Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. Урок на тему "виды теплопередачи"
Виды теплообмена (теплопроводность, конвекция, тепловое излучение).
Теплопрово́дность - это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых частей тела (или тел) к менее нагретым частям (или телам), осуществляемый хаотически движущимися частицами тела (атомами, молекулами, электронами и т. п.). Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества.
Способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности (удельной теплопроводность). Численно эта характеристика равна количеству теплоты, проходящей через материал площадью 1 м² за единицу времени (секунду) при единичном температурном градиенте.
В установившемся режиме плотность потока энергии, передающейся посредством теплопроводности, пропорциональна градиенту температуры:
где - вектор плотности теплового потока - количество энергии, проходящей в единицу времени через единицу площади, перпендикулярной каждой оси, - коэффициент теплопроводности (удельная теплопроводность), - температура. Минус в правой части показывает, что тепловой поток направлен противоположно вектору grad T (то есть в сторону скорейшего убывания температуры). Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье .
Конве́кция- это распространение теплоты,обусловленное перемещением макроскопических элементов среды. Объемы жидкости или газа, перемещаясь из области с большей температурой в область с меньшей температурой,переносят с собой теплоту. Конвективный перенос обычно сопровождается теплопроводностью.
Конвективный перенос может осуществляться в результате свободного или вынужденного движения теплоносителя. Свободное движение возникает тогда, когда частицы жидкости в различных участках системы находятся под воздействием массовых сил различной величины,т.е. когда поле массовых сил не однородно.
Вынужденное движение происходит под действием внешних поверхностных сил. Разность давлений, под действием которой перемещается теплоноситель, создается с помощью насосов, эжекторов, и других устройств.
Теплообмен излучением(радиационный теплообмен)состоит из испускания энергии излучения телом, распространения ее в пространстве между телами и поглощения ее другими телами. В процессе испускания внутренней энергии излучающего тела превращается в энергию электромагнитных волн, которые распространяются во всех направлениях. Тела, расположенные на пути распространения энергии излучения, поглощают часть падающих на них электромагнитных волн, и таким образом энергия излучения превращается во внутреннюю энергию поглощающего тела.
1. Обработка поверхностей тел вращения: шлифование.
Шлифование – процесс обработки всевозможных поверхностей на соответствующем оборудовании с использованием абразивного инструмента. Точность до 6 квалитета. Ra=0.16 ….. 0.32 мкм
Виды шлифования Квалитет Ra (мкм)
Обдирочное 8-9 2,5-5
Предварительное 6-9 1,2-2,5
Окончательное 5-6 0,2-1,2
Тонкое -- 0,25-0,1
Инструмент: шлифовальные и абразивные круги.
Методы шлифования:
Круглошлифовальные станки.
А) Шлифование с продольной подачей
Стол с заготовкой совершает возвратно-поступательное движение (продольная подача),заготовка - круговую подачу; круг – главное движение резания и поперечную подачу.
Б) Врезное шлифование
Круг совершает главное движения резания и поперечную подачу (врезание), заготовка осуществляет круговую подачу.
Достоинства продольного шлифования:
Можно обрабатывать поверхности длиной более 50 мм;
Более точный;
Равномерный износ круга;
Применяют мягкие круги, не требующие частой правки;
Минимальное тепловыделение.
Достоинства врезного шлифования:
Большая производительность;
Возможность многоинструментальной наладки;
Одновременное шлифование шейки и торца.
Недостатки врезного шлифования:
Можно обрабатывать поверхности длиной до 50 мм;
Неравномерный износ круга;
Необходима частая правка круга;
Большое тепловыделение;
Станки повышенной мощности и жесткости.
Бесцентровое шлифование
А) с радиальной подачей – применяется для обработки коротких деталей;
Б) с осевой подачей;
Ось круга устанавливают под углом к оси заготовки, за счет этого получаем осевую подачу. Применяется для обработки длинных, гладких валов.
Шлифование – технологический способ обработки металлов позволяющий получать на деталях поверхности высокого качества с высокой точности размеров.
Шлифование выполняется – шлифовальными кругами, которые режут абразивными зернами из минералов и сверхтвердых материалов, имеющих случайную форму и взаимное расположение.
Особенностью является срезание каждым зерном как режущим зубом небольшого слоя металла, в результате чего на поверхности детали остается царапина ограниченной длины и малой площадью поперечного сечения.
При изготовлении деталей машин и приборов шлифование применяется для завершающей чистовой обработки, позволяя получать поверхности с точностью размеров по 6-7 квалитетам с шероховатостью Ra=0,08..0,32 мкм.
Виды шлифования: наружное круглое, внутреннее круглое, плоское, торцовое.
2. Понятие алгоритма. Его структура.
Алгоритм –упорядоченная совокупность системы правил, определяющая содержание и порядок действий над некоторыми объектами, строгое выполнение которых приводит к решению любой задачи из рассматриваемого класса задач за конечное число шагов.
Базовые структуры алгоритмов - это определенный набор блоков и стандартных способов их соединения для выполнения типичных последовательностей действий.
К основным структурам относятся следующие:
o линейные
o разветвляющиеся
o циклические
Линейными
называются алгоритмы, в которых действия осуществляются последовательно друг за другом. Стандартная блок-схема линейного алгоритма приводится ниже: 
Разветвляющимся называется алгоритм, в котором действие выполняется по одной из возможных ветвей решения задачи, в зависимости от выполнения условий. В отличие от линейных алгоритмов, в которых команды выполняются последовательно одна за другой, в разветвляющиеся алгоритмы входит условие, в зависимости от выполнения или невыполнения которого выполняется та или иная последовательность команд (действий).
В качестве условия в разветвляющемся алгоритме может быть использовано любое понятное исполнителю утверждение, которое может соблюдаться (быть истинно) или не соблюдаться (быть ложно). Такое утверждение может быть выражено как словами, так и формулой. Таким образом, алгоритм ветвления состоит из условия и двух последовательностей команд.
В зависимости от того, в обоих ветвях решения задачи находится последовательность команд или только в одной разветвляющиеся алгоритмы делятся на полные и не полные (сокращенные).
Стандартные блок-схемы разветвляющегося алгоритма приведены ниже:
Циклическим называется алгоритм, в котором некоторая часть операций (тело цикла - последовательность команд) выполняется многократно. Однако слово «многократно» не значит «до бесконечности». Организация циклов, никогда не приводящая к остановке в выполнении алгоритма, является нарушением требования его результативности - получения результата за конечное число шагов.
Перед операцией цикла осуществляются операции присвоения начальных значений тем объектам, которые используются в теле цикла. В цикл входят в качестве базовых следующие структуры:
o блок проверки условия
o блок, называемый телом цикла
Существуют три типа циклов:
· Цикл с предусловием
· Цикл с постусловием
· Цикл с параметром (разновидность цикла с предусловием)
Если тело цикла расположено после проверки условий, то может случиться, что при определенных условиях тело цикла не выполнится ни разу. Такой вариант организации цикла, управляемый предусловием, называетсяциклом c предусловием .
Возможен другой случай, когда тело цикла выполняется по крайней мере один раз и будет повторяться до тех пор, пока не станет ложным условие. Такая организация цикла, когда его тело расположено перед проверкой условия, носит название цикла с постусловием .
Цикл с параметром
является разновидностью цикла с предусловием. Особенностью данного типа цикла является то, что в нем имеется параметр, начальное значение которого задается в заголовке цикла, там же задается условие продолжения цикла и закон изменения параметра цикла. Механизм работы полностью соответствует циклу с предусловием, за исключением того, что после выполнения тела цикла происходит изменение параметра по указанному закону и только потом переход на проверку условия.
Стандартные блок-схемы циклических алгоритмов приведены ниже:
Вопрос 1. Анализ агрегатов подачи топлива в ДЛА
Вопрос 2. Обработка отверстий: сверление, растачивание, зенкерование, развертывание.
Вопрос 3. Виды, разрезы, сечения в машиностроительном черчении
1. Анализ агрегатов подачи топлива в ДЛА
Схемы жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) отличаются главным образом системами подачи топлива . В ЖРД любой схемы давление топлива перед камерой сгорания должно быть больше давления в камере, иначе невозможно будет подавать компоненты топлива через форсунки . Существует две системы подачи топлива – вытеснительная и насосная . Первая более простая и используется преимущественно в двигателях сравнительно небольших ракет, вторая – в двигателях ракет дальнего действия.
СИСТЕМА ПОДАЧИ ТОПЛИВА НАСОСНАЯ - (жидкостного ракетного двигателя) - совокупность механизмов или устройств, обеспечивающих подачу компонентов топлива из баков в камеру жидкостного ракетного двигателя при помощи насосов. При насосной системе подачи топлива можно получить меньший общий вес силовой установки, чем при вытеснительной системе подачи топлива.
При вытеснительной подаче компоненты топлива подаются в камеру сгорания при помощи сжатого газа , поступающего через редуктор в топливные баки. Редуктор обеспечивает постоянство давления в топливных баках и равномерную подачу топлива в камеру сгорания. В этом случае в баках ракеты устанавливается большое давление, поэтому они должны быть достаточно прочными. Это увеличивает вес конструкции, это увеличивает вес конструкции, что является недостатком всех вытеснительных систем подачи топлива.
2. Обработка отверстий: сверление, растачивание, зенкерование,
развертывание.
Сверлением получают отверстия в сплошном материале. Для неглубоких отверстий используются стандартные сверла диаметром 0,30...80 мм. Существуют два метода сверления: 1) вращается сверло (станки сверлильно-расточных групп); 2) вращается заготовка (станки токарной группы). Обработку отверстий диаметром до 25...40 мм осуществляют спиральными сверлами за один переход, при обработке отверстий больших диаметров (до 80 мм) – за два и более перехода сверлением и рассверливанием или другимиметодами. Для сверления отверстий диаметром свыше 80 мм применяют сверла или сверлильные головки специальных конструкций. При обработке глубоких отверстий (L/D > 10) трудно обеспечить направленность оси отверстия относительно ее внутренней цилиндрической поверхности. Чем больше длина отверстия, тем больше увод инструмента. Для борьбы с уводом сверла или искривлением оси отверстия применяются следующие способы: − применение малых подач, тщательная заточка сверла; − применение предварительного засверливания (зацентровки); − сверление с направлением спирального сверла с помощью кондукторной втулки; − сверление вращающейся заготовки при невращающемся или вращающемся сверле. Это самый радикальный способ устранения увода сверла, так как создаются условия для самоцентрирования сверла; − сверление специальными сверлами при вращающейся или неподвижной заготовке. К специальным сверлам относятся: − полукруглые – разновидность ружейных сверл одностороннего резания, которые применяются для обработки заготовок из материалов, дающих хрупкую стружку (латунь, бронза, чугун); − ружейные – одностороннего резания с внешним отводом СОЖ и внутренним отводом (эжекторные)с пластинами из твердого сплава (припаянными или неперетачиваемыми с механическим креплением), предназначенные для высокопроизводительного сверления; − трепанирующие (кольцевые) сверла (рис. 38, г) для сверления отверстий диаметром 80 мм и более, длиной до 50 мм; Они вырезают в сплошном металле кольцевую поверхность, а остающуюся после такого сверления внутреннюю часть вформе цилиндра можно использовать как заготовку для изготовления других деталей. Зенкерование отверстий – предварительная обработка литых, штампованных или просверленных отверстий под по-следующее развертывание, растачивание или протягивание. При обработке отверстий по 13...11-му квалитету зенкерованиеможет быть окончательной операцией. Зенкерованием обрабатывают цилиндрические углубления (под головки винтов, гнездпод клапаны и др.), торцовые и другие поверхности. Режущим инструментом при зенкеровании является зенкер. Зенкеры изготовляют цельными с числом зубьев 3...8 и бо-лее, диаметром 3...40 мм; насадными диаметром 32...100 мм и сборными регулируемыми диаметром 40...120 мм. Зенкерование является производительным методом: повышает точность предварительно обработанных отверстий, час-тично исправляет искривление оси после сверления. Для повышения точности обработки используют приспособления с кон-дукторными втулками. Зенкерованием обрабатывают сквозные и глухие отверстия. Зенкеры исправляют, но не устраняют полностью оси отверстия, достигаемая шероховатость Rа = 12,5...6,3 мкм. Развертывание отверстий – чистовая обработка отверстий с точностью до 7-го квалитета. Развертыванием обрабаты-вают отверстия тех же диаметров, что и при зенкеровании. Развертки рассчитаны на снятие малого припуска. Они отличают-ся от зенкеров большим числом (6...14) зубьев. Развертыванием достигается высокая точность диаметральных размеров иформы, а также малая шероховатость поверхности. Следует отметить, что обработанное отверстие получается несколькобольшего диаметра, чем диаметр самой развертки. Такая разбивка может составлять 0,005...0,08 мм. Для получения отверстий 7 квалитета применяют двукратное развертывание; IТ6 – трехкратное, под окончательное раз-вертывание припуск оставляют 0,05 мм и менее.Растачивание основных отверстий (определяющих конструкцию детали) произво-дится на: горизонтально-расточных, координатно-расточных, радиально-сверлильных,карусельных и агрегатных станках, многоцелевых обрабатывающих центрах, а также внекоторых случаях и на токарных станках. Существуют два основных способа растачивания: растачивание, при котором вращается заготовка (на станках токарнойгруппы), и растачивание, при котором вращается инструмент (на станках расточной группы) Типичными для токарных станков операциями являются растачивание одиночного отверстия и растачивание соосных отверстий универсальным методом и резцом (резцами).Сверление - один из наиболее распространенных способов получения цилиндрических отверстий глухих и сквозных в сплошном материале Когда требования по точности не выходят за 11-12 квалитет. Процесс сверления совершается при двух совместных движениях: вращение сверла или детали вокруг оси отверстия (главное движение) и поступательном движении сверла вдоль оси (движение подачи).
При работе на сверлильном станке сверло совершает оба движения, заготовка крепится неподвижно на столе станка. При работе на токарных и револьверных станках, а так же на токарных автоматах вращается деталь, а сверло совершает поступательное перемещение вдоль оси.
1. передняя поверхность - винтовая поверхность, по которой сходит стружжа.
2. задняя поверхность - поверхность обращенная к поверхности резания.
3. режущая кромка - линия образованная пересечением передней и задней поверхности.
4. ленточка - узкая полоска на цилиндрической поверхности сверла, расположенная вдоль оси. Обеспечивает сверлу направление.
5. поперечная кромка - линия образованная в результате пересечения обеих задних поверхностей
2φ от 90-2400; ω до 300, γ-передний угол(к центру меньше, к периферии увеличивается)
Зенкерование – обработка предварительно полученных отверстий для придания им более правильной геометрической формы, повышения точности и снижения шероховатости. Многолезвийный режущим инструментом – зенкером, который имеет более жесткую рабочую част, отсутствует! число зубьев не менее трех (рис.19.3.г).
Развертывание – окончательная обработка цилиндрического или конического отверстия разверткой в целях получения высокой точности и низкой шероховатости. Развертки – многолезвийный инструмент, срезающий очень тонкие слои с обрабатываемой поверхности (рис.19.3.д).
Растачивают отверстия на токарных станках тогда, когда сверление, рассверливание или зенкерование не обеспечивают необходимой точности размеров отверстия, а также чистоты обработанной поверхности, либо когда отсутствует сверло или зенкер требуемого диаметра.
При растачивании отверстий на токарных станках можно получить отверстие не выше 4-3-го класса точности и чистоту обработанной поверхности 3-4 при черновой обработке и 5-7 при чистовой.
Расточные резцы и их установка. Растачивают отверстия на токарных станках расточными резцами (рис. 118). В зависимости от вида растачиваемого отверстия различают: расточные резцы для сквозных отверстия (рис. 118, а) и расточные резцы для глухих отверстий (рис. 118, б). Эти резцы отличаются между собой главным углом в плане φ. При растачивании сквозных отверстий (рис. 118, а) главный угол в плане φ=60°. Если растачивается глухое отверстие с уступом 90°, то главный угол в плане φ=90° (рис. 118, б) и резец работает как упорно-проходной или φ=95° (рис. 118, в) - резец работает с продольной подачей как упорно-проходной, а затем с поперечной подачей как подрезной.
2. Виды, разрезы, сечения в машиностроительном черчении
Виды
4. Виды на чертеже располагаются следующим образом:
5. Расположение видов
6. Если виду располагаются не по проекционной связи, то их нужно указывать по стрелке.
7. Указание видов вне проекционной связи
Разрезы
9. На разрезах указывается то, что находится за секущей плоскостью.
10. На чертеже виды могут быть совмещены с разрезами. В качестве границы между видом и разрезом может
11. быть использована только штрихпунктирная линия или волнистая линия.
13. Разрезы
Сечения
15. На сечениях изображается то, что находиться в секущей плоскости.
16. Если сечение распадается на несколько частей, то вместо сечения следует использовать разрез.
17. Изображение сечения не чертеже
Изображение обращенной к наблюдателю видимой части поверхности предмета называют видом.
ГОСТ 2.305-68 устанавливает следующее название основных видов, получаемых на основных плоскостях проекций (см. рис. 165): 7 - вид спереди (главный вид); 2 - вид сверху; 3 - вид слева; 4 - вид справа; 5 - вид снизу; б - вид сзади. В практике более широко применяются три вида: вид спереди, вид сверху и вид слева.
Основные виды обычно располагаются в проекционной связи между собой. В этом случае название видов на чертеже надписывать не нужно.
Если какой-либо вид смещен относительно главного изображения, проекционная связь его с главным видом нарушена, то над этим видом выполняют надпись по типу «А» (рис. 166).
Изображение предмета, мысленно рассеченного одной или несколькими плоскостями, называют разрезом. Мысленное рассечение предмета относится только к данному разрезу и не влечет за собой изменения других изображений того же предмета. На разрезе показывают то, что получается в секущей плоскости и что расположено за ней.
Разрезы применяются для изображения внутренних поверхностей предмета, чтобы избежать большого количества штриховых линий, которые могут перекрывать друг друга при сложном внутреннем строении предмета и затруднять чтение чертежа.
Чтобы выполнить разрез, необходимо: в нужном месте предмета мысленно провести секущую плоскость (рис. 173, а); часть предмета, находящегося между наблюдателем и секущей плоскостью, мысленно отбросить (рис. 173, б), оставшуюся часть предмета проецировать на соответствующую плоскость проекций, изображение выполнить или на месте соответствующего вида, или на свободном поле чертежа (рис. 173, в); плоскую фигуру, лежащую в секущей плоскости, заштриховать; при необходимости дать обозначение разреза.
Рис. 173 Выполнение разреза
В зависимости от числа секущих плоскостей разрезы разделяются на простые - при одной секущей плоскости, сложные - при нескольких секущих плоскостях.
В зависимости от положения секущей плоскости относительно горизонтальной плоскости проекций разрезы разделяются на:
горизонтальные - секущая плоскость параллельна горизонтальной плоскости проекций;
вертикальные - секущая плоскость перпендикулярна горизонтальной плоскости проекций;
наклонные - секущая плоскость составляет с горизонтальной плоскостью проекций угол, отличный от прямого.
Вертикальный разрез называют фронтальным, если секущая плоскость параллельна фронтальной плоскости проекций, и профильным, если секущая плоскость параллельна профильной плоскости проекций.
Сложные разрезы бывают ступенчатыми, если секущие плоскости параллельны между собой, и ломаными, если секущие плоскости пересекаются между собой.
Разрезы называются продольными, если секущие плоскости направлены вдоль длины или высоты предмета, или поперечными, если секущие плоскости направлены перпендикулярно длине или высоте предмета.
Местные разрезы служат для выявления внутреннего строения предмета в отдельном ограниченном месте. Местный разрез выделяется на виде сплошной волнистой тонкой линией.
Положение секущей плоскости указывают разомкнутой линией сечения. Начальные и конечные штрихи линии сечения не должны пересекать контур соответствующего изображения. На начальном и конечном штрихах нужно ставить стрелки, указывающие направление взгляда (рис. 174). Стрелки должны наноситься на расстоянии 2...3 мм от внешнего конца штриха. При сложном разрезе штрихи разомкнутой линии сечения проводят также у перегибов линии сечения.
Рис. 174 Стрелки, указывающие направление взгляда
Около стрелок, указывающих направление взгляда с внешней стороны угла, образованного стрелкой и штрихом линии сечения, на горизонтальной строке наносят прописные буквы русского алфавита (рис. 174). Буквенные обозначения присваиваются в алфавитном порядке без повторений и без пропусков, за исключением букв И, О, X, Ъ, Ы, Ь .
Сам разрез должен быть отмечен надписью по типа «А - А» (всегда двумя буквами, через тире).
Если секущая плоскость совпадает с плоскостью симметрии предмета, а разрез выполнен на месте соответствующего вида в проекционной связи и не разделен каким-либо другим изображением, то для горизонтальных, вертикальных и профильных разрезов отмечать положение секущей плоскости не нужно и разрез надписью не сопровождать. На рис. 173 фронтальный разрез не обозначен.
Простые наклонные разрезы и сложные разрезы обозначают всегда.
Назад
Вперёд
Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.
Цели урока:
- Познакомить учащихся с видами теплопередачи.
- Формировать умение объяснять теплопроводность тел с точки зрения строения вещества; уметь анализировать видеоинформацию; объяснять наблюдаемые явления.
Тип урока: комбинированный урок.
Демонстрации:
1. Перемещение тепла по металлическому стержню.
2. Видео демонстрация эксперимента по сравнению
теплопроводности серебра, меди и железа.
3. Вращение бумажной вертушки над включенной
лампой или плиткой.
4. Видео демонстрация возникновения
конвекционных потоков при нагревании воды с
марганцовкой.
5. Видео демонстрация по излучению тел с темной и
светлой поверхностью.
ХОД УРОКА
I. Организационный момент
II. Сообщение темы и целей урока
На предыдущем уроке вы узнали, что внутреннюю
энергию можно изменить путем совершения работы
или теплопередачей. Сегодня на уроке мы
рассмотрим, как происходит изменение
внутренней энергии теплопередачей.
Попробуйте объяснить значение слова
«теплопередача» (слово «теплопередача»
подразумевает передачу тепловой энергии).
Существует три способа передачи теплоты, но
называть их я не буду, вы сами их назовете, когда
решите ребусы.
Ответы: теплопроводность, конвекция, излучение.
Познакомимся с каждым видом теплопередачи
отдельно, и пусть девизом нашего урока станут
слова М.Фарадея: «Наблюдать, изучать, работать».
III. Изучение нового материала
1. Теплопроводность
Ответьте на вопросы: (слайд 3)
1. Что произойдет, если в горячий чай опустим
холодную ложку? (Через некоторое время она
нагреется).
2. Почему холодная ложка нагрелась? (Чай отдал
часть своего тепла ложке, а часть окружающему
воздуху).
Вывод:
Из примера ясно, что тепло может
передаваться от тела, более нагретого к телу
менее нагретому (от горячей воды к холодной
ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке
– от ее нагретого конца к холодному.
3. В результате чего происходит перенос тепла от
нагретого конца ложки к холодному? (В
результате движения и взаимодействия частиц)
Нагревание ложки в горячем чае - пример теплопроводности.
Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.
Проведем опыт:
Закрепим конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать свободный конец проволоки свечей или на пламени спиртовки.
Вопросы: (слайд 4)
1. Что наблюдаем? (Гвоздики начинают
постепенно один за другим отпадать, сначала те,
которые ближе к пламени).
2. Как происходит передача тепла? (От горячего
конца проволоки к холодному).
3. Как долго будет происходить передача тепла по
проволоке? (Пока проволока вся не нагреется, т.
е пока температура во всей проволоке не
выровняется)
4. Что можно сказать про скорость движения
молекул на участке, расположенном ближе к
пламени? (Скорость движения молекул
увеличивается)
5. Почему нагревается следующий участок
проволоки? (В результате взаимодействия
молекул скорость движения молекул на следующем
участке также увеличивается и температура
данной части возрастает)
6. Влияет ли расстояние между молекулами на
скорость передачи тепла? (Чем меньше
расстояние между молекулами, тем с большей
скоростью идет перенос тепла)
7. Вспомните расположение молекул в твердых
телах, жидкостях и газах. В каких телах процесс
переноса энергии будет происходить быстрее? (Быстрее
в металлах, затем в жидкостях и газах).
Посмотрите демонстрацию эксперимента и подготовьтесь ответить на мои вопросы.
Вопросы: (слайд 5)
1. По какой пластине теплота распространяется
быстрее, а по какой медленнее?
2. Сделайте вывод о теплопроводности данных
металлов. (Лучшая теплопроводность у
серебра и меди, несколько хуже у железа)
Обратите внимание, что при передаче тепла в данном случае переноса тела не происходит.
Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).
Запишем основные особенности теплопроводности: (слайд 7)
- в твердых телах, жидкостях и газах;
- само вещество не переносится;
- приводит к выравниванию температуры тела;
- разные тела – разная теплопроводность
Примеры теплопроводности : (слайд 8)
1. Снег - пористое, рыхлое вещество, в нем
содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой
теплопроводностью и хорошо защищает землю,
озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.
2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который
обладает плохой теплопроводностью. Ручки
чайников, кастрюль делают из материалов
обладающих плохой теплопроводностью. Все это
защищает руки от ожогов, при прикосновении к
горячим предметам.
3. Вещества с хорошей теплопроводностью
(металлы) используют для быстрого нагревания тел
или деталей.
2. Конвекция
Отгадайте загадки:
1) Загляните под окошко –
Там растянута гармошка,
Но гармошке не играет –
Нам квартиру согревает... (батарея)2) Наша толстая Федора
наедается не скоро.
А зато когда сыта,
От Федоры – теплота... (печь)
Батареи, печи, радиаторы отопления используются человеком для обогрева жилых помещений, а точнее нагревания воздуха в них. Происходит это благодаря конвекции – следующему виду теплопередачи.
Конвекция
– это перенос энергии
струями жидкости или газа. (Слайд 9)
Попробуем объяснить, как происходит
конвекция в жилых помещениях.
Воздух, соприкасаясь с батареей, от нее
нагревается, при этом он расширяется, его
плотность становится меньше плотности холодного
воздуха. Теплый воздух, как более легкий,
поднимается вверх под действием силы Архимеда, а
тяжелый холодный воздух опускается вниз.
Затем снова: более холодный воздух доходит до
батареи, нагревается, расширяется, становится
легче и под действием Архимедовой силы
поднимается вверх и т.д.
Благодаря такому движению воздух в комнате
прогревается.
Бумажная вертушка, помещенная над включенной
лампой, начинает вращаться. (Слайд 10)
Попробуйте объяснить, как это происходит?
(Холодный воздух при нагревании у лампы
становится теплым и поднимается вверх, при этом
вертушка вращается).
Точно также происходит нагревание жидкости. Посмотрите эксперимент по наблюдению конвекционных потоков при нагревании воды (с помощью марганцовки). (Слайд 11)
Обратите внимание, что в отличие от теплопроводности, при конвекции происходит перенос вещества и в твердых телах конвекция не происходит.
Различают два вида конвекции: естественную
и вынужденную.
Нагревание жидкости в кастрюле или воздуха в
комнате – это примеры естественной конвекции.
Для ее возникновения вещества нужно нагревать
снизу или охлаждать сверху. Почему именно так?
Если нагревать будем сверху, то куда будут
перемещаться нагретые слои воды, а куда холодные?
(Ответ: никуда, так как нагретые слои и так уже
наверху, а холодные слои так и останутся внизу)
Вынужденная конвекция наблюдается, если
жидкость перемешивать ложкой, насосом или
вентилятором.
Особенности конвекции: (слайд 12)
- возникает в жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
- само вещество переносится;
- нагревать вещества нужно снизу.
Примеры конвекции: (слайд 13)
1) холодные и теплые морские и океанические
течения,
2) в атмосфере, вертикальные перемещения воздуха
приводят к образованию облаков;
3) охлаждение или нагревание жидкостей и газов в
различных технических устройствах, например в
холодильниках и др., обеспечивается
водяное охлаждение двигателей
внутреннего сгорания.
3. Излучение
(Слайд 14)
Всем известно, что
Солнце основной
источник тепла на Земле. Земля находится от него
на расстоянии 150 млн. км. Как передается тепло от
Солнца на Землю?
Между Землей и Солнцем за пределами нашей
атмосферы все пространство – вакуум. А нам
известно, что в вакууме теплопроводность и
конвекция происходить не могут.
Каким способом происходит передача тепла? Здесь
осуществляется еще один вид теплопередачи –
излучение.
Излучение – это теплообмен, при котором энергия переносится электромагнитными лучами.
Отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум.
Посмотрите видеофрагмент об излучении (слайд 15).
Излучают энергию все тела: тело человека, печь,
электрическая лампа.
Чем выше температура тела, тем сильнее его
тепловое излучение.
Тела не только излучают энергию, но и поглощают
ее.
(слайд 16) Причем темные поверхности лучше
поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие
светлую поверхность.
Особенности излучения (слайд 17):
- происходит в любом веществе;
- чем выше температура тела, тем интенсивнее излучение;
- происходит в вакууме;
- темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые и лучше излучают.
Примеры использования излучения тел (слайд 18):
поверхности ракет, дирижаблей, воздушных
шаров, спутников, самолётов, окрашивают
серебристой краской, чтобы они не нагревались
Солнцем. Если наоборот надо использовать
солнечную энергию, то части приборов окрашивают
в темный цвет.
Люди зимой носят темные одежды (черного, синего,
коричного цвета) в них теплее, а летом светлые
(бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную
погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с
темной поверхностью лучше поглощают солнечное
излучение и быстрее нагреваются.
IV. Закрепление полученных знаний на примерах задач
Игра «Попробуй, объясни» , (слайды 19-25).
Перед вами игровое поле с шестью заданиями, вы можете выбрать любое. После выполнения всех заданий вам откроется мудрое высказывание и тот, кто его очень часто произносит с экранов телевизоров.
1. В каком доме теплее зимой, если толщина стен одинакова? Теплее в деревянном доме, так как дерево содержит 70% воздуха, а кирпич 20%. Воздух - плохой проводник тепла. В последнее время в строительстве применяют «пористые» кирпичи для уменьшения теплопроводности.
2. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику? Мальчику, сидящему у печки, энергия в основном передается теплопроводностью.
3. Каким способом происходит передача
энергии от источника тепла к мальчику?
Мальчику, лежащему на песке, энергия от
солнца передается излучением,
а от песка теплопроводностью.
4. В каком из этих вагонов перевозят скоропортящиеся продукты? Почему? Скоропортящиеся продукты перевозят в вагонах, окрашенных в белый цвет, так как такой вагон в меньшей степени нагревается солнечными лучами.
5. Почему водоплавающие птицы и другие
животные не замерзают зимой?
Мех, шерсть, пух обладают плохой
теплопроводностью (наличие между волокнами
воздуха), что позволяет телу животного сохранять
вырабатываемую организмом энергию и
защищаться от охлаждения.
6. Почему оконные рамы делают двойными?
Между рамами содержится воздух, который
обладает плохой теплопроводностью и защищает
от потерь тепла.
«Мир интересней, чем нам кажется», Александр Пушной, программа «Галилео».
V. Итог урока
– С какими видами теплопередачи мы
познакомились?
– Определите, какой из видов теплопередачи
играет основную роль в следующих ситуациях:
а) нагревание воды в чайнике (конвекция);
б) человек греется у костра (излучение);
в) нагревание поверхности стола от включенной
настольной лампы (излучение);
г) нагревание металлического цилиндра,
опущенного в кипяток (теплопроводность).
Разгадайте кроссворд (слайд 26):
1. Величина, от которой зависит интенсивность
излучения.
2. Вид теплопередачи, который может
осуществляться в вакууме.
3. Процесс изменения внутренней энергии без
совершения работы над телом или самим телом.
4. Основной источник энергии на Земле.
5. Смесь газов. Обладает плохой
теплопроводностью.
6. Процесс превращения одного вида энергии в
другой.
7. Металл, имеющий самую хорошую
теплопроводностью.
8. Разреженный газ.
9. Величина, обладающая свойством сохранения.
10. Вид теплопередачи, который сопровождается
переносом вещества.
Разгадав кроссворд, вы получили еще одно слово, которое является синонимом к слову «теплопередача» – это слово… («теплообмен»). «Теплопередача» и «теплообмен» – одинаковые по смыслу слова. Используйте их, заменяя одно другим.
VI. Домашнее задание
§ 4, 5, 6, Упр. 1 (3), Упр. 2(1), Упр. 3(1) – письменно.
VII. Рефлексия
В конце урока предлагаем учащимся обсудить урок: что понравилось, что хотелось бы изменить, оценить свое участие в уроке.
Прозвенит сейчас звонок,
Подошел к концу урок.
До свидания, друзья,
Отдыхать пришла пора.
Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. Существуют следующие виды теплопередачи : теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность
Теплопроводность – это процесс передачи энергии от одного тел а к другому или от одной части тела к дpугой благодаря тепловому движению частиц. Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другом у или от одной части телa к другой передается энергия.
Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.
Ещё более плохой теплопроводность ю обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.
Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими - сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.
Конвекция
Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.
Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла, то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.
Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа. Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.
Излучение
Третий вид теплопередачи - излучение . Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.
Опыты также показывают, что чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.
Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле. Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.
Теория:
Теплопроводность - явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой, или от одного тела другому, при их непосредственном контакте.
Чем плотнее молекулы расположены друг к другу, тем лучше теплопроводность тела.(теплопроводность зависит от удельной теплоемкости тела)
Рассмотрим опыт, на металлический стержень с помощью воска прикреплены гвоздики. С одного конца, к стержню поднесли спиртовку, тепло со временем распространяется по стержню, воск плавится и гвоздики падают. Это связано с тем, что молекулы при нагревании начинают двигаться быстрее. Пламя спиртовки нагревает один конец стержня, молекулы с этого конца начинают колебаться быстрее, соударяются с соседними молекулами, и передают им часть своей энергии, поэтому внутренняя энергия передается от одной части к другой.
Конвекция - перенос внутренней энергии со слоями жидкости или газа. Конвекция в твердых телах невозможна.
Излучение - перенос внутренней энергии лучами (электромагнитным излучением).
Задание:
Решение:
Ответ:
2.
1) Турист разжёг костёр на привале в безветренную погоду. Находясь на некотором расстоянии от костра, турист ощущает тепло. Каким способом в основном происходит процесс передачи теплоты от костра к туристу?
1) путём теплопроводности
2) путём конвекции
3) путём излучения
4) путём теплопроводности и конвекции
Решение (спасибо Алене):
путём излучения. Так как энергия в данном случае передавалась не теплопроводностью, ведь между человеком и костром находился воздух - плохой проводник тепла. Конвекция здесь тоже не может наблюдаться, по скольку костер находился рядом с человеком, а не под ним следовательно, в данном случае передача энергии происходит путем излучения.
Ответ:
3
Задание:
Какое из веществ при нормальных условиях обладает наилучшей теплопроводностью?
1) вода 2) сталь 3) древесина 4) воздух
Решение:
Воздух обладает плохой теплопроводностью так как расстояние между молекулами велико. У стали самая маленькая теплоемкость.
Ответ:
2.
Задание огэ по физике (фипи):
1) Учитель провёл следующий опыт. Два одинаковые по размеру стержня (медный расположен слева, а стальной – справа) с закреплёнными на них с помощью парафина гвоздиками нагревались с торца с помощью спиртовки (см. рисунок). При нагревании парафин плавится, и гвоздики падают.
Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.
1) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом излучения.
2) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом конвекции.
3) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом теплопроводности.
4) Плотность меди меньше плотности стали.
5) Теплопроводность меди больше теплопроводности стали
Решение:
Прогревание металлических стержней происходит в основном способом теплопроводности, внутренняя энергия переходит от одной части стержня к другой. Теплопроводность меди больше теплопроводности стали, так как медь прогревается быстрее.
Ответ:
35
Задание огэ по физике (фипи):
Два одинаковых бруска льда внесли с мороза в тёплое помещение. Первый брусок завернули в шерстяной шарф, а второй оставили открытым. Какой из брусков будет нагреваться быстрее? Ответ поясните.
Решение:
Быстрее будет нагреваться второй брусок, шерстяной шарф будет препятствовать передаче внутренней энергии из комнаты в брусок. Шерсть плохо проводит тепло, у нее плохая теплопроводность, благодаря этому брусок льда будет нагреваться медленнее.
Задание огэ по физике (фипи):
Горячий чайник какого цвета – чёрного или белого – при прочих равных условиях будет остывать быстрее и почему?
1)
белый, так как он интенсивнее поглощает тепловое излучение
2)
белый, так как тепловое излучение от него более интенсивное
3)
чёрный, так как он интенсивнее поглощает тепловое излучение
4)
чёрный, так как тепловое излучение от него более интенсивное
Решение:
Черные тела лучше поглощают тепловое излучение, например на солнце быстрее нагреется вода в черной баке, чем в белой. Справедлив и обратный процесс, черные тела остывают быстрее.
Ответ:
4
Задание огэ по физике (фипи):
В твёрдых телах теплопередача может осуществляться путем
1)
теплопроводности
2)
конвекции
3)
конвекции и теплопроводности
4)
излучения и конвекции
Решение:
В твёрдых телах теплопередача может осуществляться только теплопроводностью. В твердом теле молекулы находятся около положения равновесия, и могут только колебаться около него, поэтому конвекция невозможна.
Ответ:
1
Задание огэ по физике (фипи):
Из какой кружки – металлической или керамической – легче пить горячий чай, не обжигая губы? Объясните почему.
Решение:
Теплопроводность металлической кружки выше, и тепло от горячего чая будет передаваться губам быстрее, и обжигать сильнее.
Определяемая интенсивным хаотическим движением молекул и атомов, из которых это вещество состоит. Мерой интенсивности движения молекул является температура. Количество теплоты, которым обладает тело при данной температуре, зависит от его массы; например, при одной и той же температуре в большой чашке с водой заключается больше теплоты, чем в маленькой, а в ведре с холодной водой его может быть больше, чем в чашке с горячей водой (хотя температура воды в ведре и ниже). Теплота играет важную роль в жизни человека, в том числе и в функционировании его организма. Часть химической энергии, содержащейся в пище, превращается в теплоту, благодаря чему температура тела поддерживается вблизи 37 градусов Цельсия. Тепловой баланс тела человека зависит также от температуры окружающей среды, и люди вынуждены расходовать много энергии на обогрев жилых и производственных помещений зимой и на охлаждение их летом. Большую часть этой энергии поставляют тепловые машины, например котельные установки и паровые турбины электростанций, работающих на ископаемом топливе (угле, нефти) и вырабатывающих электроэнергию.
До конца 18 в. теплоту считали материальной субстанцией , полагая, что температура тела определяется количеством содержащейся в нем «калорической жидкости», или «теплорода». Позднее Б.Румфорд, Дж.Джоуль и другие физики того времени путем остроумных опытов и рассуждений опровергли «калорическую» теорию, доказав, что теплота невесома и ее можно получать в любых количествах просто за счет механического движения. Теплота сама по себе не является веществом - это всего лишь энергия движения его атомов или молекул. Именно такого понимания теплоты придерживается современная физика.
Теплопередача - это процесс переноса теплоты внутри тела или от одного тела к другому, обусловленный разностью температур. Интенсивность переноса теплоты зависит от свойств вещества, разности температур и подчиняется экспериментально установленным законам природы. Чтобы создавать эффективно работающие системы нагрева или охлаждения, разнообразные двигатели, энергоустановки, системы теплоизоляции, нужно знать принципы теплопередачи. В одних случаях теплообмен нежелателен (теплоизоляция плавильных печей, космических кораблей и т.п.), а в других он должен быть как можно больше (паровые котлы, теплообменники, кухонная посуда).
где, как и ранее, q - тепловой поток (в джоулях в секунду, т.е. в Вт), A - площадь поверхности излучающего тела (в м 2), а T 1 и T 2 - температуры (в кельвинах) излучающего тела иокружения, поглощающего это излучение. Коэффициент s называетсяпостоянной Стефана - Больцмана и равен (5,66961 х 0,00096)х10 -8 Вт/(м 2 DК 4).
Представленный закон теплового излучения справедлив лишь для идеального излучателя - так называемого абсолютно черного тела. Ни одно реальное тело таковым не является, хотя плоская черная поверхность по своим свойствам приближается к абсолютно черному телу. Светлые же поверхности излучают сравнительно слабо. Чтобы учесть отклонение от идеальности многочисленных «серых» тел, в правую часть выражения, описывающего закон Стефана - Больцмана, вводят коэффициент, меньший единицы, называемый излучательной способностью. Для плоской черной поверхности этот коэффициент может достигать 0,98, а для полированного металлического зеркала не превышает 0,05. Соответственно лучепоглощательная способность высока для черного тела и низка для зеркального.
Жилые и офисные помещения часто обогревают небольшими электрическими теплоизлучателями; красноватое свечение их спиралей - это видимое тепловое излучение, близкое к границе инфракрасной части спектра. Помещение же обогревается теплотой, которую несет в основном невидимая, инфракрасная часть излучения. В приборах ночного видения применяются источник теплового излучения и приемник, чувствительный к ИК-излучению, позволяющий видеть в темноте.
Мощным излучателем тепловой энергии является Солнце ; оно нагревает Землю даже на расстоянии 150 млн. км. Интенсивность солнечного излучения, регистрируемая год за годом станциями, расположенными во многих точках земного шара, составляет примерно 1,37 Вт/м 2 . Солнечная энергия - источник жизни на Земле. Ведутся поиски способов наиболее эффективного ее использования. Созданы солнечные батареи, позволяющие обогревать дома и получать электроэнергию для бытовых нужд.