Конвекция в природе и в технике

Само слово на латыни означает «перенос». А процесс конвекции характеризуется переносом тепла в газообразных, жидких и даже твердых сыпучих средах веществами. В природе законы конвекции мы наблюдаем вокруг себя ежедневно. Именно природное явление называют естественной конвекцией, при которой нижние уровни вещества при нагревании самопроизвольно начинают движение вверх, а более холодные уровни опускаются на их место.

Увидеть это можно, если повесить над пламенем листик из бумаги, который станет двигаться от поднимающегося вверх теплого воздуха. В жидкости этот процесс происходит благодаря нагреванию нижних слоев, которые постепенно передают тепло к верхним. Так, к примеру, закипает вода. Интересно, что если пытаться нагреть воду сверху, то конвекции не произойдет, потому что физическое движение теплого вещества вниз, а холодного вверх просто невозможно. Вынужденной конвекцией называется усиленное перемешивание газа или жидкости с помощью мешалок или вентиляторов.

Обогреватели с разной конвекцией

Любой из обогревателей прогревает помещение по законам конвекции. Но одни из них создают вынужденное перемещение нагретых слоев воздуха, а другие работают на основе естественных движений тепла. К примеру, тепловентиляторы, нагревая воздух, еще и раздувают его по всему помещению. А вот масляные радиаторы или отопительные конвекторы действуют по естественным законам природы. Если говорить о масляных устройствах, то перемешивание теплого воздуха с холодным при их работе происходит быстрее, благодаря высокой температуре нагрева, но при этом воздух сильно сушится. А вот конвекторы электрические отзывы получают всегда самые положительные, ведь принцип естественного передвижения теплых масс позволил создать батарею, которая не вредит здоровью и безопасна в эксплуатации бесконечно долго. Воздух в комнате при этом не пересушивается, температура поддерживается все время, опасности ожогов нет совершенно.

Конвекционные печи

Применение конвекционного принципа в микроволновках, духовках и печах позволило ускорить и улучшить выпечку и приготовление разных блюд. Суть работы конвекционных печей состоит в том, что благодаря вмонтированному в заднюю стенку нагревательному элементу и вентилятору, при включении происходит принудительная циркуляция горячего воздуха. Под воздействием этой циркуляции внутреннее пространство разогревается намного быстрее и равномернее, а, значит, и воздействие на продукты будет одновременным со всех сторон. Выпечка в таких печах всегда будет идеальной. Именно поэтому конвекционные печи относят к профессиональной технике и используют их в хлебопекарнях, фаст-фудах, ресторанах и кафе и т.п. В современных кухонных духовках для домашнего быта тоже начали уже встраивать конвекционную систему, и это очень понравилось всем хозяйкам и любителям вкусно покушать.

Циркуляция воздуха в холодильниках

В холодильных устройствах также работает принцип конвекции, только в этом случае требуется заполнение внутренних отделений не теплым воздухом, а холодным. К примеру, наш холодильник Snaige без устали вырабатывает холод с помощью циркулирующего по трубам фреона, который охлаждает верхние слои в холодильной камере. Охлажденный воздух опускается вниз и вытесняет теплый вверх, где тот также охлаждается. Так вся камера заполняется холодом, что и нужно в холодильных устройствах. Чтобы циркуляция холодных потоков была эффективней, не нужно загружать внутреннее пространство холодильника до отказа, оставьте проемы для свободного движения.

Примеры теплообмена в природе и технике

1. Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. 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, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух по низу 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.

2. Тяга. Мы знаем, что без притока свежего воздуха горение топлива невозможно. Если в топку или печь не будет поступать воздух, то горение прекратится. Для поддержания горения часто используют естественный приток воздуха — тягу. При этом над местом горения топлива устанавливают трубу. Нагреваясь, воздух расширяется, и давление в топке и трубе становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух устремляется извне в топку, а теплый поднимается вверх по трубе. Это и есть тяга.

С увеличением высоты трубы тяга усиливается, так как, чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе.

3. Водяное отопление. Жители стран, расположенных в умеренных и холодных поясах Земли, вынуждены обогревать свои жилища в холодную погоду. В жилых помещениях наиболее благо приятной для человека считается температура 18—20 °С. Для поддержания такой температуры во многих домах применяют водяное отопление.

Нагревание воды в системах центрального отопления происходит за пределами отапливаемого помещения (в котельных или теплоэлектроцентралях — ТЭЦ). От нагревателя горячая вода по трубопроводам поступает в здания. Здесь (рис. 71) она по главному стояку 1 поднимается вверх, а оттуда — по трубам в отопительные приборы (радиаторы 2). По мере охлаждения в них вода возвращается вниз и снова поступает к нагревателю. Так осуществляется непрерывная циркуляция воды по всей системе. В небольших зданиях эта циркуляция возникает благодаря естественной конвекции, а в больших городских домах она происходит за счет действия специальных насосов (искусственная или принудительная конвекция).

Для предотвращения разрушения отопительной системы (в результате увеличения давления при расширении нагреваемой жидкости) главный стояк 1 снабжают расширительным баком 3.

4. Термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому, например, горячий чайник, снятый с плиты, при соприкосновении с окружающим воздухом через некоторое время остывает. Чтобы помешать телу остывать (или нагреваться), нужно предотвратить возможный теплообмен, причем во всех его трех проявлениях (при конвекции, теплопроводности и излучении). Это достигается путем помещения тела в специальный сосуд — сосуд Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром.

Сосуды Дьюара вначале применялись лишь для хранения легкоиспаряюшихся сжиженных газов (например, жидкого гелия). Впоследствии их стали применять и в бытовых целях — для сохранения при неизменной температуре помещаемых в них пищевых продуктов. Такие сосуды Дьюара стали называть термосами (рис. 72).

Устройство термоса, предназначенного для хранения жидкостей, показано на рисунке 73. Он состоит из стеклянного сосуда 4 с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр 3. Сосуд закупоривают пробкой 2, а сверху футляра навинчивают колпачок 1.

Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой па внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением.

1. Почему дневной бриз дует с моря в сторону берега, а ночной бриз — с берега в сторону моря? 2. В результате чего возникает тяга? 3. Как устроена система водяного отопления? 4. Расскажите об устройстве термоса. За счет чего в нем удается уменьшить теплообмен? Почему пища в термосе все-таки охлаждается?

Конвекция в природе и технике

«Конвекция

в природе и технике»

  Если бы я захотел читать не зная букв, это было бы бессмыслицей. Точно так же, если бы я захотел судить о явлениях природы, не имея представления о началах вещей, это было бы такой же бессмыслицей…

М.В. Ломоносов

Что такое конвекция?

Конвекция (от лат. convectio — доставка) – это вид теплообмена, при котором тепло переносится самими струями газа или жидкости.

Объяснение конвекции

Явление конвекции можно объяснить законом Архимеда и явлением теплового расширения тел. 

При повышении температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается. Под действием архимедовых сил менее плотная нагретая жидкость поднимается вверх, а более плотная холодная жидкость опускается вниз. Если же жидкость нагревать сверх, то менее плотная теплая жидкость там и останется и конвекция не возникнет. Так устанавливается круговорот жидкости, сопровождающийся переносом энергии от нагретых участков к более холодным. Совершенно аналогичным образом возникает конвекция в газах.

Механизм конвекции:

Виды конвекции

естественная

вынужденная

Особенности конвекции

• возникает в  жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
• само вещество  переносится;
• нагревать вещества нужно снизу.

в жидкостях

в газах

Естественная конвекция

Для возникновения естественной конвекции требуется подогрев жидкости снизу (или охлаждение сверху), причем нагрев в разных участках должен быть неравномерным.

Вынужденная конвекция

При вынужденной конвекции потоки нагретой (или охлажденной) жидкости или газа переносятся под действием насосов или вентиляторов. Такая конвекция используется в тех случаях, когда естественная конвекция оказывается недостаточно эффективной, а также в состоянии невесомости, когда естественная конвекция невозможна.

Конвекция в природе и технике

работа обычной батареи отопления; 

тяга в печи;

отопление дома;

образование облаков;

образование ветра, бриза и муссонов;

движение тектонических плит;

процессы горообразования;

  процесс  дымообразования из труб и кратеров вулканов;

процесс  охлаждения продуктов в холодильнике;

КОНВЕКЦИЯ В ЖИЗНИ ЧЕЛОВЕКА

ОБЪЯСНИ ЗАДАЧУ

: Пришёл купец к другому купцу в гости. Тот гостю обрадовался, и самовар растапливать стал. Наложил щепок в самоварную трубу, поджёг их сверху. Вода в самоваре закипела – пар из самовара повалил. Сели за стол чай пить. В чашки чайные наливают из самовара воду, а она холодная. Почему купцам не удалось чаю попить?

Почему алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая чашка с чаем нет?

Ветры бризы, возникающие на берегах морей.   В каком направлении дуют они в летние дни днем и ночью и почему?  Где надо расположить лед: снизу или сверху, чтобы охладить продукты?

Литература.

1.Алейникова Л.А. Теплообмен в природе и технике. Физика. Издательский дом «Первое сентября» №22, 2006 г.

2. Атаманченко А.К. Физика за малые деньги. Издательство «Школа – Пресс», «Физика в школе», 1998, №2.

3.Галин Н. М., Кириллов П. Л. Тепломассообмен. — М.: Энергоатомиздат, 1987.

4.Григорьев Б. А., Цветков Ф. Ф. Тепломассообмен: Учеб. пособие — 2-е изд. — М: МЭИ, 2005.

5.Касьянов В.А. Физика. 10 кл.: Учебн. для общеобразоват. учеб. заведений. – М.: Дрофа, 2005.

6. Крюков С.Н. Физика: третий вопрос в экзаменационных билетах: итоговая аттестация. 11 класс. – М.: Чистые пруды, 2007.

7.Материал из Википедии — свободной энциклопедии.

8. Мир физики в художественной литературе/ Ред.-сост. С.А.Тихомирова. – М.: Школа – Пресс, 1997.

9.Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват.учреждений. – М.: Дрофа, 2004.

10.Семке А.И. Практические работы по физике с экологическим содержанием: Естественнонаучный профиль. 9-11 классы. – М.: Чистые пруды, 2008.

11.  Семке А.И. Физика и живая природа: Занимательный материал к уроку. 7-9 классы. – М.: Чистые пруды, 2008.

12.  Физика: Молекулярная физика и термодинамика с основами общей астрономии: Учеб.для 7 кл. общеобразоват.учреждений / Под редакцией А.А.Фадеевой. – М.: Просвещение, 2000.

13.  http://images.yandex.ru

14.  http://www.tvk.by/pimg/s_63.jpghttp://images.yandex.ru

Конвекция. Излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Дата:                                                                           Класс: 8     5 урок 
Тема: Конвекция.  Излучение. Примеры теплопередачи в природе и технике.
Цель урока: дать понятия об излучении как виде теплопередачи, примерах теплопередачи в природе и 
технике.            Углубить понятия об излучении, о примерах теплопередачи.
Деятельность учителя
Деятельность
обучающихся
Нагляднос
ти
3 
мин.
I. Организационный момент
Цель этапа: Приветствует учащихся, проверяет готовность к 
уроку, желает  успеха. Для создания психологической атмосферы
проводит игру«Хорошее настроение».Похлопайте в ладоши те, у 
кого сегодня хорошее настроение. Посмотрите друг на друга – 
улыбнитесь! 
5 
мин.
II. Проверка пройденного материала. С помощью метода 
«Толстые и тонкие вопросы» осуществляет проверку знаний 
учащихся. 
Из каждый группый отвечает на вопросы
­
Ученики 
осмысливают 
поставленную цель. 
Проводят игру 
«Хорошее 
настроение». 
Улыбаются друг 
другу. 
Демонстрируют свои
знания. Отвечают на 
разноуровневые 
вопросы.
Разноуровн
евые
карточки
5 
мин.
15 
мин.
 
III. Подготовка к восприятию новой темы. С помощью приема 
«Корзина идей» проводит первичное восприятие по данной теме.
вода;
Демонстрируют свои
знания.
 На стикерах 
записывают все, что 
знают 
Стикеры
IV.  Актуализация знаний. Вступительное слово учителя.
 Конвекция – вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями газа и жидкости. Существует два вида конвекции: естественная и вынужденная.
Естественная конвекция – самопроизвольное охлаждение, нагревание, перемещение.
Вынужденная конвекция – перемещение с помощью насоса, мешалки и т.п. 
         
                           
          
Конвекция   в   жидкостях.  
  нагреваются   снизу,   так   как   у   них   плохая
теплопроводность. У горячих слоёв жидкости (газа) плотность уменьшается, и они поднимаются вверх,
уступая место более холодным. Возникает циркуляция («движение по кругу») слоёв. 
  Жидкости   и   газы  
Конвекция учитывается при установке отопительных приборов: батареи располагаются у пола. В
этом случае в комнате устанавливается устойчивое конвекционное движение воздуха.
В твердых телах конвекции нет, так как их частицы не обладают большой подвижностью. Много
проявлений конвекции можно обнаружить в природе и жизни человека.  Конвекция также находит
применение в технике. Решение практической задачи
У   многих   выражение   «тепло   домашнего   очага»   ассоциируется   с   уютной   квартирой,   уставленной
удобной мебелью, с пушистым ковром под ногами, с чашкой ароматного кофе и с мурлыкающим
котом.   Но   стоит   за   окном   завьюжить   метелям,   появиться   морозным   узорам   на   окнах,   мы   вдруг
начинаем понимать слово «тепло» в его прямом, а не в переносном значении.
      Умеем ли мы беречь микроклимат в доме? Не слишком ли беззаботно смотрим в окна с щелями
между рамами? Давайте проверим.
Практическая   задача: Рассчитайте   количество   теплоты,   которое   теряет   наша   школа,   имеющая   60
окон? 
Учитель: При сжигании в нашей котельной 1 м3 природного газа выделяется 3520000 Дж тепла. Как
видите   потеря   тепла   большая.   Это   осознаешь,   когда   оплачиваешь   счета   за   газ,   электричество,
отопление и начинаешь понимать: «Лучше серьезно заняться теплоизоляцией собственного жилища».
      Тепло   уходит   из   дома   не   только   через   неоклеенные   окна   и   неутепленные   двери.   Немало   его
улетучивается через стены и пол, даже если он у вас покрыт толстым ковром. Не мало тепла уходит
через потолок из ­ за плохого состояния чердака. Так как же уберечь тепло?
10 
мин.
5 
мин.
V. Закрепление урока. 
 каждой группе задание на карточке. В течение одной 
минутыобучающиеся должны изобразить, как происходит 
теплопроводность в данном состоянии вещества. Другие 
обучающиеся должны определить, какое это состояние.
VI. Итог урока.  С помощью метода «Телеграмма» проводит 
итог урока.
Оценивание фишками 
 Проводит рефлексию.
 2 
мин.
VII.  Домашняя работа. Объясняет особенности выполнения 
домашней работы.
Восстановите в 
данном тексте 
Карточки
На стикерах 
записывают свое 
мнение по поводу 
урока, и отправляют 
своим 
одноклассникам 
телеграмму. 
Оценивают работу 
своих 
одноклассников. 
Учеики записывают в
дневниках.
Светофор
Стикеры
Дневник Итог 
урока:________________________________________________________________________
____________________________________________________________________
Положительные стороны 
урока:________________________________________________________________
_____________________________________________________________________________
Отрицательные стороны 
урока:________________________________________________________________

Конвекция: определение и примеры конвекции

Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.

Что представляет собой?

В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды.

Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако касаются прежде всего передачи тепловой энергии в твердых телах.

Яркие примеры конвекции – перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения.

Закон Архимеда и тепловое расширение физических тел

Чтобы понять, что представляет собой естественная конвекция, достаточно рассмотреть процесс на примере действия закона Архимеда и явления расширения тел под воздействием теплового излучения. Так, согласно закону, повышение температуры обязательно приводит к увеличению объемов жидкости. Нагреваемая снизу жидкость в емкостях поднимается выше, а влага большей плотности, соответственно, перемещается ниже. В случае нагрева сверху более и менее плотные жидкости останутся на своих местах, в таком случае явления не произойдет.

Возникновение понятия

Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях.

Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году. В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля». Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда.

Виды конвекции

Существует несколько видов описываемого нами явления – естественная и вынужденная конвекция. Пример перемещения потоков горячего и холодного воздуха в середине помещения как нельзя лучше характеризует процесс естественной конвекции. Что касается вынужденной, то ее можно наблюдать при перемешивании жидкости ложкой, насосом или мешалкой.

Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии.

Отдельным видом выступает так называемая капиллярная конвекция. Происходит процесс при перепадах температуры во время движения жидкости по трубам. В естественных условиях значение такой конвекции наряду с естественной и вынужденной крайне несущественно. Однако в космической технике капиллярная конвекция, излучение и теплопроводность материалов становятся весьма значимыми факторами. Даже самые слабые конвективные движения в условиях невесомости приводят к затруднению реализации некоторых технических задач.

Конвекция в слоях земной коры

Процессы конвекции неразрывно связаны с естественным образованием газообразных веществ в толще земной коры. Рассматривать земной шар можно как сферу, состоящую из нескольких концентрических слоев. В самом центре располагается массивное горячее ядро, которое представляет собой жидкую массу высокой плотности с содержанием железа, никеля, а также прочих металлов.

Окружающими слоями для земного ядра выступают литосфера и полужидкая мантия. Верхний слой земного шара представляет собой непосредственно земную кору. Литосфера сформирована из отдельных плит, которые находятся в свободном движении, перемещаясь по поверхности жидкой мантии. В ходе неравномерного нагревания различных участков мантии и горных пород, которые отличаются разным составом и плотностью, происходит образование конвективных потоков. Именно под воздействием таких потоков возникает естественное преобразование ложа океанов и перемещение несущих континентов.

Отличия конвекции от теплопроводности

Под теплопроводностью следует понимать способность физических тел к передаче тепла посредством движения атомных и молекулярных соединений. Металлы выступают отличными проводниками тепла, так как их молекулы находятся в неразрывном контакте друг с другом. Напротив, газообразные и летучие вещества выступают плохими проводниками тепла.

Как происходит конвекция? Физика процесса основывается на переносе тепла за счет свободного движения массы молекул веществ. В свою очередь, теплопроводность заключается исключительно в передаче энергии между составляющими частицами физического тела. Однако и тот, и другой процесс невозможен без наличия частиц вещества.

Примеры явления

Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха. Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты.

Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа. Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника. Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений.

Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии.

На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые воздушные массы при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки.

Хорошие примеры конвекции – образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой. При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы. Именно по этой причине промышленные трубы, посредством которых происходит выброс вредных веществ в атмосферу, делают максимально высокими.

Наиболее распространенные примеры конвекции в природе и технике

Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить:

• движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления;
• образование и движение облаков;
• процесс движения ветра, муссонов и бризов;
• смещение тектонических земных плит;
• процессы, которые приводят к свободному газообразованию.

Приготовление пищи

Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов.

Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи.

Естественно, для хозяек, которые готовят в духовом шкафу всего лишь несколько раз в год, бытовой прибор с функцией конвекции нельзя назвать техникой первой необходимости. Однако для тех, кто не может жить без кулинарных экспериментов, такое устройство станет просто незаменимым на кухне.

Надеемся, представленный материал оказался полезным для вас. Всего доброго!

Виды теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике

Тема: Виды теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Цели урока: Познакомить учащихся с видами теплопередачи. Научить их объяснять тепловые явления на основании молекулярно–кинетической теории. Углубить знания учащихся о видах теплопередачи и их роли в природе и технике. Рассмотреть примеры использования видов теплопередачи в различных областях человеческой деятельности.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по спицам из различных металлов;

2. вращение вертушки над горящей лампой;

3. термоскоп;

4. слайд–шоу.

Ход урока:

I. Проверка усвоения изученного материала (фронтальный опрос).

Вопросы для проверки:

1)  Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

О т в е т: Совершая механическую работу или теплопередачей.

2)  Расскажите о процессе нагревания металлической ложки, погруженной в горячую воду.

О т в е т: Кинетическая энергия молекул горячей воды больше кинетической энергии частиц ложки. Молекулы воды будут передавать часть своей кинетической энергии частицам ложки. В результате этого энергия молекул воды в среднем будет уменьшаться, а энергия частиц ложки будет увеличиваться. Температура воды уменьшиться, а температура ложки – увеличится. Через определенное время их температуры сравняются.

3)  Какой процесс называют теплопередачей?

О т в е т: Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

4)  Приведите примеры увеличения (уменьшения) внутренней энергии тела при совершении над ним (или этим телом над другими телами) механической работы.

О т в е т: При деформации тел (ударах, сгибании, разгибании, сжатии и т. д.) их внутренняя энергия увеличивается. Сжатый газ совершает работу, выталкивая пробку из сосуда, при этом внутренняя энергия газа уменьшается.

5)  В теплую комнату внесли с улицы бутыль, закрытую пробкой. Через некоторое время пробка выскочила из бутыли. Почему?

О т в е т: В теплой комнате температура воздуха, находящегося под пробкой, со временем увеличивается, при этом давление воздуха повышается и это приводит к выталкиванию пробки.

6)  Почему при обработке детали напильником деталь и напильник нагреваются?

О т в е т: Над телами совершается работа силы трения, при этом их внутренняя энергия увеличивается, а значит и температура тел повышается.

II. Изучение нового материала.

План изложения нового материала:

1.  Теплопроводность. Примеры в природе и технике.

2.  Явление конвекции в жидкостях и газах. Примеры в природе и технике.

3.  Излучение. Примеры в природе и технике.

4.  Примеры теплообмена в быту.

Начало слайд-шоу по новой теме.

Формулировка темы урока (слайд 1).

Мы уже знаем, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплопередачи (теплообмена). Изменение внутренней энергии посредством теплопередачи может производиться по-разному.

Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение или лучистый теплообмен. (Показ слайда 2).

Демонстрация опыта (опытная установка изображена на слайде 3 и рис. 6, стр. 11 учебника).

Определение теплопроводности (слайд 4):

1. Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой. В этом случае тела и все части, участвующие в процессе, находятся в непосредственном контакте.

Само вещество не перемещается вдоль тела – переносится лишь энергия

Объяснение механизма теплопроводности (слайд 5).

Показ сравнительных рисунков по теплопроводностям различных веществ (слайд 6) и теплоизоляционных материалов (слайд 7).

Примеры теплопроводности в природе (слайды 8,9) и технике (слайд 10).

Демонстрация опыта (опытная установка изображена на слайде 11 и рис. 10, 11, стр. 14 учебника).

Определение конвекции (слайд 12):

2. Конвекция (от лат. конвекцио – перенесение) – перенос энергии самими струями газа или жидкости.

Этот вид теплопередачи не является чисто тепловым процессом, так как перемешивание слоев газа или жидкости всегда связано с какими-то внешними, нетепловыми причинами.

Конвекция в твердых телах и вакууме происходить не может.

Объяснение механизма конвекции в газах (слайд 13).

Объяснение понятия тяги и природы её возникновения (слайд 14).

Объяснение механизма конвекции в жидкостях (слайд 15).

Примеры конвекции в природе (слайды 16-18) и технике (слайд 19).

Демонстрация опыта, установка которого изображена на рис. 13, стр. 17 учебника.

Определение излучения (лучистого теплообмена) (слайд 21).

3. Излучение – это теплопередача, при которой энергия переносится различными лучами.

Объяснения механизма излучения (слайды 22, 23).

В этом случае перенос энергии осуществляется посредством электромагнитных волн, с физической природой которых мы ознакомимся позднее. Излучение не нуждается в каких-либо иных посредниках.

Излучение может распространяться и в вакууме (например, Солнечное излучение).

Темные тела лучше поглощают излучение и быстрее нагреваются, чем светлые. Темные тела быстрее охлаждаются.

Примеры излучения в природе (слайд 24) и технике (слайд 25).

4. Примеры теплообмена в быту. Показ слайдов 27-33.

III. Закрепление изученного материала.

Вопросы и задания по изученному сегодня материалу:

Заполните схему (слайд 35).

О т в е т:

Ответьте на следующие вопросы: (Слайды 37-46).

1. Почему вы обжигаете губы, когда пьёте чай одинаковой температуры из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьёте чай из фарфоровой кружки?

О т в е т. Металлическая кружка по сравнению с фарфоровой нагревается сильнее, вследствие высокой теплопроводности металла по сравнению с фарфором.

2. Почему ручки чайников, кастрюль делают из пластмассы или дерева?

О т в е т. Пластмасса и дерево имеют низкую теплопроводность. Такие ручки предохраняют руки человека от ожога.

3. Почему нагретая сковорода охлаждается в воде быстрее, чем на воздухе?

О т в е т. Вода обладает большей теплопроводностью, чем воздух.

4. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?

О т в е т. Металлы обладают большей теплопроводностью. Горячие газы, двигаясь вверх по металлической трубе, охлаждаются быстрее, нежели при движении по кирпичной трубе. Плотность газов увеличивается, разность давлений в трубе и вне ее уменьшается, уменьшается и тяга.

5. Где и почему именно там размещают батареи в помещениях?

О т в е т. Батареи находятся ниже окон, для того, чтобы согревать холодный воздух, выходящий из окна. Благодаря конвекции теплый слой воздуха поднимается вверх и обогревается всё помещение.

6. Зачем самолёты красят «серебряной» краской?

О т в е т. Для меньшего нагревания или охлаждения корпуса самолёта.

7. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?

О т в е т. Темные тела лучше поглощают излучение Солнца и потому быстрее нагреваются.

8. Какой из изображенных чайников быстрее остынет?

О т в е т. Быстрее остынет черный чайник, так как темные тела быстрее охлаждаются.

9. Посмотрите на рисунок. Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

О т в е т. Один из мальчиков одет в темную футболку, хорошо поглощающую солнечной энергии, и ему жарко. А другой одет в светлую футболку, которая плохо поглощает энергию Солнца.

10. Почему зимой тяга в печных трубах больше, чем летом?

О т в е т. При условии неизменности высоты трубы тяга в ней тем сильнее, чем больше различаются давления на уровне основания трубы горячего воздуха в трубе и более холодного наружного воздуха. С понижением температуры наружного воздуха (зимой) его плотность возрастает, возрастает и его давление. Таким образом, тяга в печных трубах зимой больше, чем летом.

Придумайте опыт по рисунку и объясните наблюдаемое явление. (Слайд 47).

О т в е т. Берем два стержня, имеющих различные теплопроводности материалов из которых они изготовлены, например, деревянный стержень и медный. Ближе к одному из концов стержней крепим на стержни (через небольшие промежутки) с помощью воска несколько гвоздей. Стержни с закрепленными гвоздями помещаем свободными концами в стакан с горячей водой. Через определенное время гвозди, закрепленные на медном стержне, начнут падать, начиная снизу. Медный стержень имеет очень хорошую теплопроводность. Гвозди, закрепленные на деревянном стержне, не будут падать, так как дерево плохо проводит тепло.

Показ слайда 49 на закрепление изученных видов теплопередачи.

Домашнее задание: (Слайд 50) §§ 4-6. Упр. 2, 3. Кроссворд. (Слайд 51)

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.
Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

примеров конвекции в повседневной жизни

В этом посте вы познакомитесь с конвекцией тепла и примерами конвекции.
Если вы хотите получить пользу от этого сообщения, вам понравится этот пост.
Состав:

• Определение конвекции
• Примеры
• Приложения
• Подробнее…

Keep Reading…
W
Передача тепла путем фактического движения молекул из горячего места в холодное называется конвекцией.Морской бриз, наземный бриз и конвекционное течение — вот несколько примеров конвекции. Конвекция возникает только в жидкостях и газах.
Жидкости и газы плохо проводят тепла. Однако тепло передается через жидкости (жидкости или газы) с помощью другого метода, называемого конвекцией.
Почему надувной воздушный шар, показанный на рисунке., Поднимается вверх? жидкость или газ становятся легче (менее плотными), поскольку они расширяются при нагревании. Горячая жидкость или газ поднимается над нагретой зоной. Более холодная жидкость или газ из окружающей среды заполняют места, которые, в свою очередь, нагреваются.таким образом вся жидкость нагревается. Следовательно, передача тепла через жидкости происходит за счет фактического движения нагретых молекул от горячих частей жидкости к холодным.

Конвекция тепла в жидкостях

В отличие от частиц твердых тел, частицы в жидкостях и газах перемещаются из одного места в другое. Возьмите стакан и положите в него небольшие кусочки бумаги.
Заполните стакан водой наполовину. Нагрейте стакан спиртовкой. Мы увидим, что кусочки бумаги поднимаются на поверхность воды, перемещаются в сторону и опускаются на дно.Вода в стакане тоже нагревается. Молекулы воды поглощают тепловую энергию со дна стакана и поднимаются вверх. Остальные молекулы воды из окружения опускаются на дно, чтобы поглотить тепловую энергию. Из вышеупомянутого эксперимента мы также можем определить конвекцию как: «Передача тепла, при которой молекулы среды фактически движутся к источнику тепловой энергии, чтобы поглотить тепло, а затем удаляться от него, называется конвекцией».

Есть ли конвекция в твердых телах?

Конвекция возникает в жидкостях и газах только потому, что их молекулы могут свободно перемещаться.Молекулы твердого тела тесно связаны. Они не могут свободно передвигаться. Молекулы твердого тела тесно связаны. Они не могут свободно перемещаться, поэтому в твердых телах конвекция невозможна.

В чем разница между сухим и морским бризом?

Land Breeze:
Сухой и морской бриз являются результатом конвекции. В жаркий день температура суши повышается быстрее, чем моря. Это потому, что удельная теплоемкость земли намного меньше, чем у воды.Воздух над землей нагревается и поднимается вверх. холодный воздух с моря начинает двигаться к суше. Это называется морской бриз.
Sea Breeze:
Ночью земля остывает быстрее, чем море. Поэтому воздух над морем теплее, поднимается вверх, а холодный воздух с суши начинает двигаться в сторону моря, как показано на рисунке. Это называется морским бризом.

ПЛАНИРОВАНИЕ:

Что заставляет планер оставаться в воздухе?
Планер, похожий на небольшой самолет без двигателя.Пилоты-планеры используют восходящее движение потоков горячего воздуха за счет конвекции тепла. Эти восходящие потоки горячего воздуха называются термиками. летает над этим термиком на планере. Движение воздушных потоков вверх в термике помогает им оставаться в воздухе в течение длительного периода.
Как термики помогают птицам часами летать, не взмахивая крыльями?
Птицы расправляют крылья и кружатся в этих потоках. Движение воздуха вверх помогает птицам взбираться вместе с ним. орлов, ястребов и стервятников — опытных любителей термального восхождения. Поднявшись на свободном подъеме, птицы могут часами летать, не взмахивая крыльями. Они скользят от одного теплового потока к другому и, таким образом, преодолевают большие расстояния и им не нужно махать крыльями.

Примеры конвекции

• Водяной насос в доме, где горячая вода разделяется для эффективного распределения, проходит через средство (насос), чтобы она выходила в душ, и человек мог купаться в необходимом количестве.

В домашних духовках

• используется конвекционная технология, чтобы человек мог регулировать желаемый уровень температуры при приготовлении холодных блюд.Внутри будет циркулировать поток горячего воздуха.
• Конвекция возникает на дне океанов, где энергия воды встречается с холодной поверхностью, что приводит к возникновению океанских течений.
• Когда вулкан извергается, это происходит потому, что сила тяжести притягивает его горячие жидкости к поверхности, остальные жидкости спускаются вниз.
• Конвекционные печи передают тепло, вызывая полностью естественную циркуляцию воздуха, и это заставляет тепло равномерно распределяться по всему помещению.
• Воздушные шары удерживаются в воздухе благодаря горячему воздуху, исходящему от двигателя, но если они остынут, шары начинают разрушаться.
• Когда человек купается в очень горячей воде, стекло в душе запотевает.
• Фен оснащен двигателем, который служит вентилятором для нагнетания воздуха через терморезистор. Следовательно, он передает тепло за счет принудительной конвекции.

Области применения конвекции

• Бытовая система водоснабжения основана на конвекции.Работает как:

Вода в котле нагревается газовыми горелками. Горячая вода расширяется и становится менее плотной. Отсюда он поднимается и течет в верхнюю половину цилиндра.
Для замены горячей воды холодная вода из бачка попадает в нижнюю половину цилиндра, а затем в бойлер из-за разницы давлений.
Переливная труба прикрепляется к баллону на тот случай, если температура воды станет слишком высокой и вызовет большое расширение горячей воды.
Кран горячей воды, идущий от переливной трубы, должен быть ниже бачка, чтобы разница давлений между бачком и краном заставляла воду вытекать из крана.

Нагревательный змеевик электрического чайника всегда размещается внизу чайника.
При включении питания вода возле нагревательного змеевика нагревается, расширяется и становится менее плотной. Таким образом, нагретая вода поднимается вверх, в то время как более холодные области в верхней части водоема опускаются, чтобы заменить нагретую воду.

Ротационный вентилятор внутри кондиционера принудительно охлаждает сухой воздух в помещении. Холодный воздух, будучи плотным, опускается вниз, а теплый воздух внизу, будучи менее плотным, поднимается вверх и втягивается в кондиционер, где охлаждается. Таким образом происходит рециркуляция воздуха, и температура воздуха падает до значения, заданного на термостате.

Холодильник работает так же, как кондиционер. Морозильный агрегат размещается вверху для охлаждения воздуха, так как он плотный. Тонет, а теплый воздух внизу поднимается.Это создает конвекционные токи внутри шкафа, которые помогают охладить содержимое внутри.

Подробнее о конвекции смотрите видео:

Просмотр:

13 примеров конвекции в повседневной жизни — StudiousGuy

Конвекция относится к процессу передачи тепла или энергии через текучую среду (газ или жидкость) от высокой температуры к низкой. Конвекция — это один из трех типов теплопередачи; два других — излучение и проводимость.Под проводимостью понимается передача тепла между телами, находящимися в физическом контакте; тогда как при излучении энергия излучается в форме электромагнитных волн.

Молекулярное движение в жидкостях является причиной конвективной теплопередачи. Движение молекул увеличивается, когда температура молекул увеличивается; в результате молекулы стремятся удаляться друг от друга. Движение молекул отвечает за передачу тепла.

Если вы посмотрите вокруг, вы можете заметить, что конвекция играет важную роль в повседневной жизни.В этой статье мы собираемся обсудить реальные примеры конвекции, которые весьма интересны.

1. Бриз

Морской и наземный бриз являются классическими примерами конвекции. Согласно определению конвекции, молекулы с более высокой температурой вытесняют молекулы с более низкой температурой. Точно так же днем ​​поверхность суши у моря теплее, чем вечером. Конвекция заставляет воздух, который находится ближе к поверхности земли, нагреваться и, следовательно, подниматься.Этот теплый воздух у суши легко заменяется холодным, что приводит к «Морскому бризу». Ночью земля остывает сильнее. Однако воздух над морской водой теплый и поэтому поднимается вверх. Как только этот воздух поднимается, он заменяется холодным воздухом с суши, который обычно называют «сухопутным бризом».

2. Кипяток

Конвекция проявляется при кипячении воды. Происходит то, что холодная вода внизу нагревается от энергии горелки и поднимается вверх.Когда горячая вода поднимается, холодная вода устремляется, чтобы заменить ее, что приводит к круговому движению.

3. Кровообращение у теплокровных млекопитающих

Вы можете быть удивлены, узнав, что теплокровные животные используют конвекцию для регулирования температуры тела. Человеческое сердце — это насос, а кровообращение в человеческом теле — пример принудительной конвекции. Тепло, выделяемое клетками тела, передается воздуху или воде, протекающей по коже.

4. Кондиционер

В жаркий летний день кондиционеры работают постоянно. Процесс охлаждения воздуха в кондиционерах основан на принципе конвекции. Холодный воздух выпускается кондиционерами. Теперь этот холодный воздух плотнее теплого и, следовательно, тонет. Теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается вверх и втягивается кондиционером. В результате создается конвекционный ток, и комната охлаждается.

5.Радиатор

Даже радиаторы работают по принципу конвекции. Как и в приведенном выше примере с кондиционерами, радиаторы работают аналогичным образом. В радиаторах нагревательный элемент размещается внизу. Холодный воздух, будучи плотным, опускается и забирается в радиатор; его нагревают и отпускают. Горячий воздух заменяет промежуток, оставленный холодным воздухом. Поэтому создается конвекционный ток.

6. Холодильник

Принцип работы холодильников очень похож на принцип работы кондиционеров.Морозильная камера, в случае холодильников, размещается вверху. Как упоминалось выше, теплый воздух, будучи менее плотным, поднимается вверх и, следовательно, охлаждается морозильной камерой. Теперь этот прохладный воздух, будучи более плотным, опускается вниз и, следовательно, сохраняет нижнюю часть холодильника прохладной.

7. Поппер горячего воздуха

Поппер с горячим воздухом, который используется для приготовления попкорна, также использует принцип конвекции. Поппер горячего воздуха имеет вентилятор, вентиляционное отверстие и нагревательный элемент. Когда поппер включен, вентилятор нагнетает воздух на нагревательный элемент через вентиляционное отверстие.Нагревательный элемент, в свою очередь, нагревает воздух; который затем поднимается. Над нагревательным элементом размещены ядра попкорна. Ядра нагреваются, когда поднимается горячий воздух; поэтому ядра лопаются.

8. Воздушный шар

Воздушные шары могут подниматься по принципу конвекции. Вы могли видеть обогреватель в основании воздушного шара. Этот обогреватель нагревает воздух, который движется вверх.Горячий воздух, который поднимается вверх, попадает в воздушный шар и, следовательно, заставляет его подниматься. Когда должна произойти посадка воздушного шара, пилот выпускает часть горячего воздуха. Холодный воздух заменяет выпускаемый горячий воздух; поэтому воздушный шар опускается.

9. Горячий напиток

Кто не любит чашку горячего кофе в зимний день? Знаете ли вы, что выделение тепла из дымящейся чашки горячего кофе также работает по принципу конвекции? Возможно, вы часто наблюдали пар, выходящий из чашки с горячим кофе.Пар в виде теплого воздуха поднимается вверх из-за высокой температуры жидкости. Этот пар передается в воздух.

10. Осадки и грозы

Можно даже наблюдать роль конвекции в осадках и грозах. Посмотрим как? Облака образуются, когда вода в океане нагревается и поднимается вверх. Эти теплые капли воды, в свою очередь, насыщаются, что приводит к образованию облаков. Маленькие облака, которые образуются в результате этого процесса, сталкиваются друг с другом, образуя большие облака.Эти большие облака, которые обычно называют кучево-дождевыми, приводят к дождям и грозам.

11. Двигатели с воздушным охлаждением

Двигатели в транспортных средствах, например в легковых автомобилях, охлаждаются водяными рубашками. Продолжительная работа двигателей приводит к нагреванию воды в водяной рубашке / водяных трубах, окружающих двигатель. Чтобы двигатель продолжал работать, воду необходимо охладить. Когда вода нагревается, она начинает течь по трубам, окружающим двигатель.Когда теплая вода течет по этим трубам, она охлаждается вентиляторами. Эти вентиляторы тоже присутствуют в трубах. Как только вода остывает, она возвращается в двигатель; следовательно, соблюдая сам принцип конвекции и охлаждения двигателя.

12. Таяние льда

Таяние льда — еще один пример конвекции. Температура поверхности или границы льда увеличивается по мере того, как теплый воздух дует над поверхностью; или под ним течет вода, температура которой выше, чем у льда.Когда температура поверхности или границы льда изменяется, лед тает. Подобным образом замороженный материал тает в воде.

13. Конвекционная печь

Кто не любит торты и печенье? Но знаете ли вы, что в большинстве духовок используется принцип конвекции? В конвекционных печах используется принудительная конвекция. При нагревании молекулы, присутствующие в воздухе, также нагреваются и начинают двигаться. Благодаря этому теплому воздуху пища в духовке готовится.

Источники изображений

• free-online-private-pilot-ground-school.com
• subrogationrecoverylawblog.com
• flowvella.com
• bestheating.com
• 3.bp.blogspot.com
• i5.walmartimages.ca
• cradle-cfd.com
• slideplayer.com
• images-na.ssl-images-amazon.com
• inabottle.it
• icestories.exploratorium.edu
• ffden-2.phys.uaf.edu

Конвекция в науке: определение, уравнения и примеры — видео и стенограмма урока

Что такое конвекционные токи?

Вы когда-нибудь держали руку над кастрюлей с кипящей водой? Вы, наверное, не смогли бы удерживать его там долго.Но когда вы кладете руку рядом с того же банка, вы чувствуете себя прекрасно. Почему так случилось? Из-за конвекции!

Существует три типа теплопередачи: кондуктивная, конвекционная и радиационная. Конвекция — это тип теплопередачи, которая может происходить только в жидкостях и газах, потому что она включает эти жидкости или газы, физически движущиеся.

Конвекция возникает, когда существует разница температур между двумя частями жидкости или газа. Горячая часть жидкости поднимается, а более холодная опускается.Но давайте возьмем пример, чтобы подумать о , почему это происходит с , иначе мы предположим, что у жидкости есть собственный разум.

После дня хорошего, основательного обучения пора сделать перерыв. Вы ставите чайник, чтобы заварить чашку чая. Чайник нагревает воду снизу, давая молекулам у дна больше кинетической энергии (энергии движения). Это дополнительное движение позволяет молекулам немного разойтись. Если они больше разнесены, значит, вода менее плотная. Холодная вода обычно плотнее горячей.

Что произойдет, если вы поместите что-то менее плотное внутрь более плотного? Что ж, попробуйте положить пробку под воду. Вы не удивитесь, увидев, как он прыгнет прямо на поверхность. Таким же образом горячая вода на дне чайника менее плотная, чем холодная вода над ним, поэтому она будет подниматься на поверхность. Попав туда, он снова остывает, потому что находится дальше от нагревательного элемента.Это заставляет его становиться более плотным и тонуть.

Эти движения воды являются конвекционными потоками, поэтому кипящая вода так сильно перемещается. Вода нагревается и становится менее плотной, затем поднимается и охлаждается, снова становясь более плотной, пока не тонет. Этот процесс повторяется снова и снова. И все это из-за простой разницы температур между верхом и низом чайника.

Итак, всего минуту назад я спросил вас, почему так жарко над кипящей водой, когда совершенно удобно положить рядом с ним руку.Причина этого — конвекционные токи. Это потому, что нарастает жара. Когда вы кладете руку рядом с горшком, вы получаете энергию через другие типы теплопередачи, такие как теплопроводность и излучение. Но не очень. Однако над ним вы добавляете в смесь конвекцию. Нагретый воздух буквально поднимается к вам к руке.

Конвекционные токи и как они работают

Конвекционные токи — это текущая жидкость, которая движется из-за разницы температур или плотности внутри материала.

Поскольку частицы в твердом теле фиксируются на месте, конвекционные токи наблюдаются только в газах и жидкостях. Разница температур приводит к передаче энергии из области с более высокой энергией в область с более низкой энергией.

Конвекция — это процесс теплопередачи. Когда возникают токи, материя перемещается из одного места в другое. Так что это тоже процесс массообмена.

Естественная конвекция называется естественной конвекцией или свободной конвекцией .Если жидкость циркулирует с помощью вентилятора или насоса, это называется принудительной конвекцией . Ячейка, образованная конвекционными потоками, называется конвекционной ячейкой или ячейкой Бенара .

Почему они формируют

Разница температур заставляет частицы двигаться, создавая ток. В газах и плазме разница температур также приводит к участкам с более высокой и более низкой плотностью, где атомы и молекулы движутся, заполняя области с низким давлением.

Короче говоря, горячие жидкости поднимаются, а холодные — опускаются.Если не присутствует источник энергии (например, солнечный свет, тепло), конвекционные токи продолжаются только до тех пор, пока не будет достигнута однородная температура.

Ученые анализируют силы, действующие на жидкость, чтобы классифицировать и понять конвекцию. Эти силы могут включать:

• Гравитация
• Поверхностное натяжение
• Разница концентраций
• Электромагнитные поля
• Вибрация
• Образование связи между молекулами

Конвекционные токи можно моделировать и описывать с помощью уравнений конвекции-диффузии, которые представляют собой скалярные уравнения переноса.

Примеры конвективных токов и шкалы энергии

• Вы можете наблюдать конвекционные токи в кипящей воде в кастрюле. Просто добавьте несколько горошин или кусочков бумаги, чтобы отследить текущий поток. Источник тепла на дне кастрюли нагревает воду, давая ей больше энергии и заставляя молекулы двигаться быстрее. Изменение температуры также влияет на плотность воды. Когда вода поднимается к поверхности, часть ее имеет достаточно энергии, чтобы уйти в виде пара. Испарение охлаждает поверхность настолько, что некоторые молекулы снова опускаются на дно сковороды.
• Простой пример конвекционных потоков — теплый воздух, поднимающийся к потолку или чердаку дома. Теплый воздух менее плотный, чем холодный, поэтому он поднимается вверх.
• Ветер — это пример конвекционного течения. Солнечный свет или отраженный свет излучает тепло, создавая разницу температур, которая заставляет воздух двигаться. Тенистые или влажные участки более прохладны или способны поглощать тепло, усиливая эффект. Конвекционные токи являются частью того, что движет глобальной циркуляцией атмосферы Земли.
• При сгорании возникают конвекционные токи.Исключением является то, что горению в условиях невесомости не хватает плавучести, поэтому горячие газы не поднимаются естественным образом, позволяя свежему кислороду подпитывать пламя. Минимальная конвекция в невесомости приводит к тому, что многие языки пламени заглушаются собственными продуктами сгорания.
• Атмосферная и океаническая циркуляция — это крупномасштабные движения воздуха и воды (гидросфера) соответственно. Эти два процесса работают вместе друг с другом. Конвекционные потоки в воздухе и на море приводят к погоде.
• Магма в мантии Земли движется конвекционными токами. Горячее ядро ​​нагревает материал над ним, заставляя его подниматься к корке, где он охлаждается. Тепло исходит от сильного давления на скалу в сочетании с энергией, выделяющейся при естественном радиоактивном распаде элементов. Магма не может продолжать подниматься, поэтому она движется горизонтально и снова опускается вниз.
• Эффект дымовой трубы или дымохода описывает конвекционные потоки, перемещающие газы через дымоходы или дымоходы. Плавучесть воздуха внутри и снаружи здания всегда разная из-за разницы температуры и влажности.Увеличение высоты здания или стека увеличивает силу эффекта. Это принцип, на котором основаны градирни.
• Конвекционные токи очевидны на солнце. Гранулы, видимые в фотосфере Солнца, являются вершинами конвективных ячеек. В случае Солнца и других звезд жидкость — это плазма, а не жидкость или газ.

Как работает приготовление пищи: конвекция и кондукция

Как еда нагревается? Просто поставьте его в духовку или разогрейте на плите.Путь передачи тепла от чего-то горячего, например пламени или кастрюли с кипящей водой, к продукту, который мы собираемся приготовить, — это процесс, называемый теплопередача , и различные способы, которыми это может быть достигнуто, определяют способ приготовления пищи и каков будет конечный результат.

Существует два основных метода теплопередачи: теплопроводность и конвекция . (Третий метод, , ​​излучение , также известен, но он выходит за рамки этого обсуждения.)

Проводимость

Электропроводность, вероятно, самый простой и интуитивно понятный способ достижения теплопередачи. Что-то горячее касается чего-то холодного, и крутая вещь нагревается. Например, вода в кастрюле закипает, когда пламя от плиты нагревает сковороду, и тепло от сковороды передается воде посредством теплопроводности.

Если вы уроните яйцо в кипящую воду, тепло от воды передается яйцу. По мере того, как внешние части яйца нагреваются, это тепло передается внутрь, так что именно более горячие части яйца в конечном итоге нагревают охладитель, внутренние части самого себя.Передача тепла от одной части объекта к другой части того же объекта также считается проводимостью.

Эффективность передачи тепла таким образом зависит от проводимости задействованных элементов. Медь является чрезвычайно хорошим проводником тепла, что означает, что тепло проходит через медную посуду и быстро передается к продуктам.

Для сравнения: вода или даже нержавеющая сталь относительно плохо проводят тепло. В этом отношении пища сама по себе плохо проводит тепло, поэтому мы видим, что жаркое будет продолжать готовиться в течение нескольких минут даже после того, как мы достали его из духовки.

Вот почему так сложно запекать индейку. Вы в основном готовите птицу изнутри, нагревая ее снаружи. К тому времени, как внутренняя часть (т. Е. Бедро) будет готова, внешняя сторона (т. Е. Грудка) будет переварена.

Конвекция

В то время как теплопроводность — это статический процесс, конвекция — более эффективный метод передачи тепла, поскольку она добавляет элемент движения. Конвекционная печь нагревает пищу быстрее, чем обычная, потому что в ней есть вентилятор, который обдувает горячий воздух.

Конвекционные печи могут сократить время приготовления на 25% и более по сравнению с обычными духовками. Они также имеют тенденцию усиливать подрумянивание пищи, концентрируя больше тепла на внешней поверхности пищи.

Движение пара или движение кипящей воды в кастрюле также являются примерами конвекции. Перемешивание супа в кастрюле будет рассматриваться как форма конвекции, поскольку она перераспределяет тепло от дна кастрюли по всему супу.

Конвекция также является причиной того, что замороженные продукты быстрее оттаивают под холодной проточной водой, чем если бы их просто погрузили в воду.

Примеры конвекции

Конвекция

Конвекция — это передача тепла путем его циркуляции через воздух или жидкости. В отличие от теплопроводности, при которой между двумя объектами должен быть прямой или косвенный контакт для передачи тепла, конвекция зависит от циркулирующего движения молекул для передачи тепла. Также в отличие от проводимости, которая основана на микроскопическом движении частиц для передачи тепла, конвекция — это одновременный перенос большого количества массы.

Однако, как и в случае с теплопроводностью, теплопередача при конвекции перемещается из более горячей области в более холодную.

Примеры конвекции:

1. Отопление воды на плите

Когда кастрюлю с водой ставят на плиту и ее включают, сама кастрюля становится все более горячей из-за теплопроводности; здесь металл кастрюли напрямую контактирует с нагревательным элементом. Но вода внутри кастрюли нагревается за счет конвекции. Когда вода на дне кастрюли (касаясь все более горячего металла) поднимается, она передает тепло воде над ним.Холодная вода выталкивается вниз к горячему дну кастрюли за счет конвекционных потоков, и процесс продолжается.

2. Воздушный шар

Воздушные шары поднимаются вверх из-за того, что более теплый воздух менее плотен, чем воздух вокруг него. Источник тепла на дне воздушного шара нагревает молекулы воздуха вокруг пламени, и эти молекулы
подъем. Более теплый воздух менее плотный, чем холодный, поэтому, когда теплый воздух поднимается вверх, молекулы расходятся. Холодный воздух выталкивается вниз, где он также нагревается.Вихревое движение более теплого воздуха, когда он поднимается.
продолжает повышать температуру окружающего воздуха.

3. Теплая погода и водоемы

Погода в значительной степени зависит от конвекции, поскольку воздух создает бриз над сушей, расположенной рядом с большими водоемами, такими как озера или океаны. Вода имеет более высокую теплоемкость, чем земля, поэтому она удерживает свои
нагреть лучше. Это означает, что изменение температуры воды в любом направлении занимает больше времени. В дневное время температура воздуха над водоемом будет ниже, чем температура воздуха над сушей, что создает
область низкого давления над сушей и область более высокого давления над водой.Это движение молекул воздуха от одной системы давления и температуры к другой заставляет ветерок дуть с воды на сушу, изменяя температуру. Противоположный сценарий происходит ночью, когда солнце садится и вода остывает медленнее, чем земля.

4. Приготовление ужина

Если мясо все еще заморожено, когда его пора начинать готовить, оно будет таять быстрее при помещении под проточную воду, чем при погружении в воду. Причина в том, что конвекция или движение воды и ее циркуляция тепла будет передавать тепло замороженному мясу быстрее, чем если бы мясо было погружено в воду и должно поглощать тепловую энергию за счет теплопроводности.

5. Земная конвекция

Мантия Земли движется очень медленно из-за конвекционных потоков под поверхностью. Эти токи передают тепло от горячего ядра Земли, отправляя его на поверхность. Вихревые токи
заставляют тектонические плиты очень плавно перемещаться по поверхности планеты. В то же время новый горячий мат прилипает к растущим краям пластин, а затем охлаждается. Материал становится более плотным, когда тепло заставляет его сжиматься и погружаться обратно в мантию в океанической впадине, вызывая образование вулкана.

Примеры конвекции

Конвекция | Encyclopedia.com

КОНЦЕПЦИЯ

Конвекция — это название средства теплопередачи, отличного от теплопроводности и излучения. Это также термин, который описывает процессы, влияющие на атмосферу, воду и твердую землю. В атмосфере горячий воздух поднимается за счет конвекционных потоков, циркулируя и создавая облака и ветры. Точно так же конвекция в гидросфере обеспечивает циркуляцию воды, поддерживая температурные градиенты океанов стабильными.Термин конвекция обычно относится к движению жидкостей, то есть жидкостей и газов, но в науках о Земле конвекция также может использоваться для описания процессов, происходящих в твердой Земле. Эта геологическая конвекция, как известно, приводит в движение движение плит, что является одним из ключевых аспектов тектоники плит.

КАК ЭТО РАБОТАЕТ

Введение в конвекцию

Некоторые концепции и явления пересекают дисциплинарные границы в науках о Земле, например, физический процесс конвекции.Это в равной степени актуально для ученых, работающих в геологических, атмосферных и гидрологических науках или в областях изучения геосферы, атмосферы и гидросферы, соответственно. Единственным важным компонентом земной системы, на который конвекция не оказывает прямого воздействия, является биосфера, но, учитывая высокую степень взаимосвязи между различными подсистемами, конвекция косвенно влияет на биосферу в воздухе, водах и твердой земле.

Конвекцию можно определить как вертикальную циркуляцию, которая возникает из-за разницы в плотности, в конечном итоге вызванной разницей в температуре, и включает в себя передачу тепла посредством движения горячей жидкости из одного места в другое.В физических науках термин «жидкость» относится к любому веществу, которое течет и поэтому не имеет определенной формы. Обычно это означает жидкости и газы, но в науках о Земле это может относиться даже к медленным твердым телам. На протяжении огромного промежутка времени, изученного учеными-землеведами, чистый поток твердых тел при определенных обстоятельствах (например, лед в ледниках) может быть значительным.

Конвекция и тепло

Как указано в предыдущем абзаце, конвекция тесно связана с теплом и температурой и косвенно связана с другим явлением, тепловой энергией.То, что люди обычно называют теплом , на самом деле является тепловой энергией или кинетической энергией (энергия, связанная с движением), производимой молекулами, движущимися относительно друг друга.

Тепло в его научном понимании — это внутренняя тепловая энергия, которая течет от одного тела материи к другому или от системы с более высокой температурой к системе с более низкой температурой. Таким образом, температуру можно определить как меру средней молекулярной кинетической энергии системы. Температура также определяет направление внутреннего потока энергии между двумя системами.Говорят, что две системы при одинаковой температуре находятся в состоянии теплового равновесия; когда это происходит, теплообмен отсутствует, и поэтому тепло передается только между двумя системами.

Холод не бывает, есть только отсутствие тепла. Если тепло существует только при передаче между системами, из этого следует, что направление теплового потока всегда должно быть от системы с более высокой температурой к системе с более низкой температурой.
(Этот факт воплощен во втором законе термодинамики, который обсуждается, наряду с другими упомянутыми здесь темами, в книге «Энергия и Земля».) Передача тепла происходит тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.

ПРОВОДИМОСТЬ И ИЗЛУЧЕНИЕ.

Проводимость включает в себя последовательные столкновения молекул и передачу тепла между двумя контактирующими телами. Обычно это происходит в твердом теле. Конвекция требует движения жидкости из одного места в другое, и, как мы уже отметили, она может происходить в жидкости, газе или почти твердом теле, которое ведет себя как медленно текущая жидкость. Наконец, излучение включает в себя электромагнитные волны и не требует физической среды, такой как вода или воздух, для передачи.

Если вы поместите один конец металлического стержня в огонь, а затем через несколько минут коснетесь «холодного» конца, вы обнаружите, что он уже не холодный. Это пример нагрева за счет теплопроводности, при котором кинетическая энергия передается от молекулы к молекуле так же, как секрет передается от одного человека к другому по ряду людей, стоящих плечом к плечу. Так же, как первоначальная формулировка секрета искажается, некоторая кинетическая энергия неизбежно теряется в серии передач, поэтому конец стержня вне огня все еще намного холоднее, чем тот, который сидит в огне.

Что касается излучения, то оно отличается от проводимости и конвекции тем, что для его передачи не требуется среда. Это объясняет, почему космос холодный, но солнечные лучи согревают Землю: лучи представляют собой форму электромагнитной энергии, и они перемещаются посредством излучения в космосе. Космос — это, конечно, фактическое отсутствие среды, но при входе в атмосферу Земли тепло от электромагнитных лучей передается различным средам в атмосфере, гидросфере, геосфере и биосфере.Затем это тепло передается посредством конвекции и теплопроводности.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА ЧЕРЕЗ КОНВЕКЦИЮ.

Подобно проводимости и в отличие от излучения, конвекция требует среды. Однако при теплопроводности тепло передается от одной молекулы к другой, тогда как при конвекции сама нагретая жидкость фактически движется. При этом он удаляет или вытесняет холодный воздух на своем пути. Течение нагретой жидкости в этой ситуации называется конвекционным током.

Конвекция бывает двух видов: естественная и принудительная.Подъем нагретого воздуха является примером естественной конвекции. Горячий воздух имеет меньшую плотность, чем более холодный воздух в атмосфере над ним, и поэтому обладает плавучестью; однако при подъеме теряет энергию и охлаждается. Этот охлажденный воздух, теперь более плотный, чем окружающий его воздух, снова опускается, создавая повторяющийся цикл, порождающий ветер.

Принудительная конвекция возникает, когда насос или другой механизм перемещает нагретую жидкость. Примеры устройств с принудительной конвекцией включают некоторые типы духовок и даже холодильников или кондиционеров.Как отмечалось ранее, можно передавать тепло только от высокотемпературного резервуара к низкотемпературному, и, таким образом, эти охлаждающие машины работают за счет удаления горячего воздуха. Холодильник забирает тепло из своего отсека и отводит его в окружающую комнату, в то время как кондиционер забирает тепло из комнаты или здания и выпускает его наружу.

Принудительная конвекция не обязательно связана с искусственными машинами: человеческое сердце — это насос, а кровь переносит избыточное тепло, выделяемое телом, к коже.Тепло проходит через кожу посредством теплопроводности, и на поверхности кожи оно выводится из организма различными способами, в первую очередь за счет охлаждения испарения пота.

РЕАЛЬНЫЕ ПРИМЕНЕНИЯ

Конвективные ячейки

Одним из важных механизмов конвекции, будь то в воздухе, воде или даже твердой земле, является конвективная ячейка, иногда известная как конвекционная ячейка. Последний может быть определен как круговой узор, созданный подъемом нагретой жидкости и опусканием охлажденной жидкости.Конвективные ячейки могут иметь диаметр всего несколько миллиметров или быть больше, чем сама Земля.

Эти клетки можно наблюдать по разным шкалам. Внутри тарелки с супом нагретая жидкость поднимается вверх, а остывшая — капает. Эти процессы обычно трудно увидеть, если речь идет не о японском супе мисо. В этом случае можно наблюдать, как кусочки соевой пасты или мисо поднимаются при нагревании, а затем опускаются внутрь, чтобы снова нагреться.

В гораздо большем масштабе конвективные ячейки присутствуют на Солнце.Эти огромные клетки появляются на поверхности Солнца в виде зернистого узора, образованного
колебания температуры между частями ячейки. Яркие пятна — это вершина восходящих конвекционных потоков, в то время как темные области — это охлажденный газ, направляющийся внутрь Солнца, где он нагревается и снова поднимается.

Кучево-дождевое облако, или «гроза», является особенно ярким примером конвективной ячейки. Это одни из самых ярких облачных образований, которые можно увидеть, и по этой причине режиссер Акира Куросава использовал сцены из
катящиеся грозовые тучи, чтобы добавить атмосферности (в буквальном смысле) своему эпическому фильму « Ran» 1985 года. В течение всего нескольких минут эти вертикальные башни облаков образуются, когда теплый влажный воздух поднимается, затем охлаждается и опускается. В результате получается облако, которое, кажется, олицетворяет силу и беспокойство, отсюда Куросава использует кучево-дождевые облака в сцене, которая происходит накануне битвы.

МОРСКОЙ БРИЗ.

Конвективные ячейки, наряду с конвекционными потоками, помогают объяснить, почему на пляже обычно дует ветер. На берегу моря, конечно же, есть поверхность суши и вода, на которые падает свет Солнца.При таком воздействии температура земли повышается быстрее, чем воды. Причина в том, что вода имеет чрезвычайно высокую удельную теплоемкость — то есть количество тепла, которое должно быть добавлено к единице массы или отведено от нее, чтобы данное вещество изменило свою температуру на 33,8 ° F (1 ° C). Таким образом, озеро, ручей или океан — всегда хорошее место, чтобы охладиться в жаркий летний день.

Земля нагревается быстрее, как и воздух над ней. Этот нагретый воздух поднимается в виде конвекционного потока, но по мере того, как он поднимается и преодолевает силу тяжести, он расходует энергию и поэтому начинает охлаждаться.Затем охлажденный воздух опускается. И так далее: нагретый воздух поднимается вверх, а охлаждающий воздух опускается вниз, образуя конвективную ячейку, которая непрерывно циркулирует воздух, создавая легкий ветерок.

КОНВЕКТИВНЫЕ КЛЕТКИ ПОД НАШИМИ НОГАМИ.

Конвективные ячейки также могут существовать в твердой Земле, где они вызывают сдвиг пластин (подвижных сегментов) литосферы — верхнего слоя недр Земли, включая кору и хрупкую часть в верхней части мантии. Таким образом, они играют роль в тектонике плит, одной из важнейших областей изучения наук о Земле.Тектоника плит объясняет множество явлений, от дрейфа континентов до землетрясений и вулканов. (См. «Тектоника плит» для получения более подробной информации по этому вопросу.)

В то время как электромагнитная энергия Солнца является источником тепла за атмосферной конвекцией, энергия, которая движет геологической конвекцией, является геотермальной и поднимается из ядра Земли в результате радиоактивного распада. (См. Энергия и Земля.) Конвективные ячейки образуются в астеносфере, области чрезвычайно высокого давления на глубине около 60-215 миль.(около 100-350 км), где горные породы деформируются огромными напряжениями.

В астеносфере нагретый материал поднимается в конвекционном потоке, пока не достигнет нижней части литосферы (верхнего слоя земной коры и верхней части мантии), за пределы которой он не может подняться. Таким образом, он начинает двигаться горизонтально или горизонтально и при этом увлекает за собой часть литосферы. В то же время этот нагретый материал отталкивает на своем пути более холодный и плотный материал.Более холодный материал опускается ниже в мантию (толстый, плотный слой породы, толщиной примерно 1429 миль [2300 км], между земной корой и ядром), пока он снова не нагревается и в конечном итоге поднимается вверх, таким образом распространяя цикл.

