам. Расстояние между которыми было примерно сантиметров десять. Принцип тот же. Между рамами – ВОЗДУХ, который и сохранял тепло в доме.

Где разместить правильно форточку?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо разобраться с другим видом теплопередачи – конвекция.

Холодный воздух, который входит в окно – тяжелый и следовательно он опускается вниз, а теплый воздух – легкий, он поднимается вверх и выходит в форточку.

Явление конвекции также отвечает на вопрос, почему батареи отопления надо располагать внизу, а не в верхней части комнаты? Дело в том, что нагретый воздух, поднимается вверх, а холодный опускается вниз комнаты, где он нагревается от батареи и опять поднимается вверх. Со временем благодаря конвекции обогревается комната.

Подведу первые итоги:

дом буду строить из пустотелого кирпича;
стеклопакеты должны состоять из двух стекол, между которыми находится воздух;
форточки надо расположить в верхней части окна;
батареи отопления в нижней части комнаты.

А вечером с родными буду пить чай! И опять без знания физики – никуда!

Какого цвета надо купить чайник, чтобы он быстро не остывал?

На этот вопрос нам даст ответ, третий вид теплопередачи – излучение. Белый цвет плохо поглощает энергию и также плохо её отдаёт, а черный цвет хорошо поглощает энергию и также быстро её отдаёт. Значит, чайник нужно купить белого цвета.

Для себя я сделал вывод, что с помощью физики можно ответить на многие вопросы и я буду изучать её дальше.

Исследовательская работа была представлена на НПК разного уровня и рассказывает о том, что такое теплопередача, о видах теплопередачи и о том, как они применяются в современных условиях жизни.

Вложение	Размер
teploperedacha.docx	23.79 КБ
prilozheniya.docx	1.11 МБ

Предварительный просмотр:

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В НАШЕЙ ЖИЗНИ

Коновальцев Вадим, учащийся 4е класса МОУ «СОШ №5

Саратов 2015 ОГЛАВЛЕНИЕ

Глава 1. Теплопередача и ее виды……………………………………………….4

1.1 Что такое теплопередача…………………..…………………………………4

Глава 2. Применение видов теплопередачи в жизни………………………..…8

Тему этого исследования мне подсказал такой случай. Однажды, взяв в руки карандаш и ножницы, я обнаружил, что карандаш теплее ножниц. Я спросил у родителей – почему? Родители мне объяснили, что карандаш и ножницы по-разному отводят тепло от моей руки. Мне стало интересно, и я решил разобраться, почему происходит именно так.

Цель исследования – изучить различные виды теплопередачи и их применение в нашей жизни.

В соответствии с целью данного исследования были поставлены следующие задачи:

1. Изучить явление теплопередачи.

2. Рассмотреть виды теплопередачи и их применение.

3. Провести опыты по различным видам теплопередачи.

4. Проанализировать и обобщить полученные данные.

Гипотезы – 1) предположим, что явление теплопередачи не имеет применения в жизни; 2) возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.

Методы исследования – изучение источников информации (книги, статьи, сайты), наблюдение, эксперимент.

подготовительный (июнь 2014 г.) – сбор информации по теме исследования из различных источников, планирование работы;

проведение эксперимента (июль 2014 г.) – проведение опытов по изучению видов теплопередачи, наблюдение за применение данного явления в жизни;

подведение итогов эксперимента (август 2014 г.) – анализ собранных данных, выводы.

ГЛАВА 1. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ЕЕ ВИДЫ

1.1 ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому называется теплопередачей [5].

Опыт №1: В пробирке с водой находится кусочек льда. Нагреваем пробирку в верхней части. Вода закипает, а лед не тает.

Вывод: это говорит о том, что вода плохо проводит тепло.

Газы проводят тепло в десятки раз хуже, чем жидкости, и в тысячу раз хуже, чем твердые тела.

Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение (см. Схему). Рассмотрим их более подробно.

1.2 ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

1) Теплопроводность – это передача тепла от одной части тела к другой. Это происходит из-за того, что молекулы, обладающие большей энергией, передают часть своей энергии соседним молекулам. В результате все тело постепенно нагревается. Само вещество при этом не перемещается [1].

Опыт №2: нагревание металлического стержня, к которому с помощью пластилина прикреплены гвоздики. При нагревании конца стержня пламенем свечи гвоздики начинают последовательно отпадать.

Вывод : это происходит потому, что молекулы, находящиеся у конца стержня приобретают при нагревании большую энергию и передают ее соседним молекулам. Постепенно эта энергия передается следующим молекулам и стержень нагревается.

Различные тела обладают разной теплопроводностью.

Опыт №3: завернуть одинаковые кусочки льда в металлическую фольгу, бумагу и вату. Примерно через 20 минут обнаружим, что в фольге растает большее количество льда, в бумаге меньшее, чем в фольге, а в вате меньшее, чем в бумаге.

Вывод: металлы проводят тепло лучше, чем бумага и вата, находясь в одинаковых условиях. Объясняется это тем, что в металлах молекулы расположены близко друг от друга. Кроме этого в металлах имеются свободные электроны, перемещающиеся внутри вещества. Поэтому тепло передается быстро.

Металлы обладают большой теплопроводностью.

В бумаге расстояние между молекулами больше, поэтому передача энергии происходит медленнее. Бумага обладает меньшей теплопроводностью, чем металлы.

Между частицами ваты находится воздух. Молекулы воздуха находятся далеко друг от друга. Поэтому передача энергии от одной молекулы к другой происходит медленнее и вата за счет этого обладает плохой теплопроводностью.

Одинаковой ли теплопроводностью обладают различные металлы?

Опыт №4: два металлических стержня (медный и стальной) одинакового диаметра привести в соприкосновение. К ним прикрепить на одинаковом расстоянии друг от друга пластилином гвоздики. При нагревании стержней в месте соприкосновения заметим, что гвоздики начинают раньше падать на медном стержне, чем на стальном.

Вывод: медь обладает лучшей теплопроводностью, чем сталь. Различные металлы обладают разной теплопроводностью.

2) Конвекция. Как было доказано выше на основании опыта, вода является плохим проводником тепла. Тогда как же она нагревается, например, в чайнике? Воздух еще хуже проводит тепло. Тогда непонятно, почему во всех частях комнаты зимой устанавливается одинаковая температура?

Вода в чайнике быстро закипает из-за земного притяжения. Нижние слои воды, нагреваясь, расширяются, становятся легче и поднимаются вверх. А на их место поступает холодная вода. Это можно наблюдать на опыте №5: в стеклянный сосуд с водой бросим кристаллики марганца. Увидим, что при нагревании окрашенные потоки воды поднимаются вверх.

Этот вид теплопередачи называется конвекцией. При конвекции перемещаются слои самого вещества. Теплые слои, более легкие, поднимаются вверх, а холодные, более тяжелые, опускаются вниз [1]. Постепенно вся жидкость нагревается. То же самое происходит и с воздухом.

Опыт №6: над горящей лампой подвесим легкую бумажную вертушку. Через некоторое время вертушка начнет вращаться. Это происходит потому, что от лампы воздух около нее нагревается, расширяется, становится легким и поднимается вверх, вращает вертушку.

3) Излучение. А как же тепло от Солнца, которое находится от Земли на расстоянии 150 млн. км, через слои безвоздушного пространства (вакуума) доходит до Земли? Оказывается, есть еще один способ теплопередачи – излучение [2]. Объяснить этот способ для меня пока сложно, так как для этого надо знать законы квантовой и волновой физики. Но я понял, что этот способ передачи тепла может осуществляться в вакууме и во всех направлениях. Например, если поднести руку к нагретому утюгу не касаясь его, то мы почувствуем тепло не только сверху (конвекция), но и сбоку. Также я узнал, что различные тела по-разному поглощают и отражают лучи Солнца [4].

Опыт №7: в темную и светлую металлические банки наливаем одинаковое количество воды комнатной температуры. Банки ставим на подоконник, на солнечную сторону. Через некоторое время замечаем, что в темной банке вода нагревается быстрее – значит, она лучше поглощает тепло.

Вывод: белые и блестящие поверхности хорошо отражают солнечные лучи, а темные поглощают их.

Далее рассмотрим, как разные виды теплопередачи применяются в нашей жизни.

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ ВИДОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ЖИЗНИ

В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Это можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение).батарея бат

Различные виды теплопередачи находят широкое применение в повседневной жизни, природе и технике. Например, батареи отопления устанавливаются ближе к полу и чаще всего у окна, так как воздух, находящийся около батареи, нагревается, расширяется, становится более легким и поднимается вверх. На его место опускаются более тяжелые холодные слои воздуха. Таким образом, постепенно воздух в комнате прогревается.

В природе благодаря явлению конвекции образуются теплые и холодные течения в океанах. Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются.

Поверхности космических кораблей, ракет, дирижаблей, воздушных шаров, спутников, самолётов окрашивают серебристой краской, чтобы они не нагревались Солнцем. Так как светлые поверхности отражают солнечную энергию. Если наоборот надо использовать солнечную энергию, то части приборов окрашивают в темный цвет.

Познакомившись с различными видами теплопередачи, можно многое объяснить:

почему реки зимой не промерзают до дна;
почему кирпичные стены дома, который строится рядом с нашим лицеем, обшивают листами пенопласта;
почему у ТЭЦ-5 такая высокая труба;
почему между стеклами в рамах есть воздушный зазор;
почему летом люди стараются носить светлую одежду, а зимой шубы и пуховики;
почему окна с южной стороны летом закрывают серебристой фольгой;
почему у термоса внутренняя поверхность зеркальная, а между внутренним и внешним сосудами пустота;
почему в районах вечной мерзлоты здания строят на сваях;
почему трубы от котельной до потребителя закрывают стекловатой;
почему люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета), а летом светлые (бежевые, белые цвета);
почему в районах с жарким климатом люди носят ватные халаты и меховые шапки;
почему звери зимой надевают более густую шубу, а птицы сидят нахохлившись;
почему животные, не имеющие волосяного покрова, имеют толстый слой подкожного жира.

Можно привести еще огромное количество интересных примеров применения теплопередачи в нашей жизни.

Таким образом, теплопередачей называют процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. В жизни все они чаще всего действуют одновременно. Поэтому вокруг себя мы можем наблюдать множество примеров применения разных видов теплопередачи.

В ходе изучения этой темы стало понятно, что знания различных способов передачи тепла имеют большое значение в жизни человека. Применяя эти знания, можно многое объяснить. А ученые-технологи создают новые строительные материалы, которые хорошо защищают жилище человека от холода и воздействия атмосферных явлений.

Читайте также: