Теплопроводность. Просто о сложном. — Блоги Mastergrad

 При выборе качественного теплоизоляционного материала потребитель должен принимать во внимание целый ряд параметров, среди которых неизменно присутствует показатель теплопроводности. Высокой или низкой должна быть теплопроводность, что такое «лямбда», на какие показатели теплопроводности ориентироваться – ответы на эти и другие самые распространенные вопросы, возникающие при покупке утеплителя, вы найдете в данной статье.

Слово «теплопроводность» или еще более запутанное «лямбда» знакомо каждому школьнику из курса физики за восьмой класс. Однако со временем информация, которой мы не пользуемся, забывается. Попробуем освежить в памяти эти несложные и очень полезные знания.

Теплопроводность, как уже было сказано выше, — одно из ключевых понятий в современном строительстве, особенно когда речь заходит о теплоизоляционных материалах. От теплопроводности зависит толщина вашей стены или кровли, вес всего дома, а следовательно, и прочность (несущая способность) фундамента, долговечность конструкций и многое другое.

Современное определение теплопроводности – понятие комплексное. И состоит из нескольких составных частей, отвечающих за перенос тепла (теплообмен).

 

 

На первый взгляд формула кажется пугающей, но на самом деле все просто.

Суммарная или итоговая теплопроводность состоит из теплопроводности за счет конвекции, теплопроводности твердой и газообразной фазы, а также теплопроводности, учитывающей теплообмен за счет излучения.

Запутались еще сильнее? Тогда по порядку. Разберем каждый элемент этой формулы более подробно.

 

Теплообмен (или теплопередача) – это способ изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел с более высокой температурой к телам с более низкой.

 

Из курса физики нам известно, что теплообмен включает в себя три вида передачи тепла: теплопроводность, конвекцию и излучение.

 

Теплопроводность — явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их
непосредственном контакте.

Если вы опустите ложку в стакан с горячим напитком, нагреется не только та часть ложки, которая погружена в жидкость, но и та ее часть, которая находится над водой.

Теплопроводность различных веществ неодинакова, она может быть плохой (низкой) и хорошей (высокой). Хорошая теплопроводность у металлов. Плохая — у шерсти, дерева и пластиков. Самым плохим проводником тепла является вакуум.

Для примера вспомните кухонную посуду: кастрюли и сковородки. Вы вряд ли станете снимать металлическую кастрюлю, полную вкусного супа, с горячей плиты голыми руками, потому что существует реальная опасность обжечь руки. Вместо этого вы используете кухонное полотенце, силиконовые или тряпичные прихватки, то есть те материалы, которые плохо проводят тепло.

Именно поэтому «правильные» кастрюли и сковородки снабжены пластмассовыми или деревянными ручками, плохо проводящими тепло. Вспомнить хотя бы старую бабушкину сковородку с деревянной ручкой: сковородка горячая, а за ручку схватиться можно безо всяких прихваток.

Как объясняется это явление? Рассмотрим на примере нагревания металлического стержня (или ложки из примера со стаканом).

В металле, как и во всех твердых телах, молекулы совершают колебательные движения около некоторых положений равновесия. Скорость колебательного движения молекул металла при нагревании увеличивается в той части, которая ближе расположена к пламени или источнику тепла. Эти молекулы, взаимодействуя с соседними молекулами, передают им часть своей энергии. В результате чего повышается температура отрезка стержня. Затем увеличивается скорость колебательного движения молекул в следующих отрезках стержня и так далее, до тех пор, пока не прогреется весь стержень. Именно поэтому вакуум обладает самой плохой теплопроводностью: в нем практически отсутствуют молекулы, которые бы передавали энергию друг другу. Важно отметить, что сами молекулы, передавая кинетическую энергию, не меняют свое местоположение, то есть само вещество не перемещается.

С первым понятием разобрались, посмотрим, что же дальше.

 

 Следующая составляющая теплопроводности – это конвекция. У многих из вас на слуху такой прибор, как «конвектор». А вот почему он так называется, наверное, знает далеко не каждый. Хотя логично предположить, что название свое он получил за принцип работы – конвекцию.

Из курса физики следует, что конвекция — это перенос энергии струями жидкости или газа. Если в случае с теплопроводностью при теплообмене происходит перенос энергии, то при конвекции происходит перенос именно вещества.

Конвекторы (как и любые другие отопительные приборы) нагревают окружающий воздух, вследствие чего температура в комнате повышается и вам становится тепло. При этом струи теплого воздуха поднимаются вверх, а струи холодного опускаются вниз. Аналогично происходит процесс нагревания воды в чайнике: горячая вода поднимается, а холодная опускается на ее место. Этот же принцип заложен в отопительной системе для обогрева домов.

Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

Нагревание воздуха в комнате солнечными лучами – это пример естественной конвекции. А вот если воздух нагревается тепловым вентилятором, то это уже вынужденная конвекция. Вентилятор заставляет воздух в комнате двигаться, при этом нагревая его до необходимой температуры. В качестве других примеров конвекции можно привести холодные и теплые морские течения, а также образование и движение облаков и ветров.

Переходим к следующей составляющей: излучение (лучистый теплообмен).

Излучение – это способ переноса энергии от одного тела к другому в виде электромагнитных волн. Как правило, это инфракрасное (IR) излучение. Этот принцип заложен еще в одном уникальном приборе – инфракрасном обогревателе.

Принцип его работы построен на том, что любое нагретое тело является источником излучения. Самый впечатляющий пример – Солнце. Пример поменьше – костер, распространяющий тепло на достаточно большое расстояние. В случае с обогревателем окружающие предметы нагреваются за счет электромагнитного излучения и в комнате становится тепло.

Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия как-то доходит до Земли.

Примечательно, что темные тела лучше поглощают и отдают энергию. Если необходимо максимально нагреть материал, его окрашивают в черный цвет. В качестве примера можно привести солнечные коллекторы (водонагреватели), которые устанавливаются на крышах домов. Эти устройства позволяют собирать тепло от солнца и нагревать теплоноситель, который затем передает тепло внутрь дома для обогрева помещений или нагрева воды.

Хуже всего поглощают энергию светлые материалы или материалы с отражающей способностью. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию учитывают в самых разных сферах: при строительстве самолетов, при возведении высотных зданий в жарких странах, даже при выборе цвета одежды в теплое время года. На окнах часто применяют металлизированные пленки, которые частично отражают солнечное тепло и спасают помещение от перегрева.

 

С базовыми принципами разобрались. Пришло время вернуться к нашей формуле.

Её разбор проведем на примере теплоизоляционного материала из пенополиизоцианурата (ПИР/PIR) — LOGICPIR.

LOGICPIR – это инновационный утеплитель, обладающий уникальными показателями теплопроводности – всего 0,021 Вт/м*К, позволяющий добиться максимальной экономии пространства при минимальной толщине теплоизоляции. Кроме того, PIR-плиты не впитывают влагу, тем самым предотвращая образование конденсата и надежно защищая ваш дом от появления плесенных грибов, клещей и бактерий, представляющих опасность для здоровья. LOGICPIR относится к новому поколению полиуретанов, окружающих нас повсеместно: начиная от деталей интерьера автомобилей, матрацев и обуви и заканчивая медициной, где самая поразительная сфера их применения – изготовление протезов для сердечно-сосудистой системы. Стоит ли говорить, что материал экологически безопасен, что подтверждено целым рядом сертификатов и заключений.

Итак, вернемся к теплопроводности.

Структурная и газовая теплопроводность – это теплопроводность компонентов, из которых состоит материал, а именно:

• твердой фазы – теплопроводности полимерного каркаса с множеством ячеек с очень тонкими, но прочными стенками;
• газообразной фазы – теплопроводность газа, который находится в ячейках.

Если сравнивать теплоизоляцию PIR с пеностеклом или пенобетоном, то по структуре эти материалы схожи. Все они ячеистые и наполнены газом. Однако теплопроводности этих материалов будут отличаться.

Стекло и бетон, в отличие от пластиков, проводят тепло интенсивнее, соответственно, пеностекло и пенобетон обладают большей теплопроводностью и их показатели в качестве теплоизоляторов несколько хуже. Даже полимеры отличаются друг от друга теплопроводностью.

Как было сказано ранее, представленные материалы ячеистые и в каждом находятся какие-то газы. В пеностекле и пенобетоне это, как правило, окружающий воздух, в PIR – инертные газы. Хуже всего тепло проводят инертные газы, содержание молекул в 1 м3 очень маленькое, расстояние между молекулами очень большое, поэтому передать энергию между молекулами довольно сложно. Намного лучше тепло проводит воздух, поскольку он состоит из смеси разных газов, молекул очень много и все они друг с другом взаимодействуют.

Конвекционную составляющую у мелкоячеистой теплоизоляции обычно не рассматривают, поскольку размер ячеек теплоизоляции PIR ничтожно мал (меньше 1мм) и газ в этих ячейках неподвижен.

Последняя составляющая – излучение. Снизить ее влияние можно за счет применения дополнительных материалов, способных отражать тепловой поток. Для этого можно окрасить материал, скажем, в белый цвет. В случае с теплоизоляционными плитами PIR за отражение тепла отвечает фольга, которая покрывает материал с обеих сторон. Помимо функции отражения тепла фольга также несет защитную функцию с точки зрения утечки вспенивающего газа. По своим свойствам фольга является практически идеальным пароизоляционным материалом, а значит, способна задерживать миграции газов во внешнюю среду из ячеек теплоизоляции.

В процессе эксплуатации легкие инертные газы замещаются на более тяжелый окружающий воздух с хорошей теплопроводностью. Это происходит у всех пористых материалов за счет диффузных процессов.

Рассмотрим в качестве примера обычный воздушный шарик, наполненный гелием, который можно сравнить с одной ячейкой вспененной теплоизоляции. Новый шарик все время стремится улететь высоко в небо. Если утром он еще висел под потолком, то со временем он постепенно опустится и будет висеть в центре комнаты, а еще через несколько часов лежать на полу. Т.е. все это время газ за счет диффузии медленно выходит из шарика, и тот теряет свою «летучесть».

Так же и с теплоизоляцией. «Шарики» (ячейки), которые ближе всего расположены к границе с окружающим воздухом постепенно изменяют свой газовый состав. Однако те «шарики», которые находятся глубоко в материале, делают это очень медленно или не делают вовсе, поскольку инертному газу очень сложно пройти огромное количество стенок соседних «шариков» и вырваться наружу.

Кроме того, поверхность теплоизоляции покрыта фольгой, препятствующей выходу газа, соответственно, теплопроводность материала (ее газовая составляющая) сохраняется.

Итоговую формулу теплопроводности PIR можно записать в виде:

 

Подведем итог. Теплоизоляция – это очень важный показатель. От нее зависит, насколько теплым будет ваш дом. У наиболее эффективной теплоизоляции все ее составляющие () должны быть как можно ниже. У современной изоляции на примере LOGICPIR это достигается за счет применения инертных газов, полимеров и специальных покрытий, отражающих тепловой поток. Уверены, что теперь вы не только сможете безошибочно выбрать теплоизоляционный материал, отвечающий самым высоким требованиям, но и поможете своим детям сдать физику на высший балл.

Спасибо компании «Технониколь» за помощь в подготовке материала

«Теплопроводность». 8-й класс

Цели урока:

Образовательная

• познакомить учащихся с одним из видов теплопередачи — теплопроводностью, научить объяснять данное явление на основании молекулярно-кинетической теории;
• раскрыть основные научные положения изучаемой темы во взаимосвязи с природой и жизнедеятельностью человека Севера.

Развивающая

• продолжить формирование умений выдвигать гипотезу и проверять (или опровергать) ее экспериментально;
• развивать умения анализировать, делать выводы, обобщать;
• прививать навык самообразовательной деятельности.

Воспитательная

• способствовать нравственному воспитанию учащихся, воспитанию чувства патриотизма, любви к родному краю, своей малой Родине;
• развивать коммуникативные способности, налаживать межличное взаимодействие путем организации работы в группе;
• развивать личные качества учащихся: организованность, внимание, аккуратность.

Здоровьесберегающая

• создание комфортного психологического климата на уроке;
• атмосферы сотрудничества: ученик-учитель, учитель-ученик, ученик-ученик.

Тип урока: урок изучения нового материала.

Форма организации учебной деятельности учащихся: коллективная, работа в группе, индивидуальная за партой и у доски.

Оборудование: компьютер, экран, оборудование для физического эксперимента, дидактические материалы, гербарий.

План урока:

1. Организационный этап.
2. Актуализация знаний, выведение темы и цели урока через проблемный вопрос и фронтальный эксперимент.
3. Изучение нового материала, используя демонстрационный эксперимент, работу с учебником.
4. Закрепление материала. Работа в группах. Решение качественных задач, связанных с природой республики Коми. Исследовательская деятельность.
5. Первичная проверка усвоения материала.
6. Итог урока. Домашнее задание. Рефлексия.

Ход урока

I. Организационный этап.

(Самооценка готовности к уроку).

II. Актуализация знаний, выведение цели урока.

а) Заполните пропуски в тексте.[1]

Внутренняя энергия – это энергия ___________ и _______________ частиц из которых состоят тела.
Зажечь спичку можно разными способами. Можно потереть её о коробок, тогда ________________ энергия преобразуется во _____________. Внутренняя энергия ______________ за счёт совершения работы ______ спичкой.
Но можно спичку внести в пламя свечи и тогда внутренняя энергия её ___________ без совершения работы. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы называется _______________. Самопроизвольно теплопередача всегда происходит от тела ________ нагретого к телу ________ нагретому.

(Ключевые слова: внутреннюю, увеличивается, теплопередачей, увеличится, более, самой, над, взаимодействия, механическая, менее, движения).

б) На данных картинках, обведите красным карандашом те, на которых внутренняя энергия тел изменяется путем совершения механической работы и синим карандашом – путем теплопередачи.

Повторяя материал предыдущего урока, составляем схему: (слайд 1)

в) фронтальный эксперимент

У вас на столе лежат металлический цилиндр и деревянный брусок. Возьмите в одну руку брусок, в другую – цилиндр. Температура в классе 23°>С. Почему цилиндр кажется холоднее, чем брусок? (ответы детей)

Правильный ответ дадим, изучив один из видов теплопередачи – теплопроводность.

Тема нашего урока «Теплопроводность». Учащиеся выводят цели урока: ввести понятие «теплопроводность», сравнить теплопроводность твердых тел, жидкостей и газов, рассмотреть практическое применение данного явления. (слайд 2, 3)

III. Изучение нового материала.

а) демонстрационный эксперимент

Нагреваем один конец медного стержня (на стержне пластилином прикреплены кнопки) в пламене горелки. Пластилин плавится, и кнопки постепенно падают. Почему?

(ответ детей: тепло от нагретого конца стержня передается его холодному концу)

Как происходит передача энергии по стержню? Для этого заглянем внутрь стержня, объясните с молекулярно – кинетической точки зрения явление теплопроводности.

(Просмотр видеоролика слайд 4)

Составьте определение теплопроводности, сравните ваше определение с определением, данным в учебнике на стр. 13, запишите его в тетрадь. Основное можно выделять цветом. (Теплопроводность – это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц) (слайд 5)

Обратите внимание на то, что при теплопроводности перенос вещества не происходит.

Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.

б) демонстрационный эксперимент (слайд 6)

Сделайте вывод из данных опытов о теплопроводности жидкостей и газов. Объясните свой вывод на основании молекулярно-кинетической теории. Запишите вывод в тетрадь.

(Теплопроводность различных веществ разная. Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых, а расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел).

в) работа с учебником.

Используя текст учебника, стр.13, заполните таблицу: (слайд 7)

теплопроводность
хорошая	плохая
Металлы (серебро, медь, железо…)	Жидкости (вода)
	Газы (воздух, вакуум)
	Пористые тела, дерево, кирпич, пробка
	Шерсть, пух, мех, волосы, перья птиц
	Вата, войлок
	Снег, опилки, солома
	жир

Для проверки на экран проецируется заполненная таблица. Объясните, используя тему урока, что объединяет, выделенные цветом вещества. (Между волокнами этих веществ содержится воздух, а воздух плохой проводник тепла)

Отвечаем на вопрос, поставленный в начале урока (Теплопроводность металла больше, он быстрее забирает тепло от руки, поэтому мы ощущаем прохладу).

IV. Закрепление материала.

В качестве закрепления изученного материала, рассмотрим роль

теплопроводности в природе, жизни человека. Обратимся к нашему краю – Республике Коми. (слайд-шоу 8)

Мы живем в республике Коми. Она расположена на северо-востоке европейской части Российской Федерации. Климат в нашей республике довольно суровый с продолжительной снежной зимой и коротким прохладным летом, поэтому животный и растительный мир Коми приспособился к неблагоприятным воздействиям природно-климатических условий на его организм. Немалую роль в этом вопросе играет явление теплопроводности. Рассмотрим некоторые примеры.

Работа в группах.

1 группа получает отрывок из русской сказки «Байка про тетерева»: Некому выстроить тетереву в зимнюю стужу домишко, а сам не умеет. Одну-то ночь всего надо пережить. «Эх, – надумал он – куда ни шло!» И бултых в снег.. .В снегу и ночевал. Ничего. Тепло было. Поутру рано встал, по вольному свету полетел куда надо».

Что спасло тетерева от холода во время ночевки в снегу?

(Тетерев типичный представитель птиц таежной зоны Коми. Зимой, когда в лесу выпадает обильный снег, тетерева ночуют под снегом. Сразу же после вечерней кормежки они камнем падают вниз с берез, пробивают своей тяжестью снежный покров и, прорыв под снегом траншею, устраиваются там на ночевку. Снег состоит из снежинок, а между ними находится воздух, который обладает плохой теплопроводностью)

Просмотр видеоролика «Тетерева на лунках». (слайд 9)

2 группа получает гербарии карликовой березы и карликовой ивы, растения, произрастающие в тундре – стране холода.

Почему для растений, обитателей тундры, характерен карликовый рост? (слайд 10)

(Низкий рост тундровых растений является очень важным приспособлением. Он позволяет им воспользоваться защитой снегового покрова, снег плохой проводник тепла. Кроме того, дает возможность получать некоторое дополнительное количества тепла от почвы, так как почва нагревается значительно сильнее, чем окружающий воздух.)

3 группа получает карточки с изображениями пушных зверей нашей республики.

Объясните защитную роль шерстяного покрова животных. (слайд 11)

(Между волосками меха находится воздух, из-за плохой теплопроводности мех предохраняет животных от перегрева летом и охлаждения зимой. Зимой распушив мех животные создают воздушную подушку с хорошими теплоизоляционными свойствами.)

Благодаря этому ездовая собака может, например, спать на снегу при температуре -50°С.

Выступление ученика «Зимняя национальная одежда Коми» (слайды 12-23[2] )

(учеником была проведена исследовательская работа на тему: «Зимняя национальная одежда Коми». Цель исследования: выяснить, почему жители Севера предпочитают одежду из оленьих шкур, а не из другого меха? Показать практическое применение явления теплопроводности).

Зимняя одежда народа Коми очень рациональна, напрямую связана с природой и приспособлена к местным климатическим условиям, она должна быть удобной и сохранять тепло. В основном для ее изготовления использовались шкуры оленей. Коми широко использовали одежду, заимствованную от ненцев: малица (глухая верхняя одежда мехом внутрь), совик (глухая верхняя одежда из оленьих шкур мехом наружу), пимы (меховые сапоги) и др. Малица являлась основным видом зимней одежды. Это шуба закрытого типа, без застежек, с капюшоном и рукавицами. Она шилась мехом вовнутрь с глухим двойным капюшоном и свободными рукавами, к которым пришивались меховые рукавицы. В особо холодную погоду поверх малицы надевался совик, сходная по покрою одежда, но сшитая мехом наружу. Обувь – пимы, представляют собой длинные, до паха, мягкие сапоги, сшитые полностью из меха. Для удобства они подвязывались под коленом шерстяными шнурками с кистями.

Для изготовления разнообразных вещей использовались части шкур оленей определенного возраста и сезона забоя. В качестве меха использовались шкуры пыжиков (оленят до полугода) и неблюев (оленят до годовалого возраста). Пимы шили только из шкурок ног оленей – камуса, то есть из меха с наиболее коротким ворсом, плотного и прочного. Для производства только одной пары длинных пим требуется камус от четырех оленей.

Почему жители Севера предпочитают одежду из оленьих шкур, а не из другого меха?

Шкура оленя уникальна. Каждый волосок пуст внутри и подобен микроскопической трубочке. Там сохраняется нагретый телом воздух, поэтому волос очень легкий, ломкий, но очень теплый. Зимний мех оленя длинный, особенно на шее, где образуется свисающая вниз грива (подвес).

Поэтому оленьи унты и шуба самые теплые. Изготовленные из оленьей шерсти (из оленьей «бороды») свитер и носки спасают даже в шестидесятиградусные морозы.

V. Первичная проверка усвоения материала.

Слайды 24[1]-27

VI. Итог урока. Домашнее задание. Рефлексия.

(Оценивание работы каждого ученика. Самооценка учащимися работы на уроке).

Домашнее задание. Параграф 4, определение выучить.

Найти и выписать в тетрадь примеры использования явления теплопроводности в различных областях человеческой деятельности.

Собрать коллекцию веществ, обладающих разной теплопроводностью.

Использованные сайты:

1. www.slideshare.net/brenata/pril2-8957211
2. www.finnougoria.ru/community/folk/section.php?SECTION_ID=346&ELEMENT_ID=2705

Примеры теплопередачи в природе, в быту

Тепловая энергия является термином, который мы используем для описания уровня активности молекул в объекте. Повышенная возбужденность, так или иначе, связана с увеличением температуры, в то время как в холодных объектах атомы перемещаются намного медленней.

Примеры теплопередачи можно встретить повсюду — в природе, технике и повседневной жизни.

Примеры передачи тепловой энергии

Самым большим примером передачи тепла является солнце, которое согревает планету Земля и все, что на ней находится. В повседневной жизни можно встретить массу подобных вариантов, только в гораздо менее глобальном смысле. Итак, какие же примеры теплопередачи можно наблюдать в быту?

Вот некоторые из них:

• Газовая или электрическая плита и, например, сковорода для жарки яиц.
• Автомобильные виды топлива, такие как бензин, являются источниками тепловой энергии для двигателя.
• Включенный тостер превращает кусок хлеба в тост. Это связано с лучистой тепловой энергией тоста, который вытягивает влагу из хлеба и делает его хрустящим.
• Горячая чашка дымящегося какао согревает руки.
• Любое пламя, начиная от спичечного пламени и заканчивая массивными лесными пожарами.
• Когда лед помещают в стакан с водой, тепловая энергия из воды его плавит, то есть сама вода является источником энергии.
• Система радиатора или отопления в доме обеспечивает тепло в течение долгих и холодных зимних месяцев.
• Обычные печи являются источниками конвекции, в результате чего помещенный в них пищевой продукт нагревается, и запускается процесс приготовления.
• Примеры теплопередачи можно наблюдать и в своем собственном теле, взяв в руку кусочек льда.
• Тепловая энергия есть даже внутри у кошки, которая может согреть колени хозяина.

Тепло — это движение

Тепловые потоки находятся в постоянном движении. Основными способами их передачи можно назвать конвенцию, излучение и проводимость. Давайте рассмотрим эти понятия более подробно.

Что такое проводимость?

Возможно, многие не раз замечали, что в одном и том же помещении ощущения от прикосновения с полом могут быть совершенно разные. Приятно и тепло ходить по ковру, но если зайти в ванную комнату босыми ногами, ощутимая прохлада сразу дает чувство бодрости. Только не в том случае, где есть подогрев полов.

Так почему же плиточная поверхность мерзнет? Это все из-за теплопроводности. Это один из трех типов передачи тепла. Всякий раз, когда два объекта различных температур находятся в контакте друг с другом, тепловая энергия будет проходить между ними. Примеры теплопередачи в этом случае можно привести следующие: держась за металлическую пластину, другой конец которой будет помещен над пламенем свечи, со временем можно почувствовать жжение и боль, а в момент прикосновения к железной ручке кастрюли с кипящей водой можно получить ожог.

Факторы проводимости

Хорошая или плохая проводимость зависит от нескольких факторов:

• Вид и качество материала, из которого сделаны предметы.
• Площадь поверхности двух объектов, находящихся в контакте.
• Разница температур между двумя объектами.
• Толщина и размер предметов.

В форме уравнения это выглядит следующим образом: скорость передачи тепла к объекту равна теплопроводности материала, из которого изготовлен объект, умноженной на площадь поверхности в контакте, умноженной на разность температур между двумя объектами и деленной на толщину материала. Все просто.

Примеры проводимости

Прямая передача тепла от одного объекта к другому называются проводимостью, а вещества, которые хорошо проводят тепло, называются проводниками. Некоторые материалы и вещества плохо справляются с этой задачей, их называют изоляторами. К ним относят древесину, пластмассу, стекловолокно и даже воздух. Как известно, изоляторы фактически не останавливают поток тепла, а просто его замедляют в той или иной степени.

Конвекция

Такой вид теплопередачи, как конвекция, происходит во всех жидкостях и газах. Можно встретить такие примеры теплопередачи в природе и в быту. Когда жидкость нагревается, молекулы в нижней части набирают энергию и начинают двигаться быстрее, что приводит к уменьшению плотности. Теплые молекулы текучей среды начинают двигаться вверх, в то время как охладитель (более плотная жидкость) начинает тонуть. После того как прохладные молекулы достигают дна, они опять получают свою долю энергии и снова стремятся к вершине. Цикл продолжается до тех пор, пока существует источник тепла в нижней части.

Примеры теплопередачи в природе можно привести следующие: при помощи специального оборудованной горелки теплый воздух, наполняя пространство воздушного шара, может поднять всю конструкцию на достаточно большую высоту, все дело в том, что теплый воздух легче холодного.

Излучение

Когда вы сидите перед костром, вас согревает исходящее от него тепло. То же самое происходит, если поднести ладонь к горящей лампочке, не дотрагиваясь до нее. Вы тоже почувствуете тепло. Самые крупные примеры теплопередачи в быту и природе возглавляет солнечная энергия. Каждый день тепло солнца проходит через 146 млн. км пустого пространства вплоть до самой Земли. Это движущая сила для всех форм и систем жизни, которые существуют на нашей планете сегодня. Без этого способа передачи мы были бы в большой беде, и мир был бы совсем не тот, каким мы его знаем.

Излучение — это передача тепла с помощью электромагнитных волн, будь то радиоволны, инфракрасные, рентгеновские лучи или даже видимый свет. Все объекты излучают и поглощают лучистую энергию, включая самого человека, однако не все предметы и вещества справляются с этой задачей одинаково хорошо. Примеры теплопередачи в быту можно рассмотреть при помощи обычной антенны. Как правило, то, что хорошо излучает, также хорошо и поглощает. Что касается Земли, то она принимает энергию от солнца, а затем отдает ее обратно в космос. Эта энергия излучения называется земной радиацией, и это то, что делает возможной саму жизнь на планете.

Примеры теплопередачи в природе, быту, технике

Передача энергии, в частности тепловой, является фундаментальной областью исследования для всех инженеров. Излучение делает Землю пригодной для обитания и дает возобновляемую солнечную энергию. Конвекция является основой механики, отвечает за потоки воздуха в зданиях и воздухообмен в домах. Проводимость позволяет нагревать кастрюлю, всего лишь поставив ее на огонь.

Многочисленные примеры теплопередачи в технике и природе очевидны и встречаются повсюду в нашем мире. Практически все из них играют большую роль, особенно в области машиностроения. Например, при проектировании системы вентиляции здания инженеры высчитывают теплоотдачу здания в его окрестностях, а также внутреннюю передачу тепла. Кроме того, они выбирают материалы, которые сводят к минимуму или максимизируют передачу тепла через отдельные компоненты для оптимизации эффективности.

Испарение

Когда атомы или молекулы жидкости (например, воды) подвергаются воздействию значительного объема газа, они имеют тенденцию самопроизвольно войти в газообразное состояние или испариться. Это происходит потому, что молекулы постоянно движутся в разных направлениях при случайных скоростях и сталкиваются друг с другом. В ходе этих процессов некоторые из них получают кинетическую энергию, достаточную для того, чтобы отталкиваться от источника нагревания.

Однако не все молекулы успевают испариться и стать водяным паром. Все зависит от температуры. Так, вода в стакане будет испаряться медленнее, чем в нагреваемой на плите кастрюле. Кипение воды значительно увеличивает энергию молекул, что, в свою очередь, ускоряет процесс испарения.

Основные понятия

• Проводимость — это передача тепла через вещество при непосредственном контакте атомов или молекул.
• Конвекция — это передача тепла за счет циркуляции газа (например, воздуха) или жидкости (например, воды).
• Излучение — это разница между поглощенным и отраженным количеством тепла. Эта способность сильно зависит от цвета, черные объекты поглощают больше тепла, чем светлые.
• Испарение — это процесс, при котором атомы или молекулы в жидком состоянии получают достаточно энергии, чтобы стать газом или паром.
• Парниковые газы — это газы, которые задерживают тепло солнца в атмосфере Земли, производя парниковый эффект. Выделяют две основные категории — это водяной пар и углекислый газ.
• Возобновляемые источники энергии — это безграничные ресурсы, которые быстро и естественно пополняются. Сюда можно отнести следующие примеры теплопередачи в природе и технике: ветры и энергию солнца.
• Теплопроводность — это скорость, с которой материал передает тепловую энергию через себя.
• Тепловое равновесие — это состояние, в котором все части системы находятся в одинаковом температурном режиме.

Применение на практике

Многочисленные примеры теплопередачи в природе и технике (картинки выше) указывают на то, что эти процессы должны быть хорошо изучены и служили во благо. Инженеры применяют свои знания о принципах передачи тепла, исследуют новые технологии, которые связаны с использованием возобновляемых ресурсов и являются менее разрушительными для окружающей среды. Ключевым моментом является понимание того, что перенос энергии открывает бесконечные возможности для инженерных решений и не только.

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

Конспект объясняющего модуля

Цели урока:

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

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

Планируемые результаты обучения учащегося:

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

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

– сравнивает значения теплопроводности различных веществ;

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Конвекция – это явление переноса энергии слоями жидкостей или газов.

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

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

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

Различают два вида конвекции: естественная и вынужденная.

Естественная конвекция происходит сама по себе без внешнего воздействия.

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

Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн.

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

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

Это можно увидеть с помощью термоскопа.

теплопроводность, конвекция, излучение. Вакуум не проводит тепло! Почему? Одинаковую ли температуру покажут

10/22/16 03:50:35 PM

Виды теплопередачи

Физика 8 кл.

© Корпорация Майкрософт (Microsoft Corporation), 2007. Все права защищены. Microsoft, Windows, Windows Vista и другие названия продуктов являются или могут являться зарегистрированными товарными знаками и/или товарными знаками в США и/или других странах.

Информация приведена в этом документе только в демонстрационных целях и не отражает точку зрения представителей корпорации Майкрософт на момент составления данной презентации. Поскольку корпорация Майкрософт вынуждена учитывать меняющиеся рыночные условия, она не гарантирует точность информации, указанной после составления этой презентации, а также не берет на себя подобной обязанности. КОРПОРАЦИЯ МАЙКРОСОФТ НЕ ДАЕТ НИКАКИХ ЯВНЫХ, ПОДРАЗУМЕВАЕМЫХ ИЛИ ЗАКРЕПЛЕННЫХ ЗАКОНОДАТЕЛЬСТВОМ ГАРАНТИЙ В ОТНОШЕНИИ СВЕДЕНИЙ ИЗ ЭТОЙ ПРЕЗЕНТАЦИИ.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.

Разные материалы обладают разной теплопроводностью

Медь Сталь

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ В БЫТУ

Хорошая теплопроводность

Плохая теплопроводность

КОНВЕКЦИЯ

это перенос энергии струями жидкости или газа. При конвекции происходит перенос вещества.

КОНВЕКЦИЯ МОЖЕТ БЫТЬ:

ЕСТЕСТВЕННАЯ

ИСКУССТВЕННАЯ

(ПРИНУДИТЕЛЬНАЯ)

Конвекция в быту

Отопление жилья

Охлаждение жилья

И при теплопроводности и при конвекции одним из условий передачи энергии выступает наличие вещества. Но как же к нам на Землю передается тепло Солнца, ведь космическое пространство – вакуум, т.е. там нет вещества, или оно находится в очень разреженном состоянии?

Следовательно существует какой то еще способ передачи энергии

ИЗЛУЧЕНИЕ

Излучение – процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц.

Все окружающие нас тела излучают тепло в той или иной степени

Солнечный свет

Прибор ночного видения позволяет уловить самое слабое тепловое излучение и преобразовать его в изображение

Светлые (зеркальные) поверхности – отражают тепловое излучение

Таким образом можно уменьшить потери тепла, или направить тепло в нужное место

Темные поверхности поглощают тепловое излучение

Солнечный коллектор — устройство для сбора тепловой энергии Солнца (гелиоустановка), переносимой видимым светом и ближним инфракрасным излучением. В отличие от солнечных батарей, производящих непосредственно электричество, солнечный коллектор производит нагрев материала-теплоносителя.

• Почему красиво оформленные радиаторы отопления не помещают в комнате у потолка?
• Почему в жаркий солнечный летний день мы надеваем легкую и светлую одежду, закрываем голову светлой шляпой, панамой и т.д.?
• Почему на ощупь ножницы холоднее, чем карандаш?

 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.

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.

В природе существует три вида теплопередачи:1) теплопроводность;2) конвекция;3) излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность — переход теплоты с одного тела на другое при их соприкосновении или с более тёплой части тела на холодную.

Различные вещества имеют разную теплопроводность. Большую теплопроводность имеют все металлы. Малую теплопроводность имеют газы, вакуум не имеет теплопроводности (в вакууме нет частиц, которые бы обеспечивали теплопроводность).

Вещества, которые плохо проводят теплоту, называют теплоизоляторами.

Искусственно созданными теплоизоляторами являются каменная вата, пенопласт, поролон, металлокерамика (используется в производстве космических кораблей).

Конвекция

Распространение тепла перемещающимися струями газа или жидкости называется конвекцией.

При конвекции тепло переносит само вещество. Конвекция наблюдается только в жидкостях и газах.

Тепловое излучение

Распространение тепла от тёплого тела при помощи инфракрасных лучей называют тепловым излучением.

Тепловое излучение — единственный вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме. Чем выше температура, тем сильнее тепловое излучение. Тепловое излучение производят, например, люди, животные, Земля, Солнце, печь, костёр. Инфракрасное излучение можно изображать или измерять термографом (термокамерой).

	Инфракрасные термокамеры воспринимают невидимое инфракрасное или тепловое излучение и осуществляют точные бесконтактные измерения температуры.Инфракрасная термография позволяет полностью визуализировать тепловое излучение. На рисунке видно инфракрасное излучение ладони человека.
	………………………………………………………………….. Во время термографического обследования зданий и сооружений имеется возможность обнаружить конструкционные места с повышенной тепловой проницаемостью, проверить качество соединений различных конструкций, найти места с повышенным воздухообменом.

www.yaklass.ru

Примеры 15-20 тепловых явлений с указание, какое именно (излучение; конвекция; теплопередача)

Нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация — все это примеры тепловых явлений.

Основной источник тепла на Земле — Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т. д.

Ответить на вопрос, что такое теплота, удалось не сразу. Лишь в XVIII веке стало ясно, что все тела состоят из молекул, что молекулы движутся и взаимодействуют друг с другом. Тогда ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении — уменьшается.

Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. При этом чай отдаст часть своего тепла не только ложке, но и окружающему воздуху. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела более нагретого к телу менее нагретому. Существует три способа передачи теплоты — теплопроводность, конвекция, излучение.

Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности. Все металлы обладают хорошей теплопроводностью.

Конвекцией передается тепло в жидкостях и газах. Когда мы нагреваем воду в кастрюле или чайнике, сначала прогреваются нижние слои воды, они становятся легче и устремляются вверх, уступая место холодной воде. Конвекция происходит в комнате, когда включено отопление. Горячий воздух от батареи поднимается, а холодный опускается. Но ни теплопроводностью, ни конвекцией невозможно объяснить, как, например, далекое от нас Солнце нагревает Землю. В этом случае тепло передается через безвоздушное пространство излучением (тепловыми лучами).

Для измерения температуры используется термометр. Вы обычно пользуетесь комнатными или медицинскими термометрами.

Когда говорят о температуре по Цельсию, то имеют в виду шкалу температур, в которой 0°С соответствует температуре замерзания воды, а 100°С — точка ее кипения.

В некоторых странах (США, Великобритания) используют шкалу Фаренгейта. В ней 212°F соответствуют 100°С. Перевод температуры из одной шкалы в другую не очень простой, но в случае необходимости каждый из вас сможет его выполнить самостоятельно. Чтобы перевести температуру по шкале Цельсия в температуру по шкале Фаренгейта, необходимо умножить температуру по Цельсию на 9, разделить на 5 и прибавить 32. Чтобы сделать обратный переход, из температуры по Фаренгейту необходимо вычесть 32, умножить остаток на 5 и разделить на 9.

В физике и астрофизике часто используют еще одну шкалу — шкалу Кельвина. В ней за 0 принята самая низкая температура в природе (абсолютный нуль). Она соответствует -273°С. Единица измерения в этой шкале — Кельвин (К). Чтобы перевести температуру по Цельсию в температуру по Кельвину, к градусам по Цельсию надо прибавить 273. Например, по Цельсию 100°, а по Кельвину 373 К. Для обратного перевода надо вычесть 273. Например, 0 К это -273°С.

Полезно знать, что температура на поверхности Солнца — 6000 К, а внутри — 15 000 000 К. Температура в космическом пространстве вдали от звезд близка к абсолютному нулю.

Думаем, что вас не нужно убеждать в том, как важны тепловые явления. Знания о них помогают людям конструировать обогреватели для домов, тепловые двигатели (двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины, реактивные двигатели и т. д.), предсказывать погоду, плавить металл, создавать теплоизоляционные и термостойкие материалы, которые используются всюду — от постройки домов до космических кораблей.

fizikahelp.ru

Конспект урока для 8 класса «Теплопроводность, конвекция, излучение»

Здесь Вы можете скачать Конспект урока для 8 класса «Теплопроводность, конвекция, излучение» для предмета: Физика. Данный документ поможет вам подготовить хороший и качественный материал для урока.

Предмет: Физика и астрономия

Класс: 8 рус

Тип урока: Комбинированный

Цель занятия:

Технические средства обучения: __________________________________________________

_______________________________________________________________________

Структура урока

1. Организация урока(2 мин.)

Приветствие учащихся

2. Опрос домашнего задания(15 мин) Тема: Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

3. Объяснение нового материала. (15 мин)

Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однакопередача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении:от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного –увеличивается.

Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретоготела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью.

В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т. е. от одной части тела к соседнтм частям тела и т.д. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них есть так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно. К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, нранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Большую теплопроводность имеют медб, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла.

Ужидкостей теплопроводность невелика. При нагревании жидкости внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: юолее быстрые молекулы проникают в менее нагретую область.

Вгазах, особенно в разреженных, молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

Совершенным изолятором является вакуум, поптому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.

Взависимости от внутреннего состояния теплопроводность разных веществ(твердых, жидуих и газообразных) различна.

Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя воды нижний слой остается холдным. Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло.

Конвекция-это процесс теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкости или газа.Конвекция в переводе с латинского означает «перемешивание». Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме.

Широко используемая в быту и технике ковекция является естественной или свободной.

Теплоприемник –это прибор, представляющий собойплоскую цилиндрическую емкость из металла, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри нее имеется воздух, который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие.

Поглощением называетсяпроцесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела

Черная поверхность-лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности.

4. Закрепление: (10 мин) вопросы для самопроверки, задания и упражнения

ные задания:1)Сравнение теплопроводности металла и стекла, воды и воздуха, 2)Наблюдение конвекции в жилом помещении.

6. Оценка знаний учащихся.(1 мин)

Основная литература: Физика и астрономия 8 класс

Дополнительная литература: Н. Д. Бытько «Физика» части 1 и 2

docbase.org

Теплопроводность. Конвекция. Излучение, 8 класс

Здесь Вы можете скачать Теплопроводность. Конвекция. Излучение, 8 класс для предмета: Физика. Данный документ поможет вам подготовить хороший и качественный материал для урока.

Конспект урока по физике в 8 классе

Кошикова Виктория Александровна,

учитель физики

МБОУ СОШ № 47 города БелгородаБелгородской области

Тема урока: «Теплопроводность. Конвекция. Излучение».

Теплопроводность. Конвекция. Излучение

Цель урока: организовать деятельность по восприятию, осмыслению и первичному запоминанию новых знаний и способов деятельности.

Ход урока

1. Организационный этап

2. Проверка домашнего задания

Тестирование (2 варианта)

1. Температура — это физическая величина, характеризующая. ..

а) …способность тел совершать работу.

б) …разные состояния тела.

в) …степень нагретости тела.

2. Какую температуру воздуха зафиксировал изображенный на рисунке термометр? Какова погрешность измерения им температуры?

а) 30,5 °С; 0,5 °С. б) 32 °С; 0,5 °С.

в) 32 °С; 1 °С. г) 30 °С; 1 °С.

3. В одном стакане находится теплая вода (№ 1), в другом — горячая (№ 2), в третьем — холодная (№ 3). В каком из них температура воды самая высокая, в каком — молекулы воды движутся с наименьшей скоростью?

а) № 2; № 3. б) №3; №2. в) №1; №3. г) №2; №1

4. Какие из перечисленных явлений тепловые?

а) Падение на пол ложки. б) Разогревание на плите супа.

в) Таяние на солнце снега. г) Купание в бассейне.

5. Какие молекулы тела участвуют в тепловом движении? При какой температуре?

а) Находящиеся на поверхности тела; при комнатной температуре.

б) Все молекулы; при любой температуре,

в) Расположенные внутри тела; при любой температуре.

г) Все молекулы; при высокой температуре.

6. В комнате в одинаковых сосудах под поршнем находятся равные массы углекислого газа. В каком сосуде газ обладает наибольшей энергией при положениях поршней, показанных на рисунке?

7. В каком из приведенных случаев внутренняя энергия тела изменяется?

а) Камень, сорвавшись с утеса, падает все быстрее и быстрее.

б) Гантели подняты с пола и положены на полку.

в) Электроутюг включили в сеть и начали гладить белье.

г) Соль пересыпали из пакета в солонку.

8. Изменение внутренней энергии какого тела происходит в результате теплопередачи в названных ситуациях?

а) Нагревание сверла, когда делают отверстие с помощью дрели.

б) Понижение температуры газа при его расширении.

в) Охлаждение пачки масла в холодильнике,

г) Нагревание колес движущегося поезда.

Тест по теме:

1. Единица измерения температуры…

а) …джоуль. б) …паскаль. в) …ватт. г) …градус Цельсия.

2. Температура тела зависит от…

а) …его внутреннего строения. б) …плотности его вещества.

в) …скорости движения его молекул. г) …количества в нем молекул.

3. Чем отличаются молекулы горячего чая от молекул этого же чая, когда он остыл?

а) Размером. б) Скоростью движения.

в) Числом атомов в них. г) Цветом.

4. Какое движение называют тепловым?

а) Движение тела, при котором оно нагревается.

б) Постоянное хаотическое движение частиц, из которых состоит тело.

в) Движение молекул в теле при высокой температуре.

5. Внутренняя энергия — это энергия частиц тела. Она состоит из…

а) …кинетической энергии всех молекул.

б) …потенциальной энергии взаимодействия молекул.

в) …кинетической и потенциальной энергий всех молекул.

6. Какой энергией обладает шар-зонд, запущенный метеорологами?

а) Кинетической. б) Потенциальной.

в) Внутренней. г) Всеми этими видами энергии.

7. Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

а) Приведением его в движение. б) Совершением телом или над ним работы.

в) Подняв его на некоторую высоту. г) Путем теплопередачи.

8. В каком примере внутренняя энергия тела изменяется в результате совершения механической работы?

а) Чайная ложка опущена в стакан с горячей водой.

б) При резком торможении грузовика от тормозов пошел запах гари.

в) В электрочайнике закипает вода.

г) Замерзшие руки человек согревает, прижав их к теплому радиатору.

«Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия»

«Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия»

3. Актуализация субъектного опыта учащихся

Внутренняя энергия

Способы увеличения внутренней энергии

Теплопередача

Виды теплопередачи

4. Изучение новых знаний и способов деятельности

1. Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.

Рис.7,8 (учебник Перышкин)

У жидкостей и газов теплопроводность невелика, т.к. расстояние между молекулами больше, чем у твердых тел.

Плохой теплопроводностью обладают: шерсть, волосы, бумага, перья птицы, пробка, вакуум.

2. Конвекция- перенос энергии струями газа или жидкости.

Чтобы в газах и жидкостях происходила конвекция их необходимо нагревать снизу.

3. Излучение – перенос энергии различными лучами, т.е. в виде электромагнитных волн.

5. Первичная проверка понимания изученного

6. Закрепление изученного

Работа по сборнику задач Лукашик № 945-955

7. Итоги, домашнее задание

п.4-6, упр.1-3

8. Рефлексия

Список использованной литературы

1. Перышкин А.В. Физика. 8 класс. — М.: Дрофа, 2009.

2. Громов С.В., Родина Н.А. Физика. 9 класс – М.: Просвещение, 2002.

3. Чеботарева В.А. Тесты по физике. 8 класс – Издательство «Экзамен», 2009.

4. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике 7-9 класс – М. : Просвещение, 2008.

docbase.org

Урок в 8 классе по теме «Теплопроводность, конвекция, излучение»

Тема: Теплопроводность, конвекция, излучение.

Тип урока: Комбинированный

Цель занятия:

Учебная: познакомить с понятием теплопередачи, с видами теплопередачи, объяснить, что передача теплоты при любом из видов теплопередачи всегда идет в одном направлении; что в зависимости от внутреннего строения теплопроводность различных веществ(твердых, жидких и газообразных) различна, что черная поверхность лучший излучатель и лучший поглотитель энергии.

Развивающая: развить познавательный интерес к предмету.

Воспитательная: воспитать чувство ответственности, способность грамотно и четко выражать свои мысли, уметь держать себя и работать в коллективе

Межпредметная связь: химия, математика

Наглядные пособия: 21-30 рисунки, таблица теплопроводности

Структура урока

1.Организация урока(2 мин.)

Приветствие учащихся

Проверка явки учащихся и готовности класса к уроку.

2. Опрос домашнего задания(10 мин) Тема: Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

3.Физический диктант (взаимопроверка)(5 мин)

4. Объяснение нового материала. (15 мин)

Способ изменения внутренней энергии при котором частицы более нагретого тела, имея большую кинетическую энергию, при контакте с менее нагретым телом передают энергию непосредственно частицам менее нагретого тела называют теплопередачей Существуют три способа теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однако передача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении: от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного –увеличивается.

Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретого тела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью.

В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т.е. от одной части тела к соседнтм частям тела и т.д. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них есть так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно. К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, гранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Большую теплопроводность имеют медь, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла.

У жидкостей теплопроводность невелика. При нагревании жидкости внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: юолее быстрые молекулы проникают в менее нагретую область.

В газах, особенно в разреженных, молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.

В зависимости от внутреннего состояния теплопроводность разных веществ(твердых, жидких и газообразных) различна.

Теплопроводность зависит от характера переноса энергии в веществе и не связана перемещением самого вещества в теле.

Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя воды нижний слой остается холодным. Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло.

Конвекция-это процесс теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкости или газа. Конвекция в переводе с латинского означает«перемешивание». Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме.

Широко используемая в быту и технике конвекция является естественной или свободной.

Когда для равномерного перемешивания жидкостей или газов их перемешивают насосом или мешалкой конвекция называется вынужденной.

Теплоприемник –это прибор, представляющий собой плоскую цилиндрическую емкость из металла, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри нее имеется воздух, который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие.

В случае, когда теплота передается от нагретого тела к теплоприемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей вид теплопередачи называется излучением или лучистым теплообменом

Поглощением называется процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела

Излучением(или лучистым теплообменом)- называется процесс передачи энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитных волн.

Чем больше температура тела, тем выше интенсивность излучения. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распространяться и через вакуум.

Черная поверхность -лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности.

Хорошие поглотители энергии- хорошие излучатели, а плохие поглотители- плохие излучатели энергии.

5. Закрепление: (10 мин) вопросы для самопроверки, задания и упражнения

7. Оценка знаний учащихся.(1 мин). Рефлексия.

infourok.ru

Теплопроводность посредством излучения — Справочник химика 21

    Тепло может передаваться из одной части пространства в другую посредством теплопроводности, излучения и конвекции. Практически указанные виды теплообмена очень редко наблюдаются раздельно (например, конвекция сопровождается теплопроводностью и излучением). Однако часто один вид передачи тепла преобладает над другими в такой мере, что их влиянием можно пренебречь. Например, можно считать, что прохождение тепла через стенки аппаратов происходит только путем теплопроводности. Теплопроводность преобладает также в процессах нагревания и охлаждения твердых тел.      Теплопередача может осуществляться посредством теплопроводности, конвекции или излучения. Теплопроводность — процесс передачи тепла через твердое тело, например через стенку колбы. Конвекция возможна там, где частицы веществ не имеют фиксированного положения, т. е. в жидкостях и газах. В этом случае тепло переносится при помощи движущихся частиц. Излучение — это передача тепла тепловыми лучами с длиной волны в пределах 0,8-300 мкм. Чаще всего теплопередача осуществляется одновременно всеми тремя способами, хотя, конечно, не в равной мере. 

Возникновение пара на границе раздела жидкость-пар происходит за счет тепла, поступающего от поверхности нагрева через паровую прослойку посредством теплопроводности и излучения. 

Взаимодействие горючих паров с кислородом воздуха происходит в зоне горения, в которую непрерывно должны поступать горючие пары и воздух. Это возможно, если жидкость будет получать определенное количество тепла, необходимое для испарения. Тепло в процессе горения поступает только из зоны горения (пламени), где оно непрерывно выделяется. Тепло от зоны горения к поверхности жидкости передается посредством излучения. Передача тепла путем теплопроводности невозможна, так как скорость движения паров от поверхности /кидкости к зоне горения больше скорости передачи тепла по ним от зоны горения к жидкости. Передача тепла конвекцией также невозможна, тан как поток паров 

Распространение тепла внутри тела возможно двумя способами теплопроводностью и конвекцией. При первом способе тепло распространяется благодаря столкновениям молекул, причем молекулы более нагретой части тела, имеющие в среднем большую кинетическую энергию, передают часть ее соседним молекулам. Таким образом, тепло может распространяться в теле и при отсутствии явного движения его частей, например в твердом теле. В жидкостях и газах наряду с теплопроводностью обычно происходит также распространение тепла конвекцией, т. е. путем непосредственного переноса тепла более нагретыми массами жидкости, занимающими при движении места менее нагретых масс. В газах возможно также распространение тепла от одной части газа к другой посредством излучения. 

Тепло от зоны горения к поверхности нефтеотходов передается, в основном, посредством излучения. Теплопроводность по направлению к испаряющемуся слою отсутствует, так как скорость движения паров от поверхности жидкости к зоне горения больше скорости передачи ими тепла от зоны горения к жидкости. 

Передача тепла конвекцией от поверхности твердого тела к жидкости (газу) или обратно происходит в тех случаях, когда частицы газа или жидкости меняют свое местоположение относительно данной поверхности и при этом выполняют роль носителей тепла. Перемещение таких частиц обусловлено либо движением всей массы жидкости (газа) под влиянием внешнего воздействия (вынужденная конвекция), либо является следствием разности плотностей вещества в различных точках пространства, вызываемой неравномерным распределением температур в массе вещества (естественная или свободная конвекция). Конвекция всегда сопровождается передачей тепла посредством теплопроводности и излучения. 

Если в среде одновременно происходит перенос энергии посредством излучения и теплопроводности, то величиной, характеризующей в данной точке интенсивность этого переноса, будет вектор Чх = Чл Ч, где 

При рассмотрении ряда прикладных задач интересно изучение процесса переноса тепла в периодических средах, содержащих вакуумные прослойки или полости, где перенос тепла осуществляется только посредством излучения. В других случаях эти полости заполнены газом с ничтожно малыми коэффициентами теплопроводности и поглощения. В этом случае часто можно пренебречь наличием газа и рассматривать эти полости как вакуумные. Конструкции и материалы, содержащие прослойки и ноло- 

Рыхлые материалы с малым объемным весом, как, например, порошки и волокна, заполненные газом при атмосферном давлении, применяются для изоляции воздушных ожижителей, резервуаров для жидкого кислорода и азота, газоразделительных колонн и другого оборудования,температура которого не опускается ниже температуры кипения жидкого азота. В таких изолирующих материалах отношение объема газового пространства к объему твердого материала может быть от 10 до 100. На фиг. 5.53 представлены коэффициенты теплопроводности некоторых распространенных рыхлых материалов. Теплопроводность лучших образцов этих материалов приближается к теплопроводности воздуха, указывая на то, что воздух, занимающий пространство между частицами, переносит основную часть тепла. Это поясняет принцип газонаполненной изоляции, твердый материал которой предотвращает теплопередачу посредством излучения и конвекции. В идеальном случае передача тепла за счет теплопроводности твердого материала пренебрежимо мала, и тепло переносится только газом. В действительной изоляции некоторое количество тепла проходит непосредственно по частицам порошка или волокнам, и результирующий коэффициент теплопроводности обычно несколько больше коэффициента теплопроводности газа. Исключением являются очень мелкие порошки, расстояния между частицами которых так малы, что средний свободный пробег молекул газа больше этих расстояний теплопроводность газа в этом случае уменьшается, как и при понижении давления. Таким образом, теплопроводность порошковой изоляции даже в случае заполнения порошка газом при атмосферном давлении может быть меньи г, чем теплопроводность газа, заполняющего пространство между частицами. 

При хорошем вакууме перенос тепла остаточным газом ничтожно мал. Поэтому при конструировании сосудов стремятся уменьшить теплоприток по опорным элементам и перенос тепла посредством излучения. Теплоприток по изолирующим опорам определяется конструктивными особенностями и механической прочностью опор общее решение этого вопроса невозможно. Если размеры сосуда не ограничены, то, увеличивая длину опор и применяя материал с низкой теплопроводностью, можно обеспечить весьма малый теплоподвод по опорам. Даже в ограниченном пространстве опытный конструктор обычно находит способ увеличить термическое сопротивление опор. В отличие от этого лучистый перенос тепла слабо зависит от толщины изолирующего пространства при малой толщине вакуумного пространства его изолирующие свойства даже несколько улучшаются за счет приближения 

Теплопередача через какую-либо стенку от более нагретого теплоносителя к другому, более холодному теплоносителю, является относительно сложным явлением. Если взять, например, трубный пучок испарителя, который обогревается дымовыми газами, то налицо имеется три элементарных способа передачи тепла, которые рассматриваются в качестве основных. Тепло дымовых газов передается к трубкам пучка посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Через стенки трубок тепло передается только посредством теплопроводности, а от внутренней поверхности трубки- к 

Теплопроводность связана с передачей тепла посредством движения и столкновения атомов и молекул, из которых состоит вещество. Она аналогична процессу диффузии, при котором с помощью подобного же механизма происходит передача материала. Конвекция является переносом тепла посредством движения больших агрегатов молекул, т. е., в сущности, подобна процессу смешения. Очевидно, что теплопередача путем конвекции может происходить только в жидкостях и газах, тогда как теплопроводность является основным видом теплопередачи в твердых телах. В жидкостях и газах, наряду с конвекцией, наблюдается также и теплопроводность, однако первая является значительно более быстрым процессом и обычно полностью маскирует второй процесс. И теплопроводность и конвекция требуют материальной среды и не могут происходить в полном вакууме. Этим подчеркивается основное различие между этими двумя процессами и процессом излучения, который лучше всего происходит в пустоте. Точный процесс, которым осуществляется передача энергии излучением через пустое пространство, еще не установлен, но для нашей цели будет удобно считать его происходящим посредством волнового движения в чисто гипотетической среде (эфире). Считается, что внутренняя энергия вещества передается волновому движению эфира это движение распространяется во всех направлениях, и когда волна сталкивается с веществом, энергия может передаваться, отражаться или поглощаться. При поглощении она может увеличить внутреннюю энергию тела тремя способами 1) вызвав химическую реакцию, 

В таких высокотемпературных процессах, как плавление стекла, обжиг кирпича, плавление алюминия и т. п., где температура уходящих дымовых газов неизбежно высока, количество полезно использованного тепла топлива в общем тепловом балансе горения составляет небольшую часть (в предыдущем примере — 36 % без учета потерь излучением от стенок печи). Следовательно, в данном случае экономии топлива можно добиться путем применения теплоутилизационных устройств, например рекуператоров для подогрева подаваемого на сжигание топлива воздуха или котлов-утилизаторов для выработки дополнительного количества пара, а также посредством улучшения тепловой изоляции для снижения потерь излучением, теплопроводностью и конвекцией с наружной поверхности стенок печи в окружающее пространство.  

