Теплопередача - это что такое? Виды, способы, расчет теплопередачи. Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность Теплообмен теплопроводностью

Фаттахов Мухамад

Исследовательская работа по физике: Теплопередача. Виды теплопередачи.

Скачать:

Предварительный просмотр:

Конкурс исследовательских работ в рамках Малой академии наук школьников

Республики Башкортостан.

Секция: Физика

Исследовательская работа

“Теплопередача. Виды теплопередачи”

Обучающийся 8 класса

МОБУ СОШ с. Сухоречка

Руководитель: Панова Зульфия

Хайдаровна, учитель

МОБУ СОШ с. Сухоречка

2017-2018 учебный год

С. Сухоречка

1. Введение.Актуальность данной темы……………………………….................3

2. Тема, цели, задачи, этапы проекта………………………………………………4

3. Основная часть……………………………………………………………………6

3.1. Теплопередача и ее виды……………………………………………………6

3.2. Значение теплопередачи в природе и в жизни людей…...........................9

3.3. Применение видов теплопередачи в жизни................................………..10

3.4. Опыты………………………………………………………………………..11

4. Заключение………………………………………………………………………..17

5. Литератураи информационные ресурсы ………………………………………..18

1.Введение.

Но как же жизнь бываетнепроста

с той дамой,что зовётся «Теплота»!

С раннего детства и на протяжении всей своей жизни человек пытается найти ответы на тысячи вопросов, связанных с происходящими вокруг него явлениями. Тысячи "Почему" звучит из уст ребёнка, пока он растёт. На многие вопросы мы находим ответы сами по мере взросления. Другие остаются загадкой. Так и я, открывая мир вокруг, пытался найти объяснение тому, что видел, с чем сталкивался. Особенно меня интересовали вопросы, связанные с теплом и его передачей. Одни ответынаходил изучая природу, другие доказывал с помощью опытов, а всю информациюнашел в одном предмете под названием “Физика”. Одним из самых задаваемых вопросов в физике стал вопрос “Как же передаётся тепло? Как его сохранить”. Данный вопрос, по моему мнению, актуален и в наше время, так как человек разрабатывает новые материалы, которые лучше сохраняют тепло, как в строительстве, так и в одежде. Ответ на вопрос, конечно же, есть в обычном учебнике по физике, но чтобы удостовериться, я еще лично проведу исследовательскую работу.

Актуальность исследовательской работы состоит в изучении современных достижений науки и техники в области теплопередачи на экспериментальном уровне и это вызывает живой интерес в исследовании данной темы.

В зимнее время года возникает необходимость утеплять как самих себя, так и своё жильё, желательно используя современные достижения науки. Изучение этих достижений и определило выбор темы исследования .

2.Тема, цели, задачи, этапы проекта.

Цели моего исследования являются:

• изучить различные виды теплопередачи и их применение в нашей жизни;
• изучение литературы по теме;
• рассмотрение роли видов теплопередачи в живой и неживой природе и использование их в жизни человека;
• практическое исследование особенностей теплопроводности, конвекции, излучения;
• подготовка и проведение демонстраций теплопроводности, конвекции, излучения;

При исследовании я ставил перед собой следующие задачи :

• Изучить явление теплопередачи.
• Рассмотреть виды теплопередачи и их применение.
• Провести опыты по различным видам теплопередачи.
• Проанализировать и обобщить полученные данные.

Объект исследования – процесс теплопередачи.

Предмет исследования - теплопередача и ее виды;

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

Этапы работы над проектом:

1. Выбортемы.
2. Изучениелитературы.
3. Выполнение исследовательской части работы, подготовка материала.
4. Оформлениеработы.
5. Подготовка и выступление на итоговой конференции.

Методыисследования:

Изучение теории, сравнение, проведение опытов, обобщение и анализ полученных результатов .

Практическаязначимость: использование теоретических знаний на практике.

Моя работа предусматривала несколько этапов:

Первыйэтап - подготовительный – заключался в обсуждении темы, определении цели и задачи проекта;

Второйэтап - основной – заключался в проведении опытов и обработкерезультатов.

Апробация исследования.

Материалы исследования могут быть использованы на уроках физики, во внеклассной работе и в повседневной жизни.

3. Основная часть.

3.1Теплопередача. Виды теплопередачи.

Еще в 1744-1745 гг. М. В. Ломоносов в своих «Размышлениях о причине теплоты и холода» высказал утверждение о том, что тепловые явления обусловлены движением частиц тела - его молекул.

Но к XVIII столетию теплоту представляли себе в виде невесомой и невидимой жидкости, пропитывающей поры тела, как вода пропитывает губку. Действительно, мы замечаем, что тепло от огня в очаге передается через стенки котла в воду, из воды - в погруженную в нее ложку. Любой человек сумеет найти множество примеров, подтверждающих это представление.Эта жидкость не только невидима, но и невесома. Эту жидкость назвали теплородом.

Опытное доказательство правильности идей Ломоносова было дано лишь в конце XVIII в. Это сделал английский физик Румфорд. Следя за изготовлением пушек в Мюнхенском арсенале, он обратил внимание на то, что при сверлении и ствол пушки, и сверло сильно разогреваются.

И так,т еплопередача , по слову можно понять, что это передача тепла. Это физический процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей. Существует 3 вида теплопередачи.

Первый вид – это теплопроводность. Теплопроводность – это явление передачи внутренней энергии от одной частитела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.

Второй вид – это конвекция. Конвекция – это вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками.

Третий вид – это излучение. Излучение – это процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц.

3.2. Значение теплопередачи в природе и в жизни людей.

Вот так мы узнали, какие бывают виды теплопередачи, а вот сейчас вопрос “Какое же их значение в природе, мире?”. Ответ кроется ещё в прошлом, когда люди еще незнали о теплопередачи, о её видах и свойствах, они пытались получить и сохранить тепло.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).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.

К примеру, излучение. Мы знаем, что энергия передаётся в виде волн.

К примеру, солнце, образно говоря, греет землю, с помощью электромагнитных волн передаёт тепло земле или без конвекции в доме не было бы так тепло. Таких примеров можно приводить много.

3.3 Применение видов теплопередачи в жизни

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 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.

3.4 Опыты

Опыт №1 “Сравнение теплопроводности воды и воздуха”

Цель работы :проверить, где обычная банка с жидкостью быстро охладиться от 25 градусов комнатной температуры до самой низкой, в морозильнике или в воде с поваренной солью и льдом, то есть я сравню теплопроводность воздуха и воды.

Приборы и материалы : электрический термометр, обычный холодильник (морозильник). Не глубокая, но широкая посуда с водой, обычная соль, поваренная и лёд.

Ход работы:

У меня имеется 2 банки с жидкостью с комнатной температурой 25 градусов. Я наливаю в не глубокую чашку воду, накладываю туда небольшие куски льда и сыплю поваренную соль. Затем, одну банку с жидкостью я помещаю в морозильник, а другую в чашку с поваренной солью, водой и льдом. Жду 10 минут, и проверяю, где же лучше охладилась банка с жидкостью.

Прошло 10 минут, я одновременно достаю 2 банки с жидкостью и начинаю проверку. Проверка показала, что банка с жидкостью, которую я достал, с морозилки стала 20 градусов с 25 градусов комнатной температуры. Вторая банка, которая была, в соленой воде вместе со льдом стала 8 градусов с 25 градусов комнатной температуры.

Следовательно, вторая банка с жидкостью охладилась лучше, чем первая, потому что в морозильнике плохая теплопроводность, а вот в воде с солью лучше, потому что вода полностью покрывает банку с жидкостью, а в морозилке просто холодный воздух.

Вывод:

Выше приведённым опытом мною выявлено, что теплопроводность воды лучше, чем у воздуха. Вот табличные значения: теплопроводность воздуха 1Дж/кг*с и воды 4200 Дж/кг*с 0 .

Опыт №2 Вертушка.

Цель работы:узнать, будет ли вращаться вертушка из фольги, при определённом накале лампы.

Приборы и материалы: лампа, вертушка из тонкой фольги, остриё от компаса.

Ход работы:

Я достаю обычную лампу и подключаю её к розетки. Далее на вверх лампы ставлю остриё от компаса и помещаю туда тонкую вертушку из фольги. Включаю лампу, со временем вертушка начинает медленно вращаться, и чем больше времени лампа включена, тем вертушка крутиться быстрей.

Вывод:

Конвекция в воздухе всё- таки, есть, и я смог это доказать. Вертушка начала крутится под действием теплых струй воздуха, исходящих от лампы.

Опыт № 3 Теплопередача излучением

Цель работы: доказать, что с помощью волн электроплитки, направленных к теплоприёмнику, который соединён с левом коленом манометра, можно передать тепло так, что температура манометра будет изменяться, то есть увидеть излучение.

Инструменты и материалы: электроплитка, теплоприёмник, манометр.

Ход работы:

Я электроплиткуставлю вертикально в центре рядом, где стоит теплоприёмник, а справа ставлю манометр. Электроплитка имеет открытую спираль, а вот внутренняя полость теплоприёмника соединена с левом коленом манометра, правое колено манометра открыто. Разворачиваю теплоприёмник главной стороной к электроплитке, потом я включаю плитку и слежу за изменениями манометра.При включении электроплитки волны уходят к теплоприёмнику. А энергия, которая приходит к теплоприёмнику, отдаётся в манометр. И начинают изменяться показания температуры, она повышается.

Вывод:

Следовательно, энергия, получаемая от электроплитки теплоприемником, передавалась ни конвекцией, ни теплопроводностью, а именно излучением.

Рассуждение:

Из проведённых выше опытов было доказано, что у трёх видов теплопередачи существуют множество различных способов передавать свою энергию, то есть тепло.

Теперь представьте, чтобы стало с Землёй, если бы этих трёх способов передачи энергии не было?

Ответов на мой же один вопрос будет четыре. Сейчас я объясню, почему же всего лишь на один вопрос, так много ответов. Суть лежит в способах передачи, их всего 3 и к каждому будет ответ с объяснением. Что было бы, если бы не было излучения, и так и далее. А четвертый ответ, это объедённые ответы прошлых трёх, то есть главный ответ.

Вопрос№1 и ответ

Вопрос: Что было бы, если не было бы, теплопроводности в мире?

Ответ: теплопроводность нужна для проведения через предмет тепла, тем самым нагревая предмет. Множество людей попросту не смогли бы приготовить себе ужин и т.д.

Вопрос № 2 и ответ

Вопрос: что было бы, если не было бы, конвекции в мире?

Ответ: тепло от батарей не циркулировало бы по дому, не было бы движения воздушных масс, не было бы дождей вдали от рек морей и океанов, вся земля превратилась бы в пустыню.

Вопрос № 3и ответ

Вопрос: что было бы, если не было бы, излучения в мире?

Ответ: теплые тела перестали бы излучать тепло, это и костер и лампа; на небе светило бы солнце, но не грело бы; Земля превратилась бы в ледяную глыбу, так как не имело бы источников энергии; внутренние слои земли себе спокойно булькали бы при тысячах градусах, но тепло от них не проникало бы на поверхность земли.

Ответ № 4

(Главный)

1) 2) 3) - все эти случаи приводят к гибели Земли и всего, что есть на ней.

Вот, во что превратится Земля, если это произойдёт.

Она начнёт постепенно замерзать, то есть медленно умирать.

Вывод

Вот я узнал, к чему могут привести все случаи, а приведут, они как я говорил, к гибели Земли. Главное, что данные виды теплопередачи будут существовать все время, как они существовали, так и будут!

Заключение

Из всех моих приведённых объяснений, рассуждений, доказательств, опытов и выводов мною и моим учителем физики Пановой З.Х.было подтверждено, что

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.

Данная тема актуальна и сейчас, тем, что от теплопередачи и её видов и от их существования зависит жизнь людей, животных и всего мира. Ведь на первом месте у человека стоит, не как вы думаете, любовь, деньги, а жизнь. Жизнь это что-то уникальное, не просто какая-то вещь или игрушка, жизнь – это активное существование. Если бы человек не развивал науку, не было бы активного развития мира, того скачка вперёд, который полностью изменил жизнь не только человека, но и других живых существ. Человек благодаря науке физике изменил планету и выбрался в космос. Ведь именно физика, это то, что реально изменила, как и внутреннее, так и внешнее состояние жизни. Именно открытия в физике, это и есть тот скачок, прорыв в жизни людей, такие как полёт в космос, открытие закона падения камня, законов движения и сохранения энергии, открытие электрического тока.

Теплопередача, кажется, просто три способа передавать тепло, но если их не было бы или на это как-то повлиял человеческий фактор, то планета Земля закончила бы свое существование в космосе!

Литература и информационные ресурсы

1. Учебник физики 8 класс: Перышкин А.В.
2. Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1984.
3. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1977.
4. Дитрих А.К., Юрмин Г.А., Кошурникова Р.В. Почемучка. – М.: Педагогика-Пресс, 1993.
5. http://уроки.мирфизики.рф

Введение

ТЕПЛОТА, кинетическая часть внутренней энергии вещества, определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже).

Теплота играет важную роль в жизни человека, в том числе и в функционировании его организма. Часть химической энергии, содержащейся в пище, превращается в теплоту, благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37 градусов Цельсия. Тепловой баланс тела человека зависит также от температуры окружающей среды, и люди вынуждены расходовать много энергии на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом. Большую часть этой энергии поставляют тепловые машины, например котельные установки и паровые турбины электростанций, работающих на ископаемом топливе (угле, нефти) и вырабатывающих электроэнергию.

До конца 18 в. теплоту считали материальной субстанцией, полагая, что температура тела определяется количеством содержащейся в нем «калорической жидкости», или «теплорода». Позднее Б.Румфорд, Дж.Джоуль и другие физики того времени путем остроумных опытов и рассуждений опровергли «калорическую» теорию, доказав, что теплота невесома и ее можно получать в любых количествах просто за счет механического движения. Теплота сама по себе не является веществом – это всего лишь энергия движения его атомов или молекул. Именно такого понимания теплоты придерживается современная физика.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Теплопередача – это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсивность переноса теплоты зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется экспериментально установленным законам природы. Чтобы создавать эффективно работающие системы нагрева или охлаждения, разнообразные двигатели, энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно знать принципы теплопередачи. В одних случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей, космических кораблей и т.п.), а в других он должен быть как можно больше (паровые котлы, теплообменники, кухонная посуда).

ТРИ ОСНОВНЫХ ВИДА ПЕРЕДАЧИ ТЕПЛА

Существуют три основных вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.

1.Теплопроводность. Если внутри тела имеется разность температур, то тепловая энергия переходит от более горячей его части к более холодной. Такой вид теплопередачи, обусловленный тепловыми движениями и столкновениями молекул, называется теплопроводностью; при достаточно высоких температурах в твердых телах его можно наблюдать визуально. Так, при нагревании стального стержня с одного конца в пламени газовой горелки тепловая энергия передается по стержню, и на некоторое расстояние от нагреваемого конца распространяется свечение (с удалением от места нагрева все менее интенсивное).

Интенсивность теплопередачи за счет теплопроводности зависит от градиента температуры, т.е. отношения DТ /Dx разности температур на концах стержня к расстоянию между ними. Она зависит также от площади поперечного сечения стержня (в м 2) и коэффициента теплопроводности материала [в соответствующих единицах Вт/(мDК)]. Соотношение между этими величинами было выведено французским математиком Ж.Фурье и имеет следующий вид:

где q – тепловой поток, k – коэффициент теплопроводности, а A – площадь поперечного сечения. Это соотношение называется законом теплопроводности Фурье; знак «минус» в нем указывает на то, что теплота передается в направлении, обратном градиенту температуры.

Из закона Фурье следует, что тепловой поток можно понизить, уменьшив одну из величин – коэффициент теплопроводности, площадь или градиент температуры. Для здания в зимних условиях последние величины практически постоянны, а поэтому для поддержания в помещении нужной температуры остается уменьшать теплопроводность стен, т.е. улучшать их теплоизоляцию.

В таблице представлены коэффициенты теплопроводности некоторых веществ и материалов. Из таблицы видно, что одни металлы проводят тепло гораздо лучше других, но все они являются значительно лучшими проводниками тепла, чем воздух и пористые материалы.

Теплопроводность металлов обусловлена колебаниями кристаллической решетки и движением большого числа свободных электронов (называемых иногда электронным газом). Движение электронов ответственно и за электропроводность металлов, а потому неудивительно, что хорошие проводники тепла (например, серебро или медь) являются также хорошими проводниками электричества.

Тепловое и электрическое сопротивление многих веществ резко уменьшается при понижении температуры ниже температуры жидкого гелия (1,8 K). Это явление, называемое сверхпроводимостью, используется для повышения эффективности работы многих устройств – от приборов микроэлектроники до линий электропередачи и больших электромагнитов.

Конвекция.

Как мы уже говорили, при подводе тепла к жидкости или газу увеличивается интенсивность движения молекул, а вследствие этого повышается давление. Если жидкость или газ не ограничены в объеме, то они расширяются; локальная плотность жидкости (газа) становится меньше, и благодаря выталкивающим (архимедовым) силам нагретая часть среды движется вверх (именно поэтому теплый воздух в комнате поднимается от батарей к потолку). Данное явление называется конвекцией. Чтобы не расходовать тепло отопительной системы впустую, нужно пользоваться современными обогревателями, обеспечивающими принудительную циркуляцию воздуха.

Конвективный тепловой поток от нагревателя к нагреваемой среде зависит от начальной скорости движения молекул, плотности, вязкости, теплопроводности и теплоемкости и среды; очень важны также размер и форма нагревателя. Соотношение между соответствующими величинами подчиняется закону Ньютона

q = hA (T W  T ),

где q – тепловой поток (измеряемый в ваттах), A – площадь поверхности источника тепла (в м 2), T W и T  – температуры источника и его окружения (в кельвинах). Коэффициент конвективного теплопереноса h зависит от свойств среды, начальной скорости ее молекул, а также от формы источника тепла, и измеряется в единицах Вт/(м 2 хК).

Величина h неодинакова для случаев, когда воздух вокруг нагревателя неподвижен (свободная конвекция) и когда тот же нагреватель находится в воздушном потоке (вынужденная конвекция). В простых случаях течения жидкости по трубе или обтекания плоской поверхности коэффициент h можно рассчитать теоретически. Однако найти аналитическое решение задачи о конвекции для турбулентного течения среды пока не удается. Турбулентность – это сложное движение жидкости (газа), хаотичное в масштабах, существенно превышающих молекулярные.

Если нагретое (или, наоборот, холодное) тело поместить в неподвижную среду или в поток, то вокруг него образуются конвективные токи и пограничный слой. Температура, давление и скорость движения молекул в этом слое играют важную роль при определении коэффициента конвективного теплопереноса.

Конвекцию необходимо учитывать при проектировании теплообменников, систем кондиционирования воздуха, высокоскоростных летательных аппаратов и многих других устройств. Во всех подобных системах одновременно с конвекцией имеет место теплопроводность, причем как между твердыми телами, так и в окружающей их среде. При повышенных температурах существенную роль может играть и лучистый теплообмен.

3.Лучистый теплообмен. Третий вид теплопередачи – лучистый теплообмен – отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум. Сходство же его с другими способами передачи тепла в том, что он тоже обусловлен разностью температур. Тепловое излучение – это один из видов электромагнитного излучения. Другие его виды – радиоволновое, ультрафиолетовое и гамма-излучения – возникают в отсутствие разности температур.

На рис. 8 представлена зависимость энергии теплового (инфракрасного) излучения от длины волны. Тепловое излучение может сопровождаться испусканием видимого света, но его энергия мала по сравнению с энергией излучения невидимой части спектра.

Интенсивность теплопередачи путем теплопроводности и конвекции пропорциональна температуре, а лучистый тепловой поток пропорционален четвертой степени температуры и подчиняется закону Стефана – Больцмана

где, как и ранее, q – тепловой поток (в джоулях в секунду, т.е. в Вт), A – площадь поверхности излучающего тела (в м 2), а T 1 и T 2 – температуры (в кельвинах) излучающего тела и окружения, поглощающего это излучение. Коэффициент s называется постоянной Стефана – Больцмана и равен (5,66961х0,00096)х10 –8 Вт/(м 2 DК 4).

Представленный закон теплового излучения справедлив лишь для идеального излучателя – так называемого абсолютно черного тела. Ни одно реальное тело таковым не является, хотя плоская черная поверхность по своим свойствам приближается к абсолютно черному телу. Светлые же поверхности излучают сравнительно слабо. Чтобы учесть отклонение от идеальности многочисленных «серых» тел, в правую часть выражения, описывающего закон Стефана – Больцмана, вводят коэффициент, меньший единицы, называемый излучательной способностью. Для плоской черной поверхности этот коэффициент может достигать 0,98, а для полированного металлического зеркала не превышает 0,05. Соответственно лучепоглощательная способность высока для черного тела и низка для зеркального.

Жилые и офисные помещения часто обогревают небольшими электрическими теплоизлучателями; красноватое свечение их спиралей – это видимое тепловое излучение, близкое к границе инфракрасной части спектра. Помещение же обогревается теплотой, которую несет в основном невидимая, инфракрасная часть излучения. В приборах ночного видения применяются источник теплового излучения и приемник, чувствительный к ИК-излучению, позволяющий видеть в темноте.

Мощным излучателем тепловой энергии является Солнце; оно нагревает Землю даже на расстоянии 150 млн. км. Интенсивность солнечного излучения, регистрируемая год за годом станциями, расположенными во многих точках земного шара, составляет примерно 1,37 Вт/м 2 . Солнечная энергия – источник жизни на Земле. Ведутся поиски способов наиболее эффективного ее использования. Созданы солнечные батареи, позволяющие обогревать дома и получать электроэнергию для бытовых нужд.

От более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре , то происходит передача тепловой энергии , или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия . Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики

Виды теплообмена

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетанием элементарных видов. Основные из них:

• теплоотдача (конвективный теплообмен между потоками жидкости или газа и поверхностью твёрдого тела);
• теплопередача (теплообмен от горячей жидкости к холодной через разделяющую их стенку);
• конвективно-лучистый перенос тепла (совместный перенос тепла излучением и конвекцией);
• термомагнитная конвекция

См. также

• Абсорбционная колонна , пример тепломассообменного аппарата

Литература

1. Григорьев Б. А., Цветков Ф. Ф. Тепломассообмен: Учеб. пособие - 2-е изд. - М: МЭИ, 2005.
2. Брюханов О. Н., Шевченко С. Н. Тепломассообмен: Учеб. пособие. - М: АСВ, 2005.
3. Исаченко В. П. и др. Теплопередача: Учебник для вузов. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергия, 1975.
4. Галин Н. М., Кириллов П. Л. Тепломассообмен. - М.: Энергоатомиздат, 1987.
5. Карташов Э. М. Аналитические методы в теплопроводности твердых тел. - М.: Высш. шк., 1989.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое "Теплопередача" в других словарях:

Теплопередача … Орфографический словарь-справочник

Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их тв. стенку или через поверхность раздела между ними. Т. включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости или газа к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более… … Физическая энциклопедия

Теплопередача - – перенос теплоты через ограждающую конструкцию от среды с более высокой температурой к среде с более низкой температурой. [ГОСТ 26602.1 99] Теплопередача – теплообмен между теплоносителем и бетоном через разделяющую их твердую стенку … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов

Теплообмен между двумя теплоносителями или иными средами через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними. Интенсивность теплопередачи характеризуется коэффициентом теплопередачи, равным плотности теплового потока на… … Большой Энциклопедический словарь

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА, теплопередачи, мн. нет, жен. (физ.). Передача теплоты от одного тела к другому. Толковый словарь Ушакова. Д.Н. Ушаков. 1935 1940 … Толковый словарь Ушакова

Совокупность явлений, при к рых имеет место перенос тепла из одной части пространства в другую. Перенос может происходить различными способами: теплопроводностью, конвекцией и лучеиспусканием. Теплопроводность явление непосредственной передачи… … Технический железнодорожный словарь

Сущ., кол во синонимов: 2 передача (85) теплообмен (4) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов

теплопередача - Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними [Терминологический словарь по строительству на 12 языках (ВНИИИС Госстроя СССР)] Тематики термодинамикахолодильная техника EN heat … Справочник технического переводчика

теплопередача - 3.20 теплопередача: Теплообмен между двумя средами через разделяющую их жалюзи роллету.

Теплопередача - это один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.

Существует 3 вида теплопередачи:

Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.

Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Это является частным случаем закона сохранения энергии.

ИНТЕРЕСНО

Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма!

Теплопроводность - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.
Не сопровождается переносом вещества!

Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.
Теплопроводность различных веществ разная.
Металлы обладают самой высокой теплопроводностью,

причем у разных металлов теплопроводность отличается.

Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.
Интересно, что можно было бы поднести руку почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура больше 1000 градусов) и не обжечь ее, если бы …

А что если бы?

Газ, как правило, очень плохой проводник тепла, поэтому достаточно было бы лишь небольшой прослойки воздуха между рукой и пламенем. Но!
Но существует такое явление, как конвекция в газах, поэтому вблизи пламени руку сильно жжет.

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ

Знаешь ли ты, что...

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
Это не сказка, не фантастика!
Такой проект реально разработан и испытан!

Итальянские ученые изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Ученые обещают, что летом в ней не будет жарко, а зимой – холодно, поскольку она сшита из специальных материалов. Подобные материалы уже используются при космических полетах.

В старых пулеметах "Максим" нагревание воды предохраняло оружие от расплавления.

На кухне, поднимая посуду, наполненную горячей жидкостью, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все прмежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной - водой. Смотри, не обожгись!

Огонь в решете

Явление, о котором рассказано ниже демонстрирует свойство металлов хорошо проводить тепло.
Если изготовить сетку из проволоки, обеспечив хорошее соединение металла в местах перекрещивания проволоки, и поместить ее над газовой горелкой, то можно при включенном вентиле поджечь газ над сеткой, в то время как под сеткой он гореть не будет. А если зажечь газ под сеткой, то наверх через сетку огонь « не просочится»!

В те времена, когда еще не было электрических шахтерских лампочек, пользовались лампой Дэви.
Это была свеча, «посаженная» в металлическую клетку. И даже, если шахта наполнялась легковоспламеняющимися газами, лампа Дэви была безопасна и не вызывала взрыва - пламя не выходило за пределы лампы,благодаря металлической сетке.

Положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало - холоднее.
Почему?
Ведь температура окружающего воздуха одинаковая!
Стекло - хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет "отбирать" от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет, нагреваясь, "отбирать" тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.

ДОМАШНИЕ ОПЫТЫ

Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Объясните, почему бумага загорелась не сразу.

Используйте свои руки как термодатчики – обследуйте окружающие вас предметы. Найдите самые холодные на ощупь, сделайте вывод об их теплопроводности. По своим ощущениям составьте список веществ, обладающих разной теплопроводностью, от самой хорошей до самой плохой.

Подберите ложки из разных материалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и т.д.). Опустите их наполовину в сосуд с горячей водой. Через 1–2 мин проверьте, одинаково ли нагрелись их ручки. Проанализируйте результат.

Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий– в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу.

Приготовьте в морозилке лед. Сложите его в целлофановый пакет и оберните пуховым платком или обложите ватой. Можно дополнительно завернуть в шубу. Оставьте этот сверток на 5–7 ч,затем проверьте сохранность льда. Объясните наблюдаемое состояние. Предложите дома способ сохранения замороженных продуктов при размораживании холодильника.

ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ

(или " покумекаем"?)

1. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая? Почему?

2. Почему толстый человек в холодной воде меньше мерзнет, чем худой?

3. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20 градусов Цельсия, но в воде мерзнет при температуре 25 градусов Цельсия. Почему?

4. Если зимой к замерзшему стеклу(покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше.
Почему?

В естественных условиях передача внутренней энергии тем теплообмена всегда происходит в строго определенном направлении: от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Когда же температуры тел становятся одинаковыми, наступает состояние теплового равновесия: тела обмениваются энергией в равных количествах.

Совокупность явлений, связанных с переходом тепловой энергии из одних частей пространства в другие, который обусловлен различием температур этих частей, называют в общем случае теплообменом. В природе существует несколько видов теплообмена. Существуют три способа передачи количества теплоты от одного тела к другому: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность.

Поместим в пламя спиртовки конец металлического стержня. К стержню на равных расстояниях друг от друга прикрепим с помощью воска несколько спичек. При нагревании одного конца стержня восковые шарики плавятся, и спички одна за другой падают. Это свидетельствует о том, что, внутренняя энергия передается от одного конца стержня к другому.

Рисунок 1 Демонстрация процесса теплопроводности

Выясним причину этого явления.

При нагревании конца стержня интенсивность движения частиц, из которых состоит металл, возрастает, их кинетическая энергия увеличивается. Вследствие хаотичности теплового движения они сталкиваются с более медленными частицами соседнего холодного слоя металла и передают им часть своей энергии. В результате этого внутренняя энергия передается от одного конца стержня к другому.

Передача внутренней энергии от одной части тела к другой в результате теплового движения его частиц называется теплопроводностью.

Конвекция

Передача внутренней энергии путем теплопроводности происходит главным образом в твердых телах. В жидких и газообразных телах передача внутренней энергии осуществляется и другими способами. Так, при нагревании воды плотность ее нижних, более горячих, слоев уменьшается, а верхние слои остаются холодными и плотность их не изменяется. Под действием сил тяжести более плотные холодные слои воды опускаются вниз, а нагретые поднимаются вверх: происходит механическое перемешивание холодных и нагретых слоев жидкости. Вся вода прогревается. Аналогичные процессы происходят и в газах.

Передача внутренней энергии вследствие механического перемешивания нагретых и холодных слоев жидкости или газа называется конвекцией.

Явление конвекции играет большую роль в природе и технике. Конвекционные потоки вызывают постоянное перемешивание воздуха в атмосфере, благодаря чему состав воздуха во всех местах Земли практически одинаков. Конвекционные течения обеспечивают непрерывное поступление свежих порций кислорода к пламени в процессах горения. Вследствие конвекции происходит выравнивание температуры воздуха в жилых помещениях при отоплении, а также воздушное охлаждение приборов при работе различной радиоэлектронной аппаратуры.

Рисунок 2 Обогрев и выравнивание температуры воздуха в жилых помещениях при отоплении вследствие конвекции

Излучение

Передача внутренней энергии может происходить и путем электромагнитного излучения. Это легко обнаружить на опыте. Включим в сеть электронагревательную печь. Она хорошо обогревает руку, когда мы подносим ее не только сверху, но и сбоку печи. Теплопроводность воздуха очень мала, а конвекционные потоки поднимаются вверх. В этом случае энергия от раскаленной электрическим током спирали в основном передается способом излучения.

Передача внутренней энергии путем излучения осуществляется не частицами вещества, а частицами электромагнитного поля - фотонами. Они не существуют внутри атомов «в готовом виде», подобно электронам или протонам. Фотоны возникают при переходе электронов из одного электронного слоя в другой, расположенный ближе к ядру, и при этом уносят с собой определенную порцию энергии. Достигая другого тела, фотоны поглощаются его атомами и целиком передают им свою энергию.

Передача внутренней энергии от одного тела к другому вследствие ее переноса частицами электромагнитного поля - фотонами, называется электромагнитным излучением. Любое тело, температура которого выше температуры окружающей среды, излучает свою внутреннюю энергию в окружающее пространство. Количество энергии, излучаемое телом в единицу времени, резко возрастает с повышением его температуры.

Рисунок 3 Опыт, иллюстрирующий передачу внутренней энергии горячего чайника через излучение

Рисунок 4 Излучение от Солнца

Явления переноса в термодинамически неравновесных системах. Теплопроводность

В термодинамически неравновесных системах возникают особые необратимые процессы, называемые явлениями переноса, в результате которых происходит пространственный перенос энергии, массы, количества движения. К явлениям переноса относятся теплопроводность (обусловлена переносом энергии), диффузия (обусловлена переносом массы) и внутреннее трение (обусловлено переносом количества движения). Для этих явлений перенос энергии, массы и количества движения всегда происходит в направлении, обратном их градиенту, т. е. система приближается к состоянию термодинамического равновесия.

Если в одной области газа средняя кинетическая энергия молекул больше, чем в другой, то с течением времени вследствие постоянных столкновений молекул происходит процесс выравнивания средних кинетических энергий молекул, т. е., иными словами, выравнивание температур.

Процесс передачи энергии в форме теплоты подчиняется закону теплопроводности Фурье: количество теплоты q, которое переносится за единицу времени через единицу площади, прямо пропорционально - градиенту температуры, равному скорости изменения температуры на единицу длины х в направлении нормали к этой площади:

, (1)

где λ - коэффициент теплопроводности или теплопроводность. Знак минус показывает, что при теплопроводности энергия переносится в сторону убывания температуры. Теплопроводность λ равна количеству теплоты, переносимой через единицу площади за единицу времени при температурном градиенте, равном единице.

Очевидно, что теплота Q, прошедшая посредством теплопроводности через площадь S за время t, пропорциональна площади S, времени t и градиенту температуры :

Можно показать, что

(2)

где с V - удельная теплоемкость газа при постоянном объеме (количество теплоты, необходимое для нагревания 1 кг газа на 1 К при постоянном объеме), ρ - плотность газа, <υ> - средняя арифметическая скорость теплового движения молекул, <l > - средняя длина свободного пробега.

Т.е. видно от каких причин зависит количество энергии, передаваемое путем теплопроводности, например, из комнаты через стенку на улицу. Очевидно, что из комнаты на улицу передается энергии тем больше, чем больше площадь стенки S, чем больше разность температур Δt в комнате и на улице, чем больше времени t происходит теплообмен между комнатой и улицей и чем меньше толщина стенки (толщина слоя вещества) d: ~.

Кроме того, количество энергии, передаваемое путем теплопроводности, зависит от материала, из которого изготовлена стенка. Различные вещества при одинаковых условиях передают путем теплопроводности разное количество энергии. Количество энергии, которое передается путем теплопроводности через каждую единицу площади слоя вещества за единицу времени при разности температур между его поверхностями в 1°С и при его толщине в 1 м (единицу длины), может служить мерой способности вещества передавать энергию путем теплопроводности. Эту величину называют коэффициентом теплопроводности. Чем больше коэффициент теплопроводности λ, тем больше энергии передается слоем вещества. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, несколько меньшей – жидкости. Наименьшей теплопроводностью обладает сухой воздух и шерсть. Этим и объясняются теплоизолирующие свойства одежды у человека, перьев у птицы и шерсти у животных.