Оседание: ясная погода и ненастье

Как и в случае с конвективными ячейками, оседание может происходить в атмосфере или геосфере. Термин проседание может относиться либо к процессу проседания со стороны воздуха или твердой земли, либо, в случае твердой земли, к образовавшейся формации.Таким образом, это определяется по-разному как движение воздуха вниз, опускание земли или углубление в земле. В данном контексте мы обсудим атмосферное проседание, которое более тесно связано с конвекцией. (Подробнее о геологических
оседание, см. статьи «Геоморфология и массовая потеря».)

В атмосфере проседание является результатом нарушения нормального восходящего потока конвективных течений. Эти потоки могут действовать, создавая конвективную ячейку, как мы видели, что приводит к потоку бриза.Водяной пар в воздухе может конденсироваться при охлаждении, переходя в жидкое состояние и образуя облака. Конвекция может создать область низкого давления, сопровождаемую сходящимися ветрами, у поверхности Земли, явление, известное как циклон. С другой стороны, если происходит оседание, это приводит к образованию области высокого давления, известной как антициклон.

Частицы воздуха продолжают подниматься в конвективных потоках до тех пор, пока плотность их верхней части не сравняется с плотностью окружающей атмосферы, после чего столб воздуха стабилизируется.С другой стороны, проседание может произойти, если воздух на высоте в несколько тысяч футов станет плотнее, чем окружающий воздух, но при этом не обязательно будет холоднее или влажнее. На самом деле этот воздух необычно сухой, и он может быть теплым или холодным. Его плотность затем заставляет его тонуть, и при этом он сжимает
воздух вокруг него. Результат — высокое давление у поверхности и расходящиеся ветры прямо над поверхностью.

Описанная здесь форма атмосферного оседания дает приятные результаты, объясняющие, почему системы высокого давления обычно ассоциируются с хорошей погодой.С другой стороны, если оседающий воздух оседает на более прохладный слой воздуха, это создает то, что известно как инверсия оседания, и результаты гораздо менее полезны. В этой ситуации слой теплого воздуха оказывается зажат между более холодными слоями над и под ним на высоте нескольких сотен или даже нескольких тысяч футов. Это означает, что загрязненный воздух также задерживается, создавая потенциальную опасность для здоровья. Инверсии проседания чаще всего происходят на крайнем севере зимой и на востоке США в конце лета.

Когда не-жидкость действует как жидкость

До этого момента мы говорили в основном о конвекции в атмосфере и геосфере, но она также важна и в океанах. Приведенный ранее пример мисо-супа иллюстрирует движение жидкости и, следовательно, частиц, которое может происходить, когда в жидкости создается конвективная ячейка.

Точно так же в океане конвекция, вызванная как теплом с поверхности, так и, в большей степени, геотермальной энергией на дне, поддерживает постоянную циркуляцию воды.Конвекция океана приводит к переносу тепла на глубину и поддерживает стабильную стратификацию океана. Другими словами, слои или слои, соответствующие различным уровням температуры, остаются стабильными и не сильно колеблются.

Океанские воды соответствуют наиболее распространенному повседневному определению жидкости, но, как отмечалось в начале этого эссе, жидкостью может быть все, что течет, включая газ или, в особых обстоятельствах, твердое тело. Твердые породы или твердый лед в форме ледников можно заставить течь, если материалы достаточно деформированы.Это происходит, например, когда вес ледника деформирует лед на дне, вызывая движение ледника в целом. Точно так же геотермальная энергия может нагревать горные породы и заставлять их течь, приводя в движение описанный ранее конвективный процесс тектоники плит, который буквально перемещает Землю.

ГДЕ УЗНАТЬ БОЛЬШЕ

Пособие для преподавателя по конвекции (веб-сайт). .

Эриксон, Джон. Тектоника плит: разгадывая тайны Земли. Нью-Йорк: факты в файле, 1992.

Гесс, Гарри. «История океанических бассейнов» (Интернет-сайт). .

Джонс, Хелен. Deep Convection: A Field Guide (веб-сайт). .

Руководство для учителя Ocean Oasis Задание 4 (веб-сайт). .

Сантри, Лоуренс и Ллойд Бирмингем. Тепло. Mahwah, NJ: Troll Associates, 1985.

Скорей, Р. С. и Арьен Веркаик. Просторное небо. Ньютон-Эббот, Англия: Дэвид и Чарльз, 1989 г.

Сигурдссон, Харальдур. Таяние Земли: История идей об извержениях вулканов. Нью-Йорк: издательство Оксфордского университета, 1999.

Скиннер, Брайан Дж., Стивен С. Портер и Дэниел Б. Боткин. Голубая планета: Введение в науку о земных системах. 5 изд. Нью-Йорк: Джон Вили и сыновья, 1999.

Смит, Дэвид Г. Кембриджская энциклопедия наук о Земле. Нью-Йорк: Cambridge University Press, 1981.

КЛЮЧЕВЫЕ ТЕРМИНЫ

АСТЕНОСФЕРА:

Область чрезвычайно высокого давления, лежащая под литосферой, где горные породы деформируются под действием огромных напряжений. Астеносфера находится на глубине около 60-215 миль. (около 100-350 км).

АТМОСФЕРА:

В общем, атмосфера — это газовый покров, окружающий планету. Однако, если не указано иное, этот термин относится к атмосфере Земли, которая состоит из азота (78%), кислорода (21%), аргона (0.93%) и другие вещества, включая водяной пар, диоксид углерода, озон и благородные газы, такие как неон, которые вместе составляют 0,07%.

BIOSPHERE:

Комбинация всего живого на Земле — растений, животных, птиц, морских обитателей, насекомых, вирусов, одноклеточных организмов и т. Д. — а также всего прежде живого, которое еще не разложилось.

ПРОВОДИМОСТЬ:

Передача тепла путем последовательных столкновений молекул. Электропроводность является основным средством передачи тепла в твердых телах, особенно в металлах.

КОНВЕКЦИЯ:

Вертикальная циркуляция, которая возникает из-за разницы в плотности, в конечном итоге вызванной разницей в температуре. Конвекция включает в себя передачу тепла посредством движения горячей жидкости из одного места в другое и бывает двух типов: естественная и принудительная. (См. естественная конвекция, принудительная конвекция. )

КОНВЕКЦИОННЫЙ ТОК:

Поток материала, нагретый посредством конвекции.

КОНВЕКЦИОННАЯ ЯЧЕЙКА:

Круглый узор, созданный подъемом нагретой жидкости и опусканием охлажденной жидкости.Иногда это называют конвекционной ячейкой.

ЯДРО:

Центр Земли, площадь, составляющая около 16% объема планеты и 32% ее массы. Сделанный в основном из железа и другого, более легкого элемента (возможно, серы), он разделен на твердое внутреннее ядро ​​с радиусом около 760 миль (1220 км) и жидкое внешнее ядро ​​около 1750 миль. (2820 км) толщиной.

КОРА:

Самая верхняя часть твердой земли, составляющая менее 1% ее объема и меняющаяся по глубине от 3 до 37 миль.(От 5 до 60 км). Ниже коры находится мантия.

FLUID:

В физических науках термин «жидкость» относится к любому веществу, которое течет и поэтому не имеет определенной формы. Жидкости могут быть как жидкостями, так и газами. В науках о Земле иногда вещества, которые кажутся твердыми (например, лед в ледниках), на самом деле текут медленно.

ПРИНУДИТЕЛЬНАЯ КОНВЕКЦИЯ:

Конвекция, возникающая в результате действия насоса или другого механизма (искусственного или естественного), направляя нагретую жидкость к определенному месту назначения.

ГЕОСФЕРА:

Верхняя часть континентальной коры Земли или та часть твердой земли, на которой живут люди и которая обеспечивает их большей частью пищи и природных ресурсов.

HEAT:

Внутренняя тепловая энергия, которая течет от одного материального тела к другому.

ГИДРОСФЕРА:

Вся вода Земли, за исключением водяного пара в атмосфере, но включая все океаны, озера, ручьи, грунтовые воды, снег и лед.

КИНЕТИЧЕСКАЯ ЭНЕРГИЯ:

Энергия, которой обладает объект благодаря своему движению.

ЛИТОСФЕРА:

Верхний слой недр Земли, включая кору и хрупкую часть в верхней части мантии.

MANTLE:

Плотный слой скальной породы, примерно 1429 миль. (2300 км), между земной корой и ее ядром.

ЕСТЕСТВЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ:

Конвекция, возникающая в результате плавучести нагретой жидкости, которая заставляет ее подниматься.

ПЛИТНАЯ ТЕКТОНИКА:

Название теории и одного из направлений тектоники.Как область изучения тектоника плит имеет дело с крупными особенностями литосферы и силами, которые их формируют. В качестве теории он объясняет процессы, которые сформировали Землю в виде плит и их движения.

ПЛИТ:

Большие подвижные сегменты литосферы.

ИЗЛУЧЕНИЕ:

Передача энергии посредством электромагнитных волн, для передачи которых не требуется физическая среда (например, вода или воздух). Земля получает энергию Солнца через электромагнитный спектр посредством излучения.

SUBSIDENCE:

Термин, который относится либо к процессу погружения со стороны воздуха или твердой Земли, либо, в случае твердой Земли, к образовавшемуся образованию. Таким образом, проседание определяется по-разному как движение воздуха вниз, опускание земли или углубление в земной коре.

СИСТЕМА:

Любой набор взаимодействий, который можно мысленно отделить от остальной Вселенной для целей изучения, наблюдения и измерения.