Отопление и охлаждение жилых помещений физика 8 класс сообщение

Обновлено: 17.05.2024

Обучающая задача: повторение знаний о видах теплопередачи (теплопроводности, конвекции, излучения); обучение умению давать ответы на качественные вопросы по тепловым явлениям.

Развивающая задача: способствовать развитию умений сравнивать, анализировать, выделять главное, кратко излагать материал.

Воспитательная задача: содействовать экологическому и экономическому воспитанию учащихся, формированию умений работать в группе.

Основной материал:

Теплопроводность разных строительных материалов. Практическое применение энергии излучения. Отопление и охлаждение жилых помещений. Тяга. Экология жилища.

1. Организационный момент. Мотивация учебной деятельности.

Вступление учителя:

Для выполнения цели урока повторим теоретический материал с помощью небольшого теста, лучших выполнивших тест назначим руководителями проектных групп, поработаем в группах по конкретным вопросам, выслушаем эксперта по вопросам экологии жилища, подведем итоги. В течение урока необходимо будет заполнять бланк ваших отметок:

Фамилия, имя ____________________________________________________________

Вид деятельности
Тест № 1	Работа в группе	Тест № 2	Выступление перед классом	Итоговая отметка
Отметка

2. Повторение пройденного материала

1. Перенос энергии от более нагретых тел менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, называется …

2. Процесс излучения энергии более интенсивно осуществляется у тел …

а) с темной поверхностью;
б) с блестящей или светлой поверхностью;
в) имеющих более высокую температуру;
г) имеющих более низкую температуру.

3. Вид теплопередачи, при котором перенос энергии осуществляют сами струи газа или жидкости,-

4. Какое из указанных веществ обладает наименьшей теплопроводностью?

5. Какое из указанных веществ обладает наибольшей теплопроводностью?

6. Где теплопередача может происходить путём конвекции…

1. Конвекция может происходить …

2. Вид теплопередачи, при котором перенос энергии от одной части тела к другой осуществляют молекулы или другие частицы, -

3 . Вид теплопередачи, при котором перенос энергии может осуществляться и в вакууме,-

4. Какое из указанных веществ обладает наименьшей теплопроводностью?

5. Какое из указанных веществ обладает наибольшей теплопроводностью?

6. Процесс излучения энергии более интенсивно осуществляется у тел …

а) имеющих более низкую температуру;
б) имеющих более высокую температуру;
в) имеющих гладкую поверхность;
г) имеющих шероховатую поверхность.

Примечание: В случае выполнения теста в бумажном варианте, осуществляется взаимопроверка.

Вопрос	1	2	3	4	5	6
Вариант 1	г	в	в	в	а	б
Вариант 2	г	г	б	в	г	б

Верный ответ на 1 вопрос – 1 балл.

3. Работа в группах по изучению нового материала

1. Сформулировать рекомендации о строительстве

1 группа - стен дома, 2 группа - крыши, 3 группа – окон и дверей, 4 группа – пола, 5 группа – отопления; 6 группа – экологи (выбирается на предыдущем уроке и там же дается задание: подобрать материал по экологии жилища).

2. Дать оценку каждому участнику по результатам работы группы:

Показатели оценки работы участника группы

(выдается руководителю группы)

1 группа - 4 группа

Таблица 1. Теплопроводность древесины (при 20–30°C)

Материал	Теплопроводность, λ, 10-3 Вт/(м•К)
Береза	0.15
Дуб (поперек волокон)	0.20
Дуб (вдоль волокон)	0.4
Ель	0.11
Кедр	0.095
Клен	0.19
Лиственница	0.13
Сосна (поперек волокон)	0.15
Сосна (вдоль волокон)	0.40
Тополь	0.17

Таблица 2. Теплопроводность строительных материалов (при 20–30°C)

Материал	Теплопроводность, λ, 10-3 Вт/(м•К)
Бетон	700 - 1300
Войлок строительный	44
Железобетон	1550
Кирпич красный	450 - 650
Кирпич силикатный	800
Кирпич шлаковый	580
Раствор цементный	470
Раствор цементно-песчаный	1200
Рубероид	170
Стекловата	52
Стекловолокно	40
Толь бумажный	230
Фанера	150
Шлакобетон	700
Штукатурка сухая	790
Засыпка из опилок	93
Засыпка из стружки	120
Засыпка из шлака	190 - 330

Примечание: λ- коэффициент теплопроводности, который численно характеризует теплопроводность различных материалов. 1 Вт/(м•К) = 1 ватт/метр • кельвин (кельвин - единица измерения температуры)

Чем больше коэффициент теплопроводности, тем больше тепла передаётся от более нагретого участка к менее нагретому.

5 группа (отопление)

6 группа (экологи)

Источники информации: интернет ресурсы.

4. Выступление представителей групп с рекомендациями.

Результаты работы 1 группы

Результаты работы 2 группы

Гипсолитовые плиты уменьшают потери тепла.
Если покрывать дом шифером на рубероиде, то лучше делать дополнительный слой из пенопласта или стекловаты. Этого совета можно придерживаться и при других покрытиях крыши.
Сверху на потолочные перекрытия в частных домах насыпают слоем смесь песка с опилками.

Результаты работы 3 группы

Результаты работы 4 группы

1. Под полом проложить трубы с горячей водой и комната будет обогреваться за счет конвекции.
2. Сделать небольшой подогрев полов (см пункт 1) как дополнение к общему отоплению.

Опасность для здоровья человека представляют радиоактивные стройматериалы, особенно вулканического происхождения – гранит, пемза, туф. Источником повышенной радиации может оказаться и радон. Опасен не сам радон, инертный газ, а продукты его распада. Радон выделяется из земли, его источником также служит камень, особенно гранит, бетон, содержится он и в воде.

Суммарная доза радона опасная для здоровья (вызывает рак лёгких) – 200 беккерель на 1 м 3 .

Концентрация радона в различных веществах и материалах, Бк/ м3

Бк/ м3
Стройматериалы	6,4
Природный газ (бытовой)	0,3
Воздух на улице	5
Почва под домом	41,7

Использовать при строительстве экологически чистые стройматериалы.
С помощью специального оборудования (эспанометры, дозиметры) проверить почву под строительство дома, стройматериалы на наличие радона.
Все щели вокруг труб, плинтусов и т.п. заделывать герметически.

Результаты работы 5 группы

При строительстве дома нужно учитывать и ряд других факторов. Коротко о них.

Физика и экология жилища

5. Закрепление знаний

(Приложение 1. Слайд 9-10. Компьютерный вариант)

1. Подвал – самое холодное место в дом. Какое явление будет причиной этого?

2. Из какого материала лучше строить дом, чтобы он был теплым и экологически чистым?

3. На каком виде теплопередачи основывается ваш ответ на предыдущий ответ?

4. И всё же сейчас чаще строят кирпичные дома. Из какого кирпича это выгоднее сделать

а) кирпич красный (пористый);
б) кирпич красный (сплошной);
в) кирпич силикатный;
г) кирпич шлаковый?

6. Выставление итоговой отметки за урок

8. Рефлексия

Учитель: «Хотелось бы услышать ваши мнения о том, какая цель была нашего урока. Достигли мы её? Выступление какой группы вам кажется наиболее интересным и запоминающимся. Какие возникали трудности и как вы с ними справлялись?

Помещая руку над горячей плитой или над горящей электрической лампочкой, можно почувствовать, что над ними поднимаются тёплые струи воздуха.

Небольшая бумажная вертушка, поставленная над пламенем свечи или электрической лампочкой, под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться (рис. 9, а).

Рис. 9. Конвекция:
а - в воздухе; б - в жидкости

Такие же явления мы наблюдаем и при нагревании жидкости снизу. Нагретые слои жидкости — менее плотные и поэтому более лёгкие — вытесняются вверх более тяжёлыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь, нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается. Этот процесс становится наглядным, если на дно колбы бросить несколько кристалликов марганцовокислого калия, который окрашивает струи воды в фиолетовый цвет (рис. 9,б).

В описанных опытах мы наблюдали ещё один вид теплопередачи, называемый конвекция (от лат. конвекцио — перенесение).

Следует помнить, что при конвекции энергия переносится самими струями газа или жидкости.

Так, например, в отапливаемой комнате благодаря конвекции поток тёплого воздуха поднимается вверх, а холодного опускается вниз (рис. 10). Поэтому у потолка воздух всегда теплее, чем вблизи пола.

Рис. 10. Нагревание воздуха путём конвекции

Различают два вида конвекции: естественную (или свободную) и вынужденную. Так, нагревание жидкости, а также воздуха в комнате являются примерами естественной конвекции. Вынужденная конвекция наблюдается, если перемешивать жидкость мешалкой, ложкой, насосом и т. д.

Если жидкости и газы прогревать не снизу, а сверху (см. рис. 6, 7), то конвекция не происходит. Нагретые слои не могут опуститься ниже холодных, более тяжёлых.

Следовательно, для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу.

Конвекция в твёрдых телах происходить не может. Вам уже известно, что частицы в твёрдых телах колеблются около определённой точки, удерживаемые сильным взаимным притяжением. В связи с этим при нагревании твёрдых тел в них не могут образовываться потоки вещества. Энергия в твёрдых телах может передаваться теплопроводностью.

Вопросы

Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.
Объясните, как происходит нагревание воды в колбе, поставленной на огонь.
В чём состоит явление конвекции?
Чем отличается естественная конвекция от вынужденной?
Почему жидкости и газы нагревают снизу?
Почему конвекция невозможна в твёрдых телах?

Упражнение 4

Почему подвал — самое холодное место в доме?
Почему форточки для проветривания комнат помещают в верхней части окна, а радиаторы — у пола?
Каким способом охлаждается воздух в комнате зимой при открытой форточке?

Задание

Включите настольную лампу и расположите над ней маленькую пушинку. Опишите, что вы наблюдаете. Объясните, с каким видом теплопередачи связано наблюдаемое явление.

Это любопытно.

Ветры. В атмосфере Земли вследствие неодинакового нагрева воздуха в жарком поясе и в полярных областях возникает мощное конвекционное движение воздуха, образующее постоянно дующие ветры.

Одной из причин образования пассатов — ветров, дующих от субтропических областей к экватору, — является неравномерное нагревание земной поверхности солнцем. Средняя годовая температура на экваторе Земли на 50 °С выше, чем на её полюсах. В экваториальной зоне Земли нагретый воздух поднимается вверх. На его место с севера и юга притекает холодный воздух. Его движение и есть пассат. Потоки холодного воздуха вследствие вращения Земли движутся не вдоль меридиана, а отклоняются. В связи с этим в Северном полушарии пассаты имеют северо-восточное направление, а в Южном — юго-восточное.

Ветры вызывают образование океанических течений. Постоянно дующий в одном направлении ветер приводит в движение верхние слои воды. Они перемещаются в сторону ветра. Тёплые и холодные океанические течения могут служить примерами вынужденной конвекции.

Возникновение ветра на берегах морей — бриза — также объясняется конвекцией. В летние дни суша нагревается солнцем сильнее, чем вода в море. Нагревшийся от суши воздух поднимается вверх. Это происходит потому, что плотность воздуха уменьшается и давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем.

Тяга. Вы знаете, что горение топлива без притока свежего воздуха невозможно. Горение топлива прекратится, если в трубу самовара, камина не будет поступать воздух. На практике используют естественный приток воздуха — тягу. На фабриках и заводах, на электростанциях, в котельных установках для усиления тяги устанавливают трубу (рис. 11). Воздух в трубе при горении нагревается, а значит, его плотность уменьшается. Следовательно, давление воздуха, находящегося в топке и трубе, становится меньше давления наружного воздуха. Возникает разность давлений. Вследствие разницы давлений холодный воздух поступает в топку, а тёплый поднимается вверх. Возникает тяга, которая усиливается при увеличении высоты трубы.

Рис. 11. Модель для демонстрации тяги

Отопление и охлаждение жилых помещений. В современных зданиях устанавливают водяное отопление. По всему зданию проводят систему распределительных труб, а от них вниз идут вертикальные трубы, которые проходят через комнаты здания. Из этих труб вода поступает в отопительные батареи. Вода отдаёт им своё тепло и возвращается в котёл, где снова нагревается. Так происходит циркуляция воды и прогревание воздуха за счёт конвекции.

Сегодня многие помещения оснащены кондиционерами, которые при необходимости могут не только нагревать помещение, но и охлаждать его.

Существует несколько основных способов отопления и охлаждения жилых помещений. К ним относятся воздушная приточная вентиляция, водяная система плинтусного отопления, гравитационная воздушная и конвективная системы. Все они имеют свои преимущества и недостатки, которые определяют их применимость для заглубленных зданий.

Правильно решенная воздушная приточная система, использующая воздух с невысокой температурой, имеет максимум преимуществ и минимум недостатков. Она позволяет применять большое число стандартных устройств и в то же время вводить различные дополнительные устройства.

Приточная воздушная система имеет следующие достоинства:

обеспечивает фильтрацию через простые фильтры;

позволяет осуществлять контроль вентиляции;

осуществляет отопление или охлаждение;

обеспечивает однородность воздушной среды;

хорошо сочетается с новыми системами, например, солнечным и дровяным отоплением;

использует только трубопроводную систему и исключает утечку воды;

подает осушенный или увлажненный воздух;

движение воздуха может создавать приятный шумовой фон в домах с низким уровнем шума;

расходует мало энергии при подаче воздуха с невысокими температурами;

весьма экономична, когда требуется кондиционирование или осушка воздуха.

Недостатки приточной системы:

может создавать высокий уровень шума в случае неправильного решения и установки;

может потребовать больших первоначальных затрат в больших зданиях;

может быть неэффективна в случае неверного решения и установки;

хуже обеспечивает регулировку температурного режима отдельных помещений по сравнению с другими системами. Возможные варианты: вентиляторы постоянного действия;

фильтрация через активированный уголь для устранения запахов;

повторное использование тепла;

конвективная напольная или потолочная распределительная система.

По сравнению с напорной воздушной системой гидравлическая система (с горячей водой) более экономична, так как требует меньших капитальных затрат, если речь идет только о системе отопления крупного здания. Кроме того, гидравлическая система позволяет осуществлять индивидуальную регулировку теплового режима помещений, однако она не может подавать, фильтровать или кондиционировать вентиляционный воздух. Из-за высокой температуры рабочей жидкости (71—82 °С) ее нельзя применять совместно с новыми системами, например солнечными коллекторами.

Гравитационная воздушная система имеет среднюю эффективность и низкую стоимость; она только увлажняет воздух. Но она может эффективно работать вместе с правильно решенными новыми энергетическими системами и продолжает работать, если нарушено энергоснабжение. Однако эта система обычно требует применения больших трубопроводов и не позволяет фильтровать, охлаждать или осушать подаваемый воздух.

Наиболее распространенная конвективная система представляет собой либо электрическую решетку, заделанную в пол или потолок комнаты, либо систему трубопроводов горячей воды, помещенную в пол. В случае применения приточной или напорной системы, использующей воздух с низкой температурой (29°—35 °С), возможно устройство необычной конвективной системы, которую заделывают в пол или потолок. Применение ее позволяет улучшить комфортные условия и повысить эффективность работы всей системы отопления путем использования этого воздуха в качестве рабочей среды конвективной системы.

Обычно полы и потолки выполняют из пустотных предварительно напряженных сборных железобетонных панелей. Пустоты используют в качестве трубопроводов в системе распределения теплого воздуха. Исследованиями, проведенными в Швеции, было установлено, что температура бетонных элементов в этом случае на 2—3° С выше, чем средняя температура воздуха в помещении. Поскольку количество тепла в помещении от пола до потолка постоянно, температура воздуха может быть ниже обычной, в то время как комфортные условия поддерживаются на необходимом уровне. Кроме того, сам пол становится более комфортным и обеспечивает накопление тепла в помещении. Представляется, что такая система имеет ряд достоинств. Несколько таких систем в настоящее время уже работает в Миннесоте.

Цель урока: Углубить знания учащихся о видах теплопередачи. Провести сравнение видов теплопередачи об их роли в природе и технике. Рассмотреть примеры использования видом теплопередачи в различных областях человеческой деятельности.

Фронтальный опрос. Что понимают под внутренней энергией тела? При каких условиях внутренняя энергия тела изменяется? Какой процесс называется теплопередачей? Перечислите виды теплопередачи. Почему при деформации тела его внутренняя энергия изменяется?

Какой процесс называется теплопроводностью. Какие вещества обладают наибольшей? Наименьшей теплопроводностью? Раскройте физическую суть процесса нагревания холодной металлической ложки, опущенную в горячую воду. Какой процесс называется конвекцией? Дайте объяснение этого процесса. В каких средах возможно. Почему?

Каким видом теплопередачи солнечная энергия передается на землю? Почему этот вид теплопередачи является единственно возможным в данном случае? Что является источником теплового излучения? Какие тела поглощают излучение лучше? хуже? Почему подвал самое холодное место в доме?

Каким способом охлаждается воздух в комнате зимой при открывании воздуха ? Летом воздух в здании нагревается, получая энергию различными способами: через стены, через открытое окно, в которое входит теплый воздух, через стекло, которое пропускает солнечную энергию. С каким видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?

Возникновение ветров (дневной и ночной бриз). Бриз - возникает на границе суши и воды, т.к. они нагреваются и остывают по-разному. Днём над сушей образуется - область низкого давления, а над морем - область высокого давления. Возникает движение воздушных масс из области высокого давления в область низкого давления, что и называется дневным бризом. Ночью все происходит наоборот.

Тяга Тяга – естественный приток воздуха за счет конвекции. Для создания хорошей тяги служат высокие кирпичные трубы. Теплый газ или дым легче холодного воздуха, и поэтому они поднимаются вверх. Чем больше перепад давления внизу и вверху, тем лучше тяга. Из двух труб одинаковой высоты лучшая тяга будет у кирпичной, нежели у металлической. Горячей воздух в металлической трубе остывает при подъеме быстрее, отчего тяга уменьшается.

Днем почва поглощает энергию и нагревается излучением, но быстрее и охлаждается. На ее нагревание и охлаждение влияет присутствие растительности. Так, темная вспаханная почва сильнее нагревается излучением, но быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью Вспаханная почва, почва с растительностью

В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается – излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения.

Теплицы Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат теплицы, которые позволяют полнее использовать излучение Солнца. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее, но хуже пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли. Также пленка (стекло) препятствует движению теплого воздуха вверх, т.е. осуществлению конвекции. Таким образом, стекла теплиц действуют как “ловушка” энергии. Внутри теплиц температура выше, чем на незащищенном грунте, примерно на 10° С.

Отопление Нагревание и охлаждение жилых помещений основано на явлении конвекции. Принцип отопления связан с циркуляцией горячей воды по трубам. Источником горячей воды являются котельные и ТЭЦ. Вода циркулируя по трубам, отдает часть тепла, охлаждается, затем снова идет на нагрев в ТЭЦ. Любые изменения давления в системе регулируют при помощи расширительных баков.

Устройство термоса. Основным элементом любого термоса является рабочий сосуд с двойными стенками, между которыми глубокое разряжение. Это сосуд – Дьюара. Чтобы исключить влияние излучения изнутри и снаружи, стенки сосуда делают зеркальными.

Читайте также: