Механизм конвекция: Объясните механизм конвекции. — Школьные Знания.com

Содержание

конвекция

Материально-техническое оснащение урока:

1.    
Комплект приборов для демонстрации конвекции в
жидкостях и газах: штатив, колба с водой, экран, перманганат
калия, настольная лампа, бумажная спираль.

2.    
Дидактический материал для контроля знаний
учащихся: лото  по теме «Тепловые явления», карточки —
задания для проверки навыков работы с величинами, заданными
в стандартном виде.

3.    
Дополнительная литература по теме «Проявления
конвекции в природе и технике».

4.    
Наглядные пособия.

План урока:

1.    
Оргмомент

2.    
Проверка домашнего задания.

3.     
Изучение нового материала.

4.    
Физическая минутка.

5.    
Закрепление.

6.    
Подведение итогов. Домашнее задание.

Ход урока:

1.    
Оргмомент.

Объявляются цель и план  урока .

2.    
Проверка домашнего задания:

Проверка ОУН 1-го ряда:

— учащиеся 1-го варианта заполняют физическое лото по теме «
Тепловые явления»,

-учащиеся 2-го варианта выполняют задания по записи значений
физических  величин в стандартном виде.

Монологический ответ по теме « Теплопроводность».

— учащиеся 2 и 3го ряда заслушивают ответ и проводят анализ
по плану: положительные и неудачные моменты ответа,
дополнения , оценка.

 Подведение итогов проверки домашнего задания.

3.    
Изучение нового материала:

Учитель: Цель этого этапа урока:
узнать новый вид теплопередачи, его механизм  и отличие
от теплопроводности, познакомиться с видами конвекции и
проявлениями ее в природе и технике.

 

Демонстрация опыта по конвекции в жидкостях. Наблюдение
циркуляции воды.

 

Учитель: Что мы наблюдаем?

Ученик: Мы видим, как струи подкрашенной жидкости
поднимаются вверх.

Учитель: Попробуем объяснить данное явление.

              
Что происходит  с энергией и скоростью частиц  у
дна сосуда?

Ученик: Так как сосуд у дна подогревают, то энергия  частиц у
дна сосуда увеличивается.

Учитель: Как это отражается на плотности жидкости? И к чему
это приводит?

Ученик: При увеличении скорости частиц плотность жидкости
уменьшается и на менее плотные слои жидкости начинает
действовать сила Архимеда, поэтому менее плотная жидкость
всплывает.

Учитель: Менее плотные слои жидкости всплывают и переносят с
собой энергию по всему объему жидкости.

Учитель: Мы с вами на опыте пронаблюдали проявление
конвекции в жидкостях. Сделайте полный вывод по увиденному
опыту и предложите возможные определения конвекции.

Учащиеся делают вывод

Учитель: Запишем определение конвекции в тетрадь:

 

Конвекция – вид теплопередачи, при котором энергия
переносится струями жидкости или газа.

 

Механизм конвекции:

 

Отличие от теплопроводности:

 

Виды конвекции:

 

Учитель: Пронаблюдаем опыт, демонстрирующий конвекцию в
газах.

 Демонстрация опыта по конвекции в газах.

 

 

4. Физическая минутка:

Разминка для глаз:

Посмотрели в окно, на верхушки деревьев.

Прочитали в тетради определение конвекции.

Посмотрели в окно, на последние этажи домов.

Прочитали в тетради механизм конвекции.

Встали, потянулись.

 

5.    
Закрепление.

Класс делится на 5 групп ( далее работа продолжается стоя).

Учащиеся работают в группах, рассматривая вопросы проявления
конвекции в природе и использование ее в технике.

Задания группам:

1 группе — Объяснить физику ночного и дневного бризов.

2 группе – Объяснить принцип действия водяного отопления.

3 группе – Объяснить механизм обогрева воздуха  в
комнате от батареи центрального отопления. 

4 группе – объяснить принцип действия охлаждения
автомобильного двигателя.

5 группе – объяснить на основе конвекционных потоков в
мантии Земли движение литосферных плит.

 

На подготовку ответа группе дается 5 минут.

После подготовки ребята рассаживаются по местам.

Заслушивается ответ каждой группы.

 

6.    
Подводится итого урока, объявляются оценки.

Домашнее задание: Учебник ПинскогоА.А.  п. 4.9, стр.
100, упр. 1,2,3

Механизмы теплопередачи и их применение

Теплообменное оборудование и отопительные приборы выполняют свои функции прежде всего благодаря физическому процессу – теплопередаче (иначе — теплообмену): тело с более высокой температурой передает тепло телу с температурой ниже, пока не наступит относительное термодинамическое равновесие. При этом среды разделены либо твердой стенкой, либо другой поверхностью. Относительное термодинамическое равновесие предполагает, что в итоге величины вроде температуры будут примерно равняться друг другу.

Деятельность различных типов теплообменников и отопительных приборов основывается на разных физических процессах – в зависимости от механизмов теплопередачи:

  • На теплопроводности
  • На конвекции
  • На тепловом излучении.

Теплопроводность и теплообменное оборудование

Процесс теплопроводности характеризуется способностью тел переносить энергию с помощью движущихся частиц. К таким частицам относятся молекулы, атомы, электроны и другие. Теплопроводность выше в твердых телах и меньше – в газообразных, это известно еще из школьного курса: молекулы в газах находятся дальше друг от друга, поэтому заявленный вид теплопередачи происходит медленнее. Интенсивность теплообмена связана с коэффициентом теплопередачи.

Кожухотрубные, спиральные, пластинчато-ребристые, секционные и другие теплообменники осуществляют обогрев за счёт теплопроводности. В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделяются стенкой, в регенеративных происходит поочередное взаимодействие горячего и холодного теплоносителя с определенной поверхностью.

Конвекция и отопительные приборы

При таком виде теплопередачи, как конвекция, внутренняя энергия передается потоком или струйно.

Конвекция бывает двух видов:

  • вынужденная — при содействии внешних сил; инструментами могут выступать вентилятор, насос, смешивающий прибор.
  • естественная — при нагреве происходит перемещение слоев воздуха.

Действие конвектора как отопительного прибора основано на этом механизме теплопередачи. Благодаря естественной термогравитационной конвекции нагретый воздух поднимается выше, а на его место приходит менее теплый, который находился наверху — так постепенно нагревается помещение.

Естественная конвекция ответственна за многие природные явления — в том числе за образование облаков. Искусственная конвекция влияет на работу сухих градирен — драйкулеров, которые осуществляют свою работу с помощью вентиляторов.

Тепловое излучение

Веществу свойственно излучать электромагнитные волны. Тепловое излучение как механизм теплопередачи основывается как раз на электромагнитном излучении, появляющимся из-за внутренней энергии, которым обладает тело. Чем выше температура вещества, тем выше излучение. Другие тела могут улавливать излучение или же отбрасывать его. Известно, что темные предметы легче поглощает излучение. Светлым предметам свойственно отражать излучение. Так, к примеру, тепловым излучением обладает металл в нагретом состоянии.

Многие искусственные источники освещения работают за счёт теплового излучения — в том числе лампы накаливания. В обогреве помещений также применяется механизм излучения — широко применяются инфракрасные обогреватели, излучателями служат галогенные, кварцевые, а также карбоновые лампы. Особенностью ИК-обогревателя является последовательность нагрева: при его действии сначала нагреваются предметы (например, мебель) и только потом от предметов нагревается воздух.

При обогреве помещения обычно ориентируются на конвекцию и теплопроводность, потому что использования теплового излучения дорого обходится. Чтобы оценить эффективность обогрева помещения, учитывайте распределение температуры воздуха относительно высоты самого помещения — итогом должно стать более-менее равномерное распределение, чтобы теплый воздух не концентрировался у потолка, а пол не был холодным. Необходимо обратить внимание не только на процесс теплообмена оборудования, но и на теплопотери.

теория тепла, полезно знать

05.09.2017, 4389 просмотров.

Механизм — конвекция — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Механизм — конвекция

Cтраница 1

Механизм конвекции состоит в том, что газ, окружающий дугу и находящийся обычно в относительном движении к дуговому столбу, нагревается и уносит с собой тепловую энергию. Конвекционный вынос тепла усиливается еще за счет диссоциации газа. Например, известно, что такие газы, как водород, обладают высокой активностью в отношении гашения дуг. Эти газы не случайно обладают высокими дугогасящими свойствами, так как они имеют низкую энергию диссоциации, а следовательно, способность активно охлаждать дуговой столб до более низких уровней температуры, чем азот. К тому же водород имеет еще и значительно более высокую теплопроводность. Но для полной деионизации и восстановления электрической прочности промежутка необходимо обеспечить условия для ликвидации оставшихся ионизированных частичек в дуговом столбе.
 [1]

При использовании механизма конвекции в естественном или принудительном режиме главным требованием к конструкции ГИМ является большая теплоотдающая поверхность при ограниченном аэро — или гидродинамическом сопротивлении по отношению к омывающему ее потоку теплоносителя. Это требование заставляет в настоящее время отказываться от широко распространенных пластинчатых радиаторов, которые характеризуются значительным аэродинамическим сопротивлением из-за наличия протяженных щелей между пластинами радиатора и, кроме того, из-за сильной зависимости свойств ( теплоотдачи и аэродинамического сопротивления) от ориентации радиатора относительно направления движения теплоносителя.
 [2]

При объяснении механизма конвекции веществ учтем, что поле деформаций в каждом первичном блоке в начальный период характеризуется кривой MoMaMs ( рис. 83), имеющей форму мульды опускания. При переходе от центральной зоны к периферийной, на границе 02С, резко возрастает относительная деформация среды, что является причиной образования вторичной зоны стока CAiOiA iC ( см. рис. 82), в которой линия ОчС служит осью симметрии.
 [3]

Необходимо рассмотреть и случай противодействия механизмов конвекции.
 [4]

Рассматривали только однонаправленное или противоположное действие механизмов конвекции при отсутствии отрыва пограничного слоя. Ниже будут суммированы результаты аналитических исследований, проведенных при граничных условиях постоянной температуры стенки или постоянной плотности теплового потока на поверхности.
 [6]

Данная закономерность проявляет себя как внутреннее свойство механизма конвекции. Обнаружение этого эффекта в рамках двумерной модели может показаться удивительным. Как уже отмечалось, Липпс и Сомервилл [204] в своих численных экспериментах нашли, что лишь трехмерные расчеты могут воспроизвести увеличение ширины валов с ростом числа Рэлея, тогда как в двумерных расчетах эта ширина скорее показывает тенденцию к уменьшению. На этом основании названные авторы предположили, что к двумерному стационарному режиму конвекция приходит через существенно трехмерный переходный процесс, который влияет на окончательное волновое число. Изложенные здесь представления позволяют дать иное толкование наблюдению Липпса и Сомервилла.
 [7]

В реальном разряде наряду с рассмотренным здесь механизмом конвекции могут присутствовать другие, в частности, обусловленные неустойчивостью плазмы с конечной проводимостью. Поэтому для полного выяснения динамики плазмы в турбулентном разряде требуются еще дополнительные исследования, прежде всего экспериментальные.
 [8]

В данной задаче особый интерес представляют результаты исследования механизма конвекции веществ в реакторе, в центре которого находится полюс гравитационного погружения веществ повышенной плотности, аналогичный полюсу выпуска сыпучего материала из цилиндрического аппарата.
 [9]

Величина Gr / Re изменяется от 0 до 100 при однонаправленном действии механизмов конвекции и от 0 до — 2 5 — при противоположном их действии.
 [11]

Грасгофа, рассчитанного по диаметру сферы D, соответствуют однонаправленности или противодействию механизмов конвекции.
 [13]

Величина Gr / Rel изменяется от 0 до 100 при однонаправленном действии механизмов конвекции и от 0 до — 2 5-г-при противоположном их действии.
 [15]

Страницы:  

   1

   2

   3

   4




«В чем заключается механизм теплопередачи?» – Яндекс.Кью

Теплопередача (теплообмен) заключается в том, что тело с более высокой температурой передает тепло телу с температурой ниже, пока не наступит относительное термодинамическое равновесие. При этом среды разделены либо твердой стенкой, либо другой поверхностью. Относительное термодинамическое равновесие предполагает, что в итоге величины вроде температуры будут примерно равняться друг другу.

Деятельность различных видом теплообменников основывается на разных физических процессах – в зависимости от механизмов теплопередачи:

  • На теплопроводности
  • На конвекции
  • На тепловом излучении.


Теплопроводность

Процесс теплопроводности характеризуется способностью тел переносить энергию с помощью движущихся частиц. К таким частицам относятся молекулы, атомы, электроны и другие. Теплопроводность выше в твердых телах и меньше – в газообразных, это известно еще из школьного курса: молекулы в газах находятся дальше друг от друга, поэтому заявленный вид теплопередачи происходит медленнее. Интенсивность теплообмена связана с коэффициентом теплопередачи.

Кожухотрубные, спиральные, пластинчато-ребристые, секционные и другие теплообменники осуществляют обогрев за счёт теплопроводности.В рекуперативных теплообменниках теплоносители разделяются стенкой, в регенеративных происходит поочередное взаимодействие горячего и холодного теплоносителя с определенной поверхностью.

Конвекция

При конвекции внутренняя энергия передается потоком или струйно.
Конвекция бывает двух видов:

  • вынужденная — при содействии внешних сил; инструментами могут выступать вентилятор, насос, смешивающий прибор.
  • естественная — при нагреве происходит перемещение слоев воздуха.


Действие конвектора как отопительного прибора основано на этом механизме теплопередачи. Благодаря естественной термогравитационной конвекции нагретый воздух поднимается выше, а на его место приходит менее теплый, который находился наверху — так постепенно нагревается помещение.

Естественная конвекция ответственна за многие природные явления — в том числе за образование облаков. Искусственная конвекция влияет на работу сухих градирен — драйкулеров, которые осуществляют свою работу с помощью вентиляторов.

Тепловое излучение

Веществу свойственно излучать электромагнитные волны. Тепловое излучение как механизм теплопередачи основывается как раз на электромагнитном излучении, появляющимся из-за внутренней энергии, которым обладает тело. Чем выше температура вещества, тем выше излучение. Другие тела могут улавливать излучение или же отбрасывать его. Известно, что темные предметы легче поглощает излучение. Светлым предметам свойственно отражать излучение. Так, к примеру, тепловым излучением обладает металл в нагретом состоянии.

Многие искусственные источники освещения работают за счёт теплового излучения — в том числе лампы накаливания. В обогреве помещений также применяется механизм излучения — широко применяются инфракрасные обогреватели, излучателями служат галогенные, кварцевые, а также карбоновые лампы. Особенностью ИК-обогревателя является последовательность нагрева: при его действии сначала нагреваются предметы (например, мебель) и только потом от предметов нагревается воздух.

Урок 02. теплопроводность. конвекция. излучение — Физика — 8 класс

Конспект объясняющего модуля

Цели урока:

– познакомить с тремя способами теплопередачи, сформировать представление о механизмах и особенностях передачи энергии путём теплопроводности, конвекции и излучения;

– научить наблюдать, описывать и объяснять физические явления на основе представлений об изменении внутренней энергии при теплопередаче.

Планируемые результаты обучения учащегося:

– даёт определения теплопроводности, конвекции и излучения, приводит примеры передачи энергии перечисленными способами;

– демонстрирует знание механизмов и особенностей передачи энергии путём теплопроводности, конвекции и излучения;

– сравнивает значения теплопроводности различных веществ;

– приводит примеры и объясняет физические явления на основе полученных знаний о различных способах теплопередачи.

В окружающем нас мире происходят различные физические явления, некоторые из них связаны с изменением внутренней энергии тел.

Внутреннюю энергию можно изменить за счет совершения механической работы и теплопередачи.

Рассмотрим способ изменения внутренней энергии тела путем теплопередачи. Введем определение. Теплопередача – это процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

У теплопередачи есть три разновидности: теплопроводность, конвекция, излучение.
Каждый вид теплопередачи имеет свои особенности, присущие только ему.
Рассмотрим первый вид- теплопроводность.

Теплопроводность – это явление, при котором энергия передаётся от одной части тела к другой посредством движения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Разные тела обладают разной теплопроводностью, так как молекулярное строение и скорость движения молекул в разных веществах разная.

У металлов самая высокая (хорошая) теплопроводность, у жидкостей меньше, а у газов самая маленькая ( плохая) теплопроводность.

Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества и если нет частиц, то нет теплопроводности. Следующий вид теплопередачи- конвекция.

Конвекция – это явление переноса энергии слоями жидкостей или газов.

Конвекция , что следует из определения, может быть только при наличии вещества, а конкретно — жидкости или газа, если же вещества нет, то и не имеет смысла говорить о явлении конвекции.
Конвекцией, например, объясняются бризы — ночные и дневные ветры, возникающие на берегах морей и больших озер.

В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой. При этом воздух над сушей расширяется, после чего его давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате холодный воздух понизу с моря (где давление больше) перемещается к берегу (где давление меньше) -дует ветер. Это и есть дневной (или морской) бриз.

Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Теперь более высокое давление оказывается над сушей, и потому воздух начинает перемещаться от берега к морю. Это ночной (или береговой) бриз.

Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

Естественная конвекция происходит сама по себе без внешнего воздействия.

В вынужденной перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Рассмотрим еще один вид теплопередачи- излучение, который может осуществляться в вакууме.

Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн.

У излучения есть свои особенности- темные тела быстрее поглощают и излучают энергию, у светлых поглощение и испускание энергии происходит гораздо медленнее.

Кроме того, все нагретые тела, по сравнению с температурой окружающего пространства, испускают энергию. Чем сильнее нагрето тело, тем больше энергии оно испускает.

Это можно увидеть с помощью термоскопа.

Отопление дома


«Зачем отапливать весь дом, когда можно спать в пуховике?» (китайская мудрость).


Современная концепция отопления подразумевает, что для того чтобы согреть человека, надо прежде всего согреть воздух в котором он находится. Для этого существует три механизма: тепловое (инфракрасное) излучение от нагретой поверхности, конвекция и, наконец, непосредственная передача тепла от более нагретого тела к менее нагретому. При использовании любого устройства отопления, действуют все три механизма, но с разным долевым участием. Рассмотрим эти механизмы по отдельности.


Излучательная передача тепла происходит от любого нагретого тела, и чем сильнее оно нагрето, тем сильнее тепловое излучение. В качестве примера устройств, в которых преобладает этот механизм обогрева можно привести, прежде всего, СОЛНЦЕ, ИК-обогреватели (с отражателями), открытый огонь, поверхность разогретой металлической печи(хотя здесь в сравнимой пропорции действует и 2-й механизм). Это излучение воспринимается нашим телом как тепло. Попадая  на другие предметы, это излучение также нагревает их, а от этих нагретых тел в результате вторичных процессов уже нагревается воздух, соприкасающийся с ним. И здесь вступает в дело:


Второй механизм — Конвекция, который подразумевает, что нагретый воздух, будучи менее плотным (или более легким) поднимается вверх, а охлажденный опускается вниз, причем понятия нагретый и охлажденный являются относительными по отношению друг к другу. В результате этого процесса происходит активное перемешивание нагретых и охлажденных слоев воздуха друг с другом, при соприкосновении которых в игру вступает:


Третий механизм – Передача тепла от более теплого более холодному воздуху (или предмету) при непосредственном соприкосновении, что приводит к уменьшению разницы температур между ними, а попросту, если процесс происходит в замкнутом объеме, т. е. в помещении, – к выравниванию температуры при более высоком её значении. А это и есть нагрев воздуха.


Рассмотрим основные примеры.


Если на улице светит солнце(излучение), то человек будет чувствовать себя комфортно, даже если вокруг него холодный воздух. Можно чувствовать, что вам тепло, даже сняв верхнюю одежду зимой при 20 градусном морозе, если светит яркое солнце и отсутствует ветер. Или всем известные ИК-обогреватели (как и ИК-сауна). Это действие 1-го механизма – ИЗЛУЧЕНИЯ. Он нагревает непосредственно тело человека.


(Кстати, в некоторых странах чиновники всерьез говорят о смене концепции. Вместо обогрева воздуха предлагается греть самого человека. А это, как мы знаем, возможно лишь при использовании излучательного механизма обогрева, а попросту с помощью инфракрасных обогревателей(излучателей)).


Теплые полы, нагретые до комфортной температуры +25..+30 С, позволяют эффективно отапливать помещение, хотя это вам не +60..+90 С в батареях, и не +300 С разогретой поверхности чугунной печи. Как могут едва теплые полы соперничать в отоплении с остальными двумя вариантами? Парадокс? Оказывается, все не так уж сложно. Обычно, в помещении более холодный воздух (как более плотный) находится внизу и нашим ногам – холодно, а теплый воздух находится вверху (менее плотный) и голове «слишком» тепло. Для ощущения комфорта должно быть — как раз наоборот: ноги в тепле, а голова в прохладе. Теплые полы очень хорошо решают эту задачу. Поверхность имеет физиологически комфортную температуру +25..+30 С, при соприкосновении с которой наши ноги  — «в полном восторге» (передача тепла при прямом контакте –третий механизм). Далее, самый теплый воздух находится внизу у пола (ноги в тепле) и поднимаясь наверх в соответствии с механизмом конвекции, он остывает, отдавая тепло более холодным слоям(голова в прохладе). Таким образом, такой вид отопления является почти идеальным с физиологической точки зрения, поскольку действует в противовес естественному механизму распределения слоев прохладного и теплого воздуха, выравнивая температуру по всему объему помещения и высоте. И, конечно, более экономичным, т.к. поверхность «приходится» разогревать лишь до скромной температуры +25..+30 С.


Отопление при помощи водяных радиаторов-батарей менее эффективно, чем при помощи теплых полов. Основной механизм передачи тепла воздуху помещения – это конвекция. Холодный воздух снизу увлекается вверх восходящими потоками воздуха, нагретыми от контакта с поверхностью батареи. Это обеспечивает вовлечение в процесс разогрева и перемешивания нижние, наиболее холодные, слои воздуха, приводя к удовлетворительному выравниванию температуры воздуха в помещении по объему и высоте. Но нижний слой воздуха у пола всегда самый холодный, и это не дает полного ощущения комфорта, т.к. ноги все же в холоде. Ну и понятно, что это менее экономичный способ отопления, т.к. для обеспечения хороших восходящих потоков теплого воздуха приходиться греть поверхность батарей, а значит и воды в них до +60..+70 С, а это более затратно!


Рассмотрим отопление при помощи Воздушного Теплового Насоса (ВТН). Оно может быть реализовано двумя способами: Первый — греем воду, чтобы запустить в традиционные батареи или теплые полы. Второй- греем непосредственно воздух в помещении. Соответственно, такие тепловые насосы называются воздух-вода и воздух-воздух.


Воздушный Тепловой Насос воздух-вода позволяют не только обеспечить использование традиционных батарей и теплых полов, но и горячее водоснабжение дома (ГВС). Тепловой насос здесь играет роль котла, но в отличие от настоящих котлов здесь ничего не горит, не поджигается и уже поэтому эта система абсолютно безопасна. Еще одно отличие, очень существенное, заключается в том, что максимальная температура, до которой тепловой насос воздух-вода может нагреть воду, составляет не более +60..+65 С. Но наиболее экономичный и энергетически выгодный диапазон – это +40..+45 С. Далее, с повышением температуры нагрева воды COP падает.  Коэффициент COP (Coefficient Of Performance) показывает во сколько раз больше тепловой энергии можно получить по отношению к затраченной электроэнергии. В наших широтах он колеблется от 2-х до 5-ти, в зависимости от наружной температуры. То есть на 1 кВт затраченной электроэнергии воздушный тепловой насос вырабатывает от 2-х до 5-ти кВт тепла. А поскольку, температура нагретой воды в системе отопления составляет +40..+45 С, то для её использования лучше всего подходят теплые полы. Если же вы предпочли бы отапливать дом при помощи традиционных батарей, то для эффективного обогрева придется в 3 раза увеличить их количество, по сравнению с обычным случаем, когда используется температура воды(теплоносителя) +60..+90 С.


Воздушный Тепловой Насос  воздух-воздух сразу согревает воздух, минуя промежуточный этап обычных систем — подогрев воды. Отобранное у наружного воздуха и трансформированное тепло, с помощью фреона передается на теплообменник внутреннего блока, из которого выходит теплый воздух с температурой от +20 С до + 45 С. Теплый воздух подается по направлению к низу. За счет инерции потока он достигает пола, прогревает его, затем в результате конвекции поднимается вверх, активно перемешиваясь с более холодными слоями воздуха, заполняет помещения, прогревая тепловой контур (стены, потолки и внутренние перегородки). Температура воздуха по всему объему помещения, так же как и температура поверхностей стен и потолков, постепенно выравниваются. Так работает воздушное отопление. Когда воздух и тепловой контур прогреются, тепловой насос воздух-воздух начинает работать более экономично, в режиме поддержания температуры, и тратя тепловую энергию только на компенсацию потерь тепла через наружный контур (стены, потолки, пол, окна).


Из всего вышесказанного следует один важный вывод. Так как для отопления с помощью теплового насоса используются не очень горячие температуры подачи теплоносителя (фреона и воды), то такое тепло наиболее комфортно и экологично для человека. Оно не сушит воздух и кожу. Распределение температуры ноги-голова – комфортно для человека. Но здесь также и напрашивается важное ограничение для использования. Такой вид отопления наиболее эффективен в домах со средним и хорошим утеплением (теплопотери не более 100 Вт/м2). В среднем, за отопительный сезон на каждый кВт затраченной электроэнергии воздушный тепловой насос выдает около 3-х кВт тепла, то есть SCOP (сезонный коэффициент) равен трем. В домах с плохой теплоизоляцией для компенсации больших теплопотерь тепловой насос, стремясь поддерживать заданную температуру (скажем +20 С), будет вынужден сильно увеличивать температуру теплоносителя (на что компрессор будет тратить больше электроэнергии), в результате чего эффективность работы теплового насоса COP будет падать. И хотя в любом случае он будет больше единицы, ваш энергетический выигрыш станет меньше. Современный воздушные тепловые насосы стабильно работают при -25 С и даже -30 С, обеспечивая даже при таких температурах COP равный от 1,4 до 2,1, в зависимости от модели и производителя.


 


Подробнее Об Устройстве и Принципе Работы Теплового Насоса


 


Заказать бесплатный звонок специалиста

Конвекция и радиация при достижении теплового комфорта

Опубликовано: 30 июля 2019 г.

1897

Виталий Сасин, к.т.н., член президиума НП «АВОК», председатель экспертного совета ассоциации «АПРО»

Из трех известных механизмов передачи теплоты от тела более теплого более холодному (теплопроводность, конвекция и излучение (радиация)) в процессе теплоотдачи отопительных приборов конвекция и радиация играют наиболее заметную роль при формировании теплового комфорта в отапливаемом помещении.

Основной способ передачи теплоты – конвективный. Когда молекулы воздуха, контактируя с молекулами нагретого тела, поглощают часть энергии, начинают двигаться быстрее, воздух нагревается и становится менее плотным, его потоки поднимаются, вытесняясь более холодными, и уносят с собой тепло. Остывая – отдавая часть своего тепла окружающим предметам – воздух опять уплотняется и снова опускается вниз, вытесняя менее плотные теплые массы воздуха – формируются конвективные потоки, которые «разносят» тепло по обогреваемому помещению.

При радиации (этот механизм также называют передачей тепла с помощью лучистой энергии или лучистым обогревом) энергия переносится с объекта на объект посредством электромагнитного излучения с длиной волны (λ) от 0,7 до 400 мкм – инфракрасная часть спектра. При поглощении электромагнитных волн с длиной волны из инфракрасной части спектра каким-либо телом (облучаемым объектом) происходит возбуждение молекул вещества, ускорение движения этих молекул и генерация тепловой энергии. Так, в частности, передается на Землю тепло Солнца, таким же образом мы греемся у костра или камина и, более того, таким способом мы воспринимаем часть тепла от любых предметов и сами отдаем его.

Любой традиционный отопительный прибор отдает тепло в обогреваемое помещение обоими упомянутыми способами. Однако соотношение долей указанных природных механизмов в передаче тепловой энергии окружающей среде и предметам для разных отопительных приборов будет различно. Это соотношение и послужило когда-то основой для их деления на радиаторы и конвекторы. В соответствии с преобладающим способом теплоотдачи отопительные приборы делились на следующие виды:

— радиационные, передающие излучением не менее 50% всего вырабатываемого теплового потока (обычно потолочные отопительные панели и излучатели),

— конвективно-радиационные, передающие конвекцией 50%-75% общего теплового потока (радиаторы секционные и панельные, гладкотрубные приборы, напольные отопительные панели),

— конвективные, передающие конвекцией не менее 75% общего теплового потока (конвекторы и ребристые трубы).

Радиаторы и (или) конвекторы

В быту – как в многоквартирных, так и в частных домах, коттеджах – наибольшее распространение в системах водяного отопления получили отопительные приборы, устанавливающиеся, как правило, под окнами. По упомянутой выше классификации они относятся к «конвекционно-радиационным», но принято называть их просто радиаторами и только некоторые – конвекторами. Однако, если основывать деление отопительных приборов на радиаторы и конвекторы в зависимости от того, какая составляющая, лучистая или конвекционная, преобладает в общей теплоотдаче с прибора, то все типовые отопительные приборы, которые устанавливаются под подоконником (рис. 1) надо считать конвекторами.

Рис. 1 Секционный радиатор, установленный под окном

Даже для однорядного стального панельного радиатора без оребрения (тип 10) доля лучистого тепла составляет в общей теплоотдаче около 45 % (рис. 2, 3).

Рис. 2 Типы стальных панельных радиаторов

Рис. 3 Стальной панельный радиатор – тип 10

Во всех остальных радиаторах оребрение играет главную роль в теплоотдаче, как за счет увеличения площади, так и за счет формирования конвекционных каналов. При этом оребрение само себя экранирует, препятствуя распространению тепла лучистым способом (рис. 4). Поэтому и доля конвективной отдачи с любого отопительного прибора оказывается больше.

Рис. 4 Оребрение стального панельного радиатора

Конвекторами в классификации старых ГОСТО-в, как приводится выше, было принято считать приборы, доля лучистой составляющей в теплоотдаче которых не превышает 25 %. В то же время такие модели приборов, за которыми укоренилось название стальных панельных радиаторов, например, тип 22 или тип 33 не дают и 20 % лучистой энергии в общей теплоотдаче (рис. 5, 6).

Рис. 5 Стальной панельный радиатор тип 22

Рис. 6 Стальной панельный радиатор тип 33

Во избежание несуразицы, в современной редакции ГОСТов под радиатором следует понимать: «Отопительный прибор, отдающий теплоту путем конвекции и радиации», а под конвектором (рис. 7): «Отопительный прибор, отдающий теплоту преимущественно за счет свободной конвекции. Конвектор, как правило, состоит из нагревательного элемента и кожуха, образующего необогреваемый канал для естественной конвекции» (ГОСТ 31311-2005. Приборы отопительные. Общие технические условия, статьи 3.2 и 3.3 соответственно).

Рис. 7 Напольный конвектор

Понятия радиатор и конвектор используются также в действующем пока ГОСТе 53583-2009 «Приборы отопительные. Методы испытаний». Прежде всего, это оправдано тем, что в данном нормативном документе учитывается влияние атмосферного давления на конвективную составляющую теплоотдачи и приводится соответствующий график (рис. 8) для поправки (fB) к расчету фактического значения теплового потока прибора (Q), Вт, которое при испытаниях определяют по формуле (ГОСТ 53583-2009, статья 7.3):

Q = Qизм [S + (1- S)fB],

где:

Qизм – тепловой поток испытуемого отопительного прибора,

S – доля теплоотдачи излучением, определяемая согласно ГОСТ-у по приводящейся там таблице.

 Атмосферное давление влияет на конвективную составляющую теплоотдачи отопительного прибора, так как при этом способе отдачи теплоты основную роль играет формирование теплых воздушных потоков, а если прибор имеет существенную долю лучистой энергии в теплоотдаче, то атмосферное давление на его общей теплоотдаче сказывается меньше. В целом же изменения атмосферного давления в природных условиях оказывает влияние на значение теплоотдачи прибора обычно в пределах 2-3%.

Рис. 8 График для поправки на атмосферное давление к расчету теплового потока

Конвекция и радиация в температурном комфорте

Наиболее комплексно состояние теплового комфорта человека определяется в микроклимате помещения с помощью эквивалентно-эффективной температуры (ЭЭТ) и результирующей температуры (РТ). ЭЭТ – условно-числовая величина субъективного ощущения человека при разных соотношениях температуры, влажности, скорости движения воздуха, а РТ – и радиационной температуры. Этот параметр используется при наличии источников теплового излучения и рассчитывается, в общем случае, с помощью таблиц или номограмм по показателям сухого и радиационного термометров.

Согласно ГОСТу 30494-96 «Здания жилые и общественные параметры микроклимата в помещениях» результирующая температура при скорости движения воздуха до 0,2 м/с равна полусумме температур воздуха в помещении и средней радиационной. При скорости же 0,2–0,6 м/с она рассчитывается по формуле:

PT = 0,6 tp + 0,4 tr,

где tp и tr – соответственно температуры воздуха в помещении и средняя радиационная. Для получения последней используются показатели шарового термометра или температуры внутренних поверхностей ограждений и отопительных приборов:

tr = Σ(Ai · ti)/ΣAi ,

где Ai – площадь внутренней поверхности ограждений и отопительных приборов, ti – их температуры, ˚С.

 На степень комфортности внутреннего климата значительно влияют также тепловая радиационная асимметрия, температура поверхности пола, температурный градиент по вертикали.

По своей природе инфракрасное излучение более эффективный способ передачи тепла от его источника к окружающим предметам и именно потому, что при этом не нагревается воздух, выступающий при конвекции как промежуточный теплоноситель, доставляющий тепло к месту его потребления. При транспортировке происходят основные потери тепла. Под воздействием же инфракрасного излучения непосредственно нагревается поверхность пола, облучаемые площади стен, поверхность человеческого тела, окружающие предметы. Практически вся излученная энергия переходит в тепло обогреваемого предмета без теплопотерь, и уже впоследствии от нагретых поверхностей предметов нагревается воздух в помещении.

Кроме того, для передачи тепла лучистой энергией свойственен эффект дополнительного обогрева — находящийся под воздействием инфракрасного излучения человек ощущает температуру примерно на 3-4 градуса выше, чем реальная температура воздуха в помещении.

Однако при формировании теплового комфорта в помещении, которое обогревается прибором водяного отопления, размещенном под подоконником, наблюдается такой парадокс, что именно конвекторы оказываются более эффективны и, в том числе, за счет вклада радиационной составляющей в общий баланс для достижения температуры комфорта.

Прежде всего, условный конвектор, установленный под подоконником, создает более мощный конвекционный поток теплого воздуха, чем установленный там же условный радиатор. В результате, этот поток лучше защищает от холода, поступающего внутрь помещения от окна. Поток теплого воздуха от конвектора на 1-2 ºС лучше прогревает поверхность оконного стекла, чем поток от радиатора. А эти 2 градуса очень хорошо чувствуются, если люди сидят около окна и разница между температурами 16 ºС и 18 ºС очень заметна.

Более того, конвекторы создают большую подвижность воздуха в помещении, теплый воздух скапливается в верхней части помещения и перегревают потолок тоже на 2-3 ºС. Казалось бы, это мелочи, и такая небольшая разница перегрева не будет заметна при формировании теплового комфорта в отапливаемом помещении, но потолок обладает большой площадью и поэтому «лишние» 2-3 градуса тепла со всей его поверхности оказываются совсем не лишними и очень заметными. Причем отдается это тепло с поверхности потолка в основном уже лучистым способом. То есть улучшается радиационная составляющая.

Эффективны в повышении вклада радиационной составляющей в общий баланс температурного комфорта оказываются и плинтусные (парапетные) конвекторы, которые размещаются при отоплении больших помещений по периметру стен, особенно при сочетании с вентиляторными конвекторами, устанавливаемыми под окнами. При их работе не только перегревается потолок, но и формирующиеся у поверхности стен конвекционные потоки прогревают и сами стены. Опять на те же 2-3 °С, но в этом случае и стены начинают вносить больший вклад в радиационную составляющую общего теплового комфорта. Таким образом получается, что как бы теплопотери с промежуточного теплоносителя (воздуха) работают на более эффективное достижение комфортной температуры.  

Статья из журнала «Аква-Терм»  № 4/2019,  рубрика»Отопление и ГВС»

вернуться назад

Читайте также:

Механизм конвекции — Характеристики

Конвекция происходит посредством адвекции, диффузии или того и другого. Передача тепла за счет теплопроводности зависит от движущей «силы» разницы температур.

Проводимость и конвекция похожи в том, что оба механизма требуют наличия материальной среды (по сравнению с тепловым излучением). С другой стороны, они отличаются тем, что конвекция требует наличия движения жидкости.

В теплопроводности энергия передается в виде тепла либо за счет миграции свободных электронов , либо за счет волн колебаний решетки (фононов). Нет движения массы в направлении потока энергии. Передача тепла за счет теплопроводности зависит от движущей «силы» разности температур. Проводимость и конвекция похожи в том, что оба механизма требуют наличия материальной среды (по сравнению с тепловым излучением). С другой стороны, они отличаются тем, что конвекция требует наличия движения жидкости.

Следует подчеркнуть , на поверхности поток энергии происходит исключительно за счет проводимости, — даже за счет проводимости. Это связано с тем, что на теплопередающей поверхности всегда имеется тонкий застойный слой пленки жидкости . Но в следующих слоях происходит и проводимость, и диффузионно-массовое движение на молекулярном или макроскопическом уровне. Из-за движения массы скорость передачи энергии выше. Чем выше скорость движения массы, тем тоньше будет слой застойной пленки жидкости и выше будет скорость теплового потока.

Следует отметить, что пузырьковое кипение на поверхности эффективно разрушает этот застойный слой и, следовательно, пузырьковое кипение значительно увеличивает способность поверхности передавать тепловую энергию объемной жидкости.

Как было написано, теплопередача через жидкость происходит за счет конвекции при наличии движения массы и за счет теплопроводности при ее отсутствии. Следовательно, теплопроводность в жидкости можно рассматривать как предельный случай конвекции, соответствующий случаю покоящейся жидкости.

Конвекция как проводимость с движением жидкости

Некоторые эксперты не считают конвекцию фундаментальным механизмом теплопередачи, поскольку это, по сути, теплопроводность при наличии движения жидкости.Они считают, что это особый случай теплопроводности , известный как «теплопроводность с движением жидкости ». С другой стороны, на практике признать конвекцию отдельным механизмом теплопередачи, несмотря на веские аргументы об обратном.

Граничный слой скорости

В общем, когда жидкость течет по стационарной поверхности , например плоская плита, русло реки или стенка трубы, жидкость, соприкасающаяся с поверхностью, доводится до покоя за счет напряжения сдвига на стене.Область, в которой поток регулируется от нулевой скорости у стенки до максимальной в основном потоке потока, называется пограничным слоем . Концепция пограничных слоев важна во всей динамике вязкой жидкости, а также в теории теплопередачи.

Основные характеристики всех ламинарных и турбулентных пограничных слоев показаны в развивающемся потоке над плоской пластиной. Этапы формирования пограничного слоя показаны на рисунке ниже:

Граничные слои могут быть ламинарными или турбулентными в зависимости от значения числа Рейнольдса .

См. Также: Граничный слой

Термический пограничный слой

Точно так же, как пограничный слой скорости развивается, когда есть поток жидкости над поверхностью, термический пограничный слой должен развиваться, если объемная температура и температура поверхности различаются. Рассмотрим обтекание плоской изотермической пластины при постоянной температуре T стенка . На передней кромке температурный профиль однороден с T навалом . Частицы жидкости, которые контактируют с пластиной, достигают теплового равновесия при температуре поверхности пластины. В этот момент поток энергии происходит на поверхности исключительно за счет проводимости . Эти частицы обмениваются энергией с частицами в прилегающем слое жидкости (посредством проводимости и диффузии), и в жидкости возникают градиенты температуры. Область жидкости, в которой существуют эти градиенты температуры, — это термический пограничный слой . Его толщина , δ t , как правило, определяется как расстояние от тела, на котором температура составляет 99% от температуры невязкого раствора.По мере удаления от передней кромки эффекты теплопередачи все глубже проникают в поток и тепловой пограничный слой нарастает.

Отношение этих двух толщин (скоростной и термический пограничные слои) определяется числом Прандтля, которое определяется как отношение к коэффициенту диффузии по импульсу к коэффициенту температуропроводности . Число Прандтля, равное единице, означает, что импульс и коэффициент температуропроводности сравнимы, а пограничные слои скорости и тепла почти совпадают. Если число Прандтля меньше 1, что имеет место для воздуха при стандартных условиях, тепловой пограничный слой толще, чем скоростной пограничный слой. Если число Прандтля больше 1, тепловой пограничный слой тоньше, чем скоростной пограничный слой. Воздух при комнатной температуре имеет число Прандтля , равное 0,71 , а для воды при 18 ° C — около 7,56 , что означает, что коэффициент температуропроводности более доминирующий для воздуха, чем для воды.

Аналогично Число Прандтля , Число Льюиса физически связывает относительную толщину теплового слоя и пограничного слоя массопереноса (концентрации). Число Шмидта физически связывает относительную толщину скоростного пограничного слоя и массообменного (концентрационного) пограничного слоя.

, где n = 1/3 для большинства приложений во всех трех отношениях. Эти соотношения, как правило, применимы только для ламинарного потока и не применимы к турбулентным пограничным слоям, поскольку турбулентное перемешивание в этом случае может доминировать над диффузионными процессами.

Теплопередача за счет конвекции сложнее проанализировать, чем теплопередачу за счет теплопроводности, потому что никакое отдельное свойство теплопередающей среды, такое как теплопроводность, не может быть определено для описания механизма. Конвективная теплопередача усложняется тем, что она включает движения жидкости, а также теплопроводность . Теплопередача за счет конвекции меняется от ситуации к ситуации (в зависимости от условий потока жидкости), и это часто связано с режимом потока жидкости. При принудительной конвекции скорость передачи тепла через жидкость намного выше за счет конвекции, чем за счет теплопроводности.

На практике анализ теплопередачи путем конвекции обрабатывается эмпирически (путем прямого экспериментального наблюдения).Большинство проблем можно решить с помощью так называемых характеристических чисел (например, число Нуссельта ). Характеристические числа являются безразмерными числами, используемыми для описания характера теплопередачи и могут использоваться для сравнения реальной ситуации (например, теплопередача в трубе) с маломасштабной моделью . Опыт показывает, что конвекционная теплопередача сильно зависит от свойств жидкости , динамической вязкости , теплопроводности , , плотности и удельной теплоемкости , а также от скорости жидкости .Это также зависит от геометрии и шероховатости твердой поверхности в дополнение к типу потока жидкости. Все эти условия особенно сказываются на застойной пленке толщиной .

Конвекция включает в себя передачу тепла между поверхностью при заданной температуре (T , стенка ) и жидкостью при объемной температуре (T b ). Точное определение объемной температуры (T b ) варьируется в зависимости от деталей ситуации.

  • Для потока, прилегающего к горячей или холодной поверхности, T b — это температура жидкости «далеко» от поверхности.
  • Для кипения или конденсации T b — это температура насыщения жидкости.
  • Для потока в трубе T b — это средняя температура, измеренная в определенном поперечном сечении трубы.

Артикул:

Теплообмен:

  1. Основы тепломассообмена, 7-е издание. Теодор Л. Бергман, Эдриенн С. Лавин, Фрэнк П. Инкропера. John Wiley & Sons, Incorporated, 2011. ISBN: 9781118137253.
  2. Тепломассообмен.Юнус А. Ценгель. McGraw-Hill Education, 2011. ISBN: 9780071077866.
  3. Основы тепломассообмена. К. П. Котандараман. New Age International, 2006, ISBN: 9788122417722.
  4. Министерство энергетики, термодинамики, теплопередачи и потока жидкости США. Справочник по основам DOE, том 2 из 3, май 2016 г.

Ядерная и реакторная физика:

  1. Дж. Р. Ламарш, Введение в теорию ядерных реакторов, 2-е изд., Эддисон-Уэсли, Рединг, Массачусетс (1983).
  2. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную инженерию, 3-е изд., Прентис-Холл, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.
  3. У. М. Стейси, Физика ядерных реакторов, John Wiley & Sons, 2001, ISBN: 0-471-39127-1.
  4. Glasstone, Сесонске. Nuclear Reactor Engineering: Reactor Systems Engineering, Springer; 4-е издание, 1994 г., ISBN: 978-0412985317
  5. W.S.C. Уильямс. Ядерная физика и физика элементарных частиц. Clarendon Press; 1 издание, 1991 г., ISBN: 978-0198520467
  6. г.Р.Кипин. Физика ядерной кинетики. Аддисон-Уэсли Паб. Co; 1-е издание, 1965 г.
  7. Роберт Рид Берн, Введение в эксплуатацию ядерного реактора, 1988.
  8. Министерство энергетики, ядерной физики и теории реакторов США. Справочник по основам DOE, том 1 и 2. Январь 1993 г.
  9. Пол Ройсс, нейтронная физика. EDP ​​Sciences, 2008. ISBN: 978-2759800414.

Advanced Reactor Physics:

  1. К. О. Отт, В. А. Безелла, Введение в статику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, исправленное издание (1989 г.), 1989 г., ISBN: 0-894-48033-2.
  2. К. О. Отт, Р. Дж. Нойхольд, Введение в динамику ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1985, ISBN: 0-894-48029-4.
  3. Д. Л. Хетрик, Динамика ядерных реакторов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48453-2.
  4. Э. Льюис, В. Ф. Миллер, Вычислительные методы переноса нейтронов, Американское ядерное общество, 1993, ISBN: 0-894-48452-4.

Механизмы теплопередачи — Energy Education

Рис. 1. На фотографии выше показан аэрогель, чрезвычайно хороший теплоизолятор, между паяльной лампой и спичками.Аэрогель блокирует все тепло от паяльной лампы и предотвращает возгорание спичек. [1]

Механизмы теплопередачи — это просто способы, с помощью которых тепловая энергия может передаваться между объектами, и все они основаны на основном принципе, согласно которому кинетическая энергия или тепло должны быть в равновесии или в равных энергетических состояниях . Есть три различных способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и лучистое тепло (часто называемое излучением, но это более общий термин, включающий множество других явлений). [2] Существует связанное с этим явление передачи скрытого тепла, называемое эвапотранспирацией.

Проводимость

основная статья

Электропроводность — это простейшая модель теплопередачи с точки зрения возможности математического объяснения происходящего. Это движение кинетической энергии в материалах из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой через вещество. [3] Молекулы просто передают свою энергию соседним молекулам, пока не будет достигнуто равновесие.В моделях проводимости не рассматривается движение частиц внутри материала.

Конвекция

Рис. 2. Воздух над сушей нагревается быстрее, чем воздух над водой, что приводит к конвекции, которая ощущается как прохладный океанский бриз. [4]

основная статья

Конвекция — это передача тепла посредством движения жидкости (например, воздуха или воды). Разница между проводимостью и конвекцией заключается в движении материального носителя; Конвекция — это движение тепловой энергии за счет движения горячей жидкости (в отличие от нагрева другого материала за счет движения атомов).Обычно это движение происходит из-за разницы в плотности. Более теплые частицы менее плотны, поэтому частицы с более высокой температурой будут перемещаться в области с более низкой температурой, а частицы с более низкой температурой будут перемещаться в области с более высокой температурой. Жидкость будет продолжать движение до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Радиация

Рисунок 1: Костры излучают лучистую «энергию» и ощущаются как «лучистое тепло». [5]

основная статья

Тепло, передаваемое излучением, называется лучистым теплом.Как и свет, лучистое тепло — это лучистая энергия, и для ее переноса не обязательно требуется среда. Этой форме передачи энергии способствует тип электромагнитного излучения. [6] Все движущиеся заряженные частицы испускают электромагнитное излучение. Эта излучаемая волна будет распространяться, пока не столкнется с другой частицей. Частица, которая получает это излучение, получит его в виде кинетической энергии. Частицы будут получать и излучать излучение даже после того, как все будет при одинаковой температуре, но это не замечается из-за того, что в этот момент материал находится в равновесии.

Этот тип теплопередачи особенно важен при установке температуры Земли. Радиация как передача тепла — это то, как Земля получает энергию от Солнца. Радиация также важна для парникового эффекта.

Эвапотранспирация

Рисунок 1. Круговорот воды зависит от суммарного испарения. [7]

основная статья

Эвапотранспирация — это энергия, переносимая фазовыми изменениями, такими как испарение или сублимация. [8] Вода требует значительного количества энергии для изменения фазы, поэтому этот процесс подтверждает, что водяной пар обладает значительным количеством энергии, связанной с ним. Этот тип механизма передачи энергии часто не указывается среди различных типов механизмов передачи, поскольку его труднее понять.

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (30 июля 2015 г.). Airgel [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Aerogel_matches.jpg
  2. ↑ Hyperphysics, Heat Transfer [Online], Доступно: http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html
  3. ↑ Hyperphysics, Heat Conduction [Online], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html#c2
  4. ↑ «Свойства выборки для чтения: плотность создает токи». [В сети]. Доступно: http://www.propertiesofmatter.si.edu/Density_Creates.html
  5. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire_from_brazier.jpg
  6. ↑ Р. Чабай и Б.Шервуд, «Энергия и импульс излучения», в «Материя и взаимодействия», 3-е изд., Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley, 2011, глава 24, раздел 5, стр. 1002-1003
  7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Evapotranspiration#/media/File:Surface_water_cycle.svg
  8. ↑ USGS, Evapotranspiration — The Water Cycle [Online], Доступно: http://water.usgs.gov/edu/watercycleevapotranspiration.html

Механизмы теплопередачи — Energy Education

Рисунок 1.На фото выше показан аэрогель, чрезвычайно хороший теплоизолятор, между паяльной лампой и спичками. Аэрогель блокирует все тепло от паяльной лампы и предотвращает возгорание спичек. [1]

Механизмы теплопередачи — это просто способы, с помощью которых тепловая энергия может передаваться между объектами, и все они основаны на основном принципе, согласно которому кинетическая энергия или тепло должны быть в равновесии или в равных энергетических состояниях . Есть три различных способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и лучистое тепло (часто называемое излучением, но это более общий термин, включающий множество других явлений). [2] Существует связанное с этим явление передачи скрытого тепла, называемое эвапотранспирацией.

Проводимость

основная статья

Электропроводность — это простейшая модель теплопередачи с точки зрения возможности математического объяснения происходящего. Это движение кинетической энергии в материалах из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой через вещество. [3] Молекулы просто передают свою энергию соседним молекулам, пока не будет достигнуто равновесие.В моделях проводимости не рассматривается движение частиц внутри материала.

Конвекция

Рис. 2. Воздух над сушей нагревается быстрее, чем воздух над водой, что приводит к конвекции, которая ощущается как прохладный океанский бриз. [4]

основная статья

Конвекция — это передача тепла посредством движения жидкости (например, воздуха или воды). Разница между проводимостью и конвекцией заключается в движении материального носителя; Конвекция — это движение тепловой энергии за счет движения горячей жидкости (в отличие от нагрева другого материала за счет движения атомов).Обычно это движение происходит из-за разницы в плотности. Более теплые частицы менее плотны, поэтому частицы с более высокой температурой будут перемещаться в области с более низкой температурой, а частицы с более низкой температурой будут перемещаться в области с более высокой температурой. Жидкость будет продолжать движение до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Радиация

Рисунок 1: Костры излучают лучистую «энергию» и ощущаются как «лучистое тепло». [5]

основная статья

Тепло, передаваемое излучением, называется лучистым теплом.Как и свет, лучистое тепло — это лучистая энергия, и для ее переноса не обязательно требуется среда. Этой форме передачи энергии способствует тип электромагнитного излучения. [6] Все движущиеся заряженные частицы испускают электромагнитное излучение. Эта излучаемая волна будет распространяться, пока не столкнется с другой частицей. Частица, которая получает это излучение, получит его в виде кинетической энергии. Частицы будут получать и излучать излучение даже после того, как все будет при одинаковой температуре, но это не замечается из-за того, что в этот момент материал находится в равновесии.

Этот тип теплопередачи особенно важен при установке температуры Земли. Радиация как передача тепла — это то, как Земля получает энергию от Солнца. Радиация также важна для парникового эффекта.

Эвапотранспирация

Рисунок 1. Круговорот воды зависит от суммарного испарения. [7]

основная статья

Эвапотранспирация — это энергия, переносимая фазовыми изменениями, такими как испарение или сублимация. [8] Вода требует значительного количества энергии для изменения фазы, поэтому этот процесс подтверждает, что водяной пар обладает значительным количеством энергии, связанной с ним. Этот тип механизма передачи энергии часто не указывается среди различных типов механизмов передачи, поскольку его труднее понять.

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (30 июля 2015 г.). Airgel [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Aerogel_matches.jpg
  2. ↑ Hyperphysics, Heat Transfer [Online], Доступно: http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html
  3. ↑ Hyperphysics, Heat Conduction [Online], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html#c2
  4. ↑ «Свойства выборки для чтения: плотность создает токи». [В сети]. Доступно: http://www.propertiesofmatter.si.edu/Density_Creates.html
  5. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire_from_brazier.jpg
  6. ↑ Р. Чабай и Б.Шервуд, «Энергия и импульс излучения», в «Материя и взаимодействия», 3-е изд., Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley, 2011, глава 24, раздел 5, стр. 1002-1003
  7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Evapotranspiration#/media/File:Surface_water_cycle.svg
  8. ↑ USGS, Evapotranspiration — The Water Cycle [Online], Доступно: http://water.usgs.gov/edu/watercycleevapotranspiration.html

Механизмы теплопередачи — Energy Education

Рисунок 1.На фото выше показан аэрогель, чрезвычайно хороший теплоизолятор, между паяльной лампой и спичками. Аэрогель блокирует все тепло от паяльной лампы и предотвращает возгорание спичек. [1]

Механизмы теплопередачи — это просто способы, с помощью которых тепловая энергия может передаваться между объектами, и все они основаны на основном принципе, согласно которому кинетическая энергия или тепло должны быть в равновесии или в равных энергетических состояниях . Есть три различных способа передачи тепла: теплопроводность, конвекция и лучистое тепло (часто называемое излучением, но это более общий термин, включающий множество других явлений). [2] Существует связанное с этим явление передачи скрытого тепла, называемое эвапотранспирацией.

Проводимость

основная статья

Электропроводность — это простейшая модель теплопередачи с точки зрения возможности математического объяснения происходящего. Это движение кинетической энергии в материалах из областей с более высокой температурой в области с более низкой температурой через вещество. [3] Молекулы просто передают свою энергию соседним молекулам, пока не будет достигнуто равновесие.В моделях проводимости не рассматривается движение частиц внутри материала.

Конвекция

Рис. 2. Воздух над сушей нагревается быстрее, чем воздух над водой, что приводит к конвекции, которая ощущается как прохладный океанский бриз. [4]

основная статья

Конвекция — это передача тепла посредством движения жидкости (например, воздуха или воды). Разница между проводимостью и конвекцией заключается в движении материального носителя; Конвекция — это движение тепловой энергии за счет движения горячей жидкости (в отличие от нагрева другого материала за счет движения атомов).Обычно это движение происходит из-за разницы в плотности. Более теплые частицы менее плотны, поэтому частицы с более высокой температурой будут перемещаться в области с более низкой температурой, а частицы с более низкой температурой будут перемещаться в области с более высокой температурой. Жидкость будет продолжать движение до тех пор, пока не будет достигнуто равновесие.

Радиация

Рисунок 1: Костры излучают лучистую «энергию» и ощущаются как «лучистое тепло». [5]

основная статья

Тепло, передаваемое излучением, называется лучистым теплом.Как и свет, лучистое тепло — это лучистая энергия, и для ее переноса не обязательно требуется среда. Этой форме передачи энергии способствует тип электромагнитного излучения. [6] Все движущиеся заряженные частицы испускают электромагнитное излучение. Эта излучаемая волна будет распространяться, пока не столкнется с другой частицей. Частица, которая получает это излучение, получит его в виде кинетической энергии. Частицы будут получать и излучать излучение даже после того, как все будет при одинаковой температуре, но это не замечается из-за того, что в этот момент материал находится в равновесии.

Этот тип теплопередачи особенно важен при установке температуры Земли. Радиация как передача тепла — это то, как Земля получает энергию от Солнца. Радиация также важна для парникового эффекта.

Эвапотранспирация

Рисунок 1. Круговорот воды зависит от суммарного испарения. [7]

основная статья

Эвапотранспирация — это энергия, переносимая фазовыми изменениями, такими как испарение или сублимация. [8] Вода требует значительного количества энергии для изменения фазы, поэтому этот процесс подтверждает, что водяной пар обладает значительным количеством энергии, связанной с ним. Этот тип механизма передачи энергии часто не указывается среди различных типов механизмов передачи, поскольку его труднее понять.

Список литературы

  1. ↑ Wikimedia Commons. (30 июля 2015 г.). Airgel [Интернет]. Доступно: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b4/Aerogel_matches.jpg
  2. ↑ Hyperphysics, Heat Transfer [Online], Доступно: http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html
  3. ↑ Hyperphysics, Heat Conduction [Online], Доступно: http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html#c2
  4. ↑ «Свойства выборки для чтения: плотность создает токи». [В сети]. Доступно: http://www.propertiesofmatter.si.edu/Density_Creates.html
  5. ↑ Wikimedia Commons [Online], Доступно: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fire_from_brazier.jpg
  6. ↑ Р. Чабай и Б.Шервуд, «Энергия и импульс излучения», в «Материя и взаимодействия», 3-е изд., Хобокен, штат Нью-Джерси: Wiley, 2011, глава 24, раздел 5, стр. 1002-1003
  7. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://en.wikipedia.org/wiki/Evapotranspiration#/media/File:Surface_water_cycle.svg
  8. ↑ USGS, Evapotranspiration — The Water Cycle [Online], Доступно: http://water.usgs.gov/edu/watercycleevapotranspiration.html

Heat Convection — обзор

6.4.1. Диффузионно-конвекционные решения

Движение грунтовых вод влияет на теплопередачу, включая общую тепловую конвекцию (адвекцию в некоторых текстах), которая имеет большое значение для долгосрочного температурного отклика GHE (Павлов и Олесен, 2012). Хотя консервативный дизайн GSHP не может предполагать никакой выгоды от этого потока (Kavanaugh and Rafferty, 1997), тем не менее желательно оценить его влияние. Большинство аналитических моделей решают эту проблему диффузии-конвекции с помощью метода движущихся источников тепла, который впервые был предложен Ingersoll et al.(1954) и был дополнительно исследован или расширен Diao et al. (2004), Саттон и др. (2003), Молина-Хиральдо и др. (2011a), Chiasson and O’Connell (2011), Tye-Gingras and Gosselin (2014) и Zhang et al. (2015). Все эти модели теоретически идентичны друг другу, а модель Diao et al. (2004) приведена в таблице 6.2.

Теоретической основой применения метода движущегося источника тепла к проблеме диффузии-конвекции является их эквивалентность. Проблемы с движущимся источником тепла можно рассматривать либо как проблемы, в которых источники тепла движутся через неподвижную среду, либо как случаи, когда равномерно движущаяся среда протекает через неподвижные источники тепла (Carslaw and Jaeger, 1959; Eckert and Drake, 1987).Предположим, что x , y и z обозначают фиксированные координаты, а скорость движущейся среды U параллельна оси x . При решении задач о движущемся источнике тепла удобно определить систему координат, скажем ( ξ , η , ζ ), движущуюся вместе со средой. В подвижной системе координат теплопроводность в движущейся среде определяется соотношением

[6.20] ∂T∂t = α (∂2T∂ξ2 + ∂2T∂η2 + ∂2T∂ς2)

Поскольку соотношение между фиксированным и подвижные координаты x = ξ + Ut , y = η и z = ζ , подставив эти соотношения в уравнение.[6.20] дает:

[6.21] ∂T∂t + U∂T∂x = α (∂2T∂x2 + ∂2T∂y2 + ∂2T∂z2)

Очевидно, что форма уравнения. [6.21] идентично основному уравнению диффузии-конвекции в пористом водоносном горизонте (Bear, 1972; Diao et al., 2004).

Поток грунтовых вод может быть очень сложным, быть вертикальным, горизонтальным или и тем, и другим. Однако все решения с движущимся источником тепла используют Допущение 4 из Раздела 6.2.2. Следовательно, точность этих решений во многом зависит от того, насколько точно это предположение соответствует реальным условиям потока грунтовых вод.Дальнейшее расширение аналитических решений для рассмотрения более сложных потоков подземных вод крайне затруднительно. Движение грунтовых вод в пористом водоносном горизонте также может вызывать теплопередачу за счет теплового рассеивания (Bear, 1972). Некоторые авторы рассматривали эффект термической дисперсии с помощью концепции модифицированной теплопроводности (Molina-Giraldo et al., 2011b; Erol et al., 2015). Поскольку модифицированная теплопроводность обычно зависит от направления, решения источников тепла для анизотропной среды должны использоваться для разработки функции отклика (Li and Lai, 2012b; Molina-Giraldo et al., 2011b; Erol et al., 2015).

Механизмы потери или передачи тепла

Тепло уходит (или переносится) изнутри наружу (высокая температура — низкая температура) с помощью трех механизмов (по отдельности или в комбинации) из дома:

  • Проводимость
  • Конвекция
  • Радиация

Примеры теплопередачи за счет теплопроводности, конвекции и излучения

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание примеров теплопередачи за счет теплопроводности, конвекции и излучения

  • Проводимость : тепло, перемещающееся через стены дома от высокой температуры внутри к низкой температуре снаружи.
  • Конвекция : тепло, циркулирующее в комнатах дома.
  • Излучение : Солнце проникает в дом.

Проводимость

Проводимость — это процесс, при котором тепло передается от горячей области твердого объекта к холодной области твердого объекта за счет столкновений частиц.

Другими словами, в твердых телах атомы или молекулы не могут двигаться, как жидкости или газы, поэтому энергия сохраняется в колебаниях атомов.Атом или молекула с большей энергией передает энергию соседнему атому или молекуле посредством физического контакта или столкновения.

На изображении ниже тепло (энергия) передается от конца стержня в пламени свечи дальше вниз к более холодному концу стержня по мере того, как колебания одной молекулы передаются другой; однако нет движения энергичных атомов или молекул.

Нажмите кнопку воспроизведения, чтобы начать анимацию.

Анимация свечи проводимости

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание анимации «Свеча проводимости»

Пример поведения

Рука держит металлический стержень над зажженной свечой.Молекулы быстро нагреваются в том месте, где пламя касается стержня. Затем тепло распространяется по всему металлическому стержню, и его можно почувствовать рукой.

Что касается отопления жилых помещений, то тепло передается за счет теплопроводности через твердые тела, такие как стены, полы и крыша.

Пример поведения в отношении отопления жилых помещений

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание кондукции в отношении отопления жилых помещений, пример

Пример поведения в отношении отопления жилых помещений

Изобразите поперечное сечение стены дома.Внутри дома 65 ° F, а снаружи 30 ° F. Две стрелки указывают изнутри дома наружу, чтобы показать, как тепло передается изнутри дома наружу через стену посредством теплопроводности.

Потери тепла через твердую стену за счет теплопроводности

Конвекция

Конвекция — это процесс, при котором тепло передается от одной части жидкости (жидкости или газа) к другой за счет объемного движения самой жидкости. Горячие области жидкости или газа менее плотны, чем более холодные области, поэтому они имеют тенденцию подниматься.Когда более теплые жидкости поднимаются, они заменяются более холодными жидкостями или газами сверху.

В приведенном ниже примере тепло (энергия), исходящая от пламени свечи, поднимается и заменяется окружающим его холодным воздухом.

Пример теплопередачи конвекцией

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание анимации конвекционной свечи

Пример конвекции

Рука находится над зажженной свечой. Когда свеча нагревает воздух, тепло поднимается к руке.В конце концов, становится слишком жарко, и рука отрывается от свечи.

При отоплении жилых помещений конвекция — это механизм потери тепла из-за утечки теплого воздуха наружу при открытии дверей или проникновения холодного воздуха в дом через трещины или отверстия в стенах, окнах или дверях. Когда холодный воздух соприкасается с обогревателем в комнате, он поглощает тепло и поднимается вверх. Холодный воздух, будучи тяжелым, опускается на пол и нагревается, медленно нагревая воздух в помещении.

Инструкции : Нажмите кнопку воспроизведения ниже и посмотрите, что происходит с холодным воздухом (синие стрелки), когда он входит в дом и встречает теплый воздух (красные стрелки), выходящий из вентиляционного отверстия системы отопления:

Конвекция в комнате Анимация

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание анимации «Конвекция в комнате»

Пример конвекции при отоплении жилых помещений

Представьте себе комнату с открытой дверью, впускающей прохладный воздух слева и радиатором, создающим тепло, справа.По мере того как радиатор нагревает воздух вокруг себя, воздух поднимается вверх и заменяется холодным. Как только теплый воздух достигает потолка, он направляется влево к открытой двери, охлаждая при движении. Прохладный воздух из открытой двери направляется через пол вправо в сторону обогреваемого радиатора. Общий эффект — это круговой конвекционный поток воздуха в помещении.

Излучение

Радиация — это передача тепла через электромагнитные волны в пространстве. В отличие от конвекции или проводимости, где энергия от газов, жидкостей и твердых тел передается молекулами с физическим движением или без него, излучению не нужна какая-либо среда (молекулы или атомы).Энергия может передаваться излучением даже в вакууме.

На изображении ниже солнечный свет попадает на Землю через космос, где нет газов, твердых тел или жидкостей.

Пример анимации излучения

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание анимации «Пример излучения»

Пример излучения

Представьте Солнце и Землю со стрелами, движущимися от Солнца к Земле через космос.Стрелки представляют энергию, которая поступает на Землю через излучение, для чего не требуется никакая среда (атомы или молекулы).

Проверьте себя

Во-первых, определите тип потери тепла в доме, изображенный на изображениях A-J: теплопроводность, конвекция или излучение. Затем щелкните и перетащите каждое изображение вниз в нужную категорию внизу экрана.

Проверь себя Действия

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание задания «Проверьте себя»

Проверьте себя: типы тепловых потерь

Укажите тип потери тепла (теплопроводность, конвекция или излучение) для каждого из следующих примеров:

  1. Тепло, уходящее через крышу дома
  2. Горелка горячая
  3. Кипяток
  4. Факельная галогенная лампа, излучающая свет и тепло
  5. Дверь распахнута настежь, впускает холодный воздух
  6. Пожар, создающий тепло
  7. Тепло, уходящее через стену
  8. Зеркало, отражающее солнечный свет
  9. Тепло, выходящее через окно
  10. Тепло, уходящее через дымоход

Ответы:

А.Проводимость

B. Радиация

C. Конвекция

D. Радиация

E. Конвекция

F. Радиация

г. Проведение

H. Радиация

I. Проведение

J. Радиация

Снижение потребления энергии

Есть два способа снизить потребление энергии.

  1. Самый экономичный способ — улучшить «оболочку» дома — стены, окна, двери, крышу и полы, которые окружают дом, — путем улучшения изоляции (потери проводимости) и герметизации утечек воздуха конопаткой (конвекция). убытки).
  2. Второй способ снизить потребление энергии — повысить эффективность печи, которая обеспечивает тепло.

Проводимость и конвекция

Щелкните здесь, чтобы открыть текстовое описание диаграммы проводимости и конвекции

Линейный чертеж дома со стрелками, указывающими от стен и крыши, показывающий теплопроводность, и стрелками, текущими по кругу внутри дома, показывающими конвекцию.

Энергетический и тепловой баланс | Анатомия и физиология II

Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете:

  • Опишите, как тело регулирует температуру
  • Объясните значение скорости метаболизма

Тело плотно регулирует температуру тела посредством процесса, называемого терморегуляция , при котором тело может поддерживать свою температуру в определенных границах, даже когда окружающая температура сильно отличается.Внутренняя температура тела остается стабильной на уровне 36,5–37,5 ° C (97,7–99,5 ° F). В процессе производства АТФ клетками по всему телу примерно 60 процентов производимой энергии находится в форме тепла, используемого для поддержания температуры тела. Терморегуляция — пример отрицательной обратной связи.

Гипоталамус в головном мозге — это главный выключатель, который работает как термостат для регулирования внутренней температуры тела. Если температура слишком высока, гипоталамус может инициировать несколько процессов для ее понижения.К ним относятся усиление циркуляции крови к поверхности тела, чтобы позволить рассеивать тепло через кожу и инициировать потоотделение, чтобы позволить испарению воды на коже для охлаждения ее поверхности. И наоборот, если температура опускается ниже установленной внутренней температуры, гипоталамус может вызвать дрожь, чтобы произвести тепло. Тело потребляет больше энергии и выделяет больше тепла. Кроме того, гормон щитовидной железы будет стимулировать большее использование энергии и выработку тепла клетками по всему телу.Окружающая среда считается термонейтральной , когда тело не расходует и не выделяет энергию для поддержания своей внутренней температуры. Для голого человека это температура окружающего воздуха около 84 ° F. Если температура выше, например, при ношении одежды, тело компенсирует это охлаждающими механизмами. Тело теряет тепло за счет механизмов теплообмена.

Рисунок 1. Щелкните, чтобы увеличить изображение. Гипоталамус контролирует терморегуляцию.

Механизмы теплообмена

Когда окружающая среда не термонейтральна, тело использует четыре механизма теплообмена для поддержания гомеостаза: проводимость, конвекция, излучение и испарение.Каждый из этих механизмов основан на свойстве тепла течь от более высокой концентрации к более низкой концентрации; следовательно, скорость каждого из механизмов теплообмена изменяется в зависимости от температуры и условий окружающей среды.

  • Проводимость — это передача тепла двумя объектами, находящимися в непосредственном контакте друг с другом. Это происходит при контакте кожи с холодным или теплым предметом. Например, когда вы держите стакан с ледяной водой, тепло вашей кожи нагревает стакан и, в свою очередь, растапливает лед.В качестве альтернативы в холодный день вы можете согреться, обернув холодными руками горячую кружку кофе. Только около 3 процентов тепла тела теряется за счет теплопроводности.
  • Конвекция — это передача тепла воздуху, окружающему кожу. Нагретый воздух поднимается от тела и заменяется более холодным воздухом, который затем нагревается. Конвекция также может возникать в воде. Когда температура воды ниже, чем температура тела, тело теряет тепло, нагревая ближайшую к коже воду, которая удаляется и заменяется более холодной водой.Конвекционные потоки, создаваемые изменениями температуры, продолжают отводить тепло от тела быстрее, чем тело может его заменить, что приводит к гипертермии. Около 15 процентов тепла тела теряется за счет конвекции.
  • Излучение — это передача тепла посредством инфракрасных волн. Это происходит между любыми двумя объектами, когда их температура различается. Радиатор может обогреть комнату лучистым теплом. В солнечный день солнечное излучение согревает кожу. Тот же принцип действует от тела к окружающей среде.Около 60 процентов тепла, теряемого телом, теряется из-за излучения.
  • Испарение — это передача тепла за счет испарения воды. Поскольку для превращения молекулы воды из жидкости в газ требуется много энергии, испаряющаяся вода (в виде пота) забирает с собой много энергии от кожи. Однако скорость испарения зависит от относительной влажности — в окружающей среде с более низкой влажностью испаряется больше пота. Потоотделение является основным средством охлаждения тела во время упражнений, тогда как в состоянии покоя около 20 процентов тепла, теряемого телом, происходит за счет испарения.

Скорость метаболизма

Уровень метаболизма — это количество потребляемой энергии за вычетом количества энергии, израсходованной организмом. Базальная скорость метаболизма (BMR) описывает количество ежедневной энергии, расходуемой людьми в состоянии покоя, в нейтрально-умеренной среде, в состоянии после поглощения. Он измеряет, сколько энергии нужно организму для нормальной, основной повседневной активности. Около 70 процентов всех ежедневных затрат энергии приходится на основные функции органов тела.Еще 20 процентов приходится на физическую активность, а оставшиеся 10 процентов необходимы для терморегуляции тела или контроля температуры. Этот показатель будет выше, если человек более активен или имеет большую мышечную массу. С возрастом BMR обычно снижается, так как процент менее сухой мышечной массы уменьшается.

Обзор главы

Часть энергии съедаемой пищи используется для поддержания внутренней температуры тела. Большая часть энергии, получаемой с пищей, выделяется в виде тепла.Внутренняя температура поддерживается на уровне 36,5–37,5 ° C (97,7–99,5 ° F). Это строго регулируется гипоталамусом в головном мозге, который ощущает изменения внутренней температуры и работает как термостат, увеличивая потоотделение или дрожь, или побуждая другие механизмы вернуть температуру в нормальный диапазон. Тело также может получать или терять тепло через механизмы теплообмена. Проводимость передает тепло от одного объекта к другому посредством физического контакта. Конвекция передает тепло воздуху или воде.Излучение передает тепло через инфракрасное излучение. Испарение передает тепло, когда вода меняет свое состояние с жидкости на газ.

Самопроверка

Ответьте на вопросы ниже, чтобы увидеть, насколько хорошо вы понимаете темы, затронутые в предыдущем разделе.

Вопросы о критическом мышлении

  1. Как сужение сосудов помогает повысить внутреннюю температуру тела?
  2. Как прием пищи может повысить температуру тела?

Показать ответы

  1. Когда кровь течет к наружным слоям кожи или к конечностям, тепло теряется в окружающую среду за счет механизмов теплопроводности, конвекции или излучения.Это охладит кровь и тело. Сужение сосудов способствует повышению внутренней температуры тела, предотвращая приток крови к внешнему слою кожи и наружным частям конечностей.
  2. Прием пищи стимулирует пищеварение и переработку углеводов, белков и жиров. Это расщепление пищи запускает гликолиз, цикл Кребса, цепь переноса электронов, окисление жирных кислот, липогенез и окисление аминокислот для производства энергии. Тепло — побочный продукт этих реакций.

Глоссарий

базальная скорость метаболизма (BMR): количество энергии, расходуемое телом в состоянии покоя

теплопроводность: передача тепла посредством физического контакта

конвекция: передача тепла между кожей и воздухом или водой

испарение: передача тепла, которая происходит, когда вода превращается из жидкости в газ

Скорость метаболизма: количество потребляемой энергии за вычетом количества энергии, израсходованной организмом

излучение: передача тепла посредством инфракрасных волн

термонейтральный: внешняя температура, при которой организм не расходует энергию на терморегуляцию, около 84 ° F

терморегуляция: процесс регулирования температуры тела

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.