Теплообмен в остове, промежуточной среде и на границах между ними осуществляется посредством теплопроводности элемента твердого остова материала, передачи теплоты от одной твердой частицы к соседней в местах их непосредственного контакта, молекулярной теплопроводности в среде, заполняющей промежутки между частицами, передачи теплоты на границах твердых частиц с внешней средой излучения от частицы к частице через промежуточную среду, конвекции газа и влаги, содержащихся между частицами. 

Сконденсированные в вакууМе слои чрезвычайно чувствительны к условиям их формирования, в частности к температуре подложки, интенсивности конденсации, температуре конденсируемого газа, мощности теплового потока, подводимого к поверхности конденсации излучением и посредством теплопроводности остаточного газа. 

В связи с вышеизложенным ясно, что коэффициент теплопроводности конденсата в уравнении (5.52) является термической характеристикой не монолитного тела, а высокодисперсного материала . Этот материал — конденсат состоит из остова — скелета, представляющего собой совокупность огромного количества твердых частиц — кристалликов, разделенных между собой промежутками, заполненными остаточным газом. В таком сложном материале теплопередача уже не ограничивается одной теплопроводностью твердого тела, а осуществляется посредством переноса тепла вдоль отдельных частиц — элемента твердого скелета материала передачи тепла, благодаря теплопроводности от одной твердой частицы к соседней в местах их непосредственного контакта теплопроводности остаточного газа в порах и пустотах между частицами излучения от частицы к частице. 

Общие положения. В технике нам чаще приходится иметь дело с такими случаями теплообмена, когда задана температура той окружающей среды, с которой эта поверхность обменивается теплом, а не температура поверхности стенки. Сравнительно с вопросами теплопроводности и теплового излучения твердыми телами проблема перехода тепла от окружающей жидкой или газообразной среды к поверхности стенки посредством конвекции является гораздо более сложной, а потому в значительной части еще далеко не разрешенной до настоящего времени. Когда мы имеем дело с переходом тепла от твердого тела к жидкости или газу, то теплообмен за счет теплопроводности по своей величине отступает на задний план по сравнению с теплооб-меном за счет конвекции. Последняя, как уже было сказано выше, состоит в том, что в подвижном слое жидкости или газа, прилегающего к стенке, вследствие течения, существующего в этом 

Передача тепла от одного тела к другому может происходить посредством теплопроводности, конвекции и теплового излучения. 

Многие твердые и жидкие полимеры почти полностью непроницаемы для инфракрасного излучения, поэтому падающая энергия поглощается телом и превращается в тепло на его поверхности. Однако некоторое количество тепла все же сразу расходуется в окружающую среду посредством конвекции и излучения. Поглощенное тепло распространяется внутрь тела благодаря процессу кондуктивной теплопередачи. Распределение температуры в теле, нагреваемом лучистой энергией, зависит не только от теплового потока, но также и от теплопроводности вещества и конвективных тепловых потерь с поверх ности.  

Передача тепла может осуществляться посредством одного из трех указанных ниже способов или их сочетания. Эти способы еле дующие 1) теплопроводность, 2) конвекция и 3) излучение 

Одним из наиболее распространенных и старых (предложен в 1880 г.) является термокондуктометрический метод. Действие термокондуктометрических газоанализаторов основано на зависимости электрического сопротивления проводника с большим температурным коэффициентом сопротивления от теплопроводности смеси, окружающей проводник. Тепло передается через газовую среду посредством теплопроводности, конвекции и излучения. Теплопроводность газа связана с его составом. Долю передачи тепла путем конвекции и излучения стремятся уменьшить либо стабилизировать. 

Таким образом, оборотная вода в том или ином охладителе охлаждается посредством передачи тепла атмосферному воздуху, причем часть тепла передается в результате поверхностного испарения воды — превращением части воды в пар и переносом этого пара путем диффузии в воздух, другая часть — вследствие разницы между температурами воды и воздуха, т. е. теплоотдачей соприкосновением (теплопроводностью и конвекцией). Весьма небольшое количество тепла отнимается от воды еще излучением, что в тепловом балансе обычно не учитывают. Одновременно имеется приток тепла к охлаждаемой воде от солнечной радиации, который так мал, что в тепловом балансе градирен и брызгальных бассейнов им пренебрегают. 

Передача тепла от тел более нагретых телам менее нагретым осуществляется посредством теплопроводности, конвекции и теплового излучения. - 

Сопоставление процессов переноса теплоты за счет излучения и теплопроводности. Теплопроводность обусловлена движением микрочастиц тела теплообмен излучением осуществляется посредством электромагнитных волн или фотонов. Теплопроводность в пустоте отсутствует. Теплообмен излучением между телами осуществляется как при наличии, так и в отсутствии вещественной среды. Если среда не поглощает излучение, то ее температура никак не влияет на процесс переноса теплоты. Например, можно поджечь деревянный предмет, сфокусировав солнечные лучи с помощью линзы, изготовленной из льда.  

Сгорание топлива сопровождается выделением и переносом тепла, а также потерями, точнее, рассеянием тепла в окружающую сроду. Иеренос тепла происходит конвекцией, т. е. непосредственно двин у-щимся газовым потоком, а также потоком твердых частиц. Кромо того, внутри потоков газа и частиц происходит перенос тепла посредством теплопроводности и излучения. Теплопроводность в средах газа и частиц, также как и молекулярная диффузия, пмеет место независимо от их движения. Пото1 и массы и тепла за счет диффузии и теплопроводности возникают совместно при наличии градиентов — температуры и концентраций (точнее, химического потенциала х) — и определяются взаимными линейными функциями и у7 (см. гл. V и VI). Но практически переносом тепла за счет градиента концентраций, а также переносом массы за счет градиента температур (термодиффузией) можно пренебречь. 

Для изотермического течения Т — onst и из соотношения р = pRT следует формула (За) при — 1. В случае адиабатического течения предполагается, что теплота переносится только посредством конвекции (нет ни теплопроводности, ни излучения) при этом имеем dQ = О в формуле (21). Для единичной 

В несколько киловатт. С помощью вспомогательной схемы создают искру, которая генерирует некоторое количество ионов, и затем посредством магнитной индукции вызывают в ионизированном газе сильный кольцевой ток. Полученная плазма разогревается до нескольких десятков тысяч градусов по Кельвину, что значительно выще температуры, при которой размягчается кварцевое стекло. Очевидно, нужно найти способ защиты источника от саморазрущения, что достигается при помощи тока аргона, выполняющего роль охладителя. Аргон с большой скоростью подается по касательной из внешней трубки (рис. 9-6), при этом образуется вихревой поток (показан на рисунке), и температура понижается. Горячая плазма стремится стабилизироваться на некотором расстоянии от стенок в форме тороида, что также предотвращает перегрев. Проба распыляется в распылителе (не показан на рисунке) и уносится медленным током аргона к центру (к дырке в пирожке). Здесь она разогревается за счет теплопроводности и излучения вплоть до 7000 К и полностью атомизируется и возбуждается. Потеря определяемых атомов вследствие ионизации источник затруднений в плазменной ААС) в спектроскопии ИСП не играет большой роли благодаря наличию более легко ионизирующихся атомов аргона. 

Газовая смесь течет по каналам между гранулами катализатора. При этом происходит тепло- и массоперенос между частицами и потоком. В ядре потока массо- и теплообмен осуществляются, главным образом, за счет конвекции, так как поток обычно турбулентный.Вблизи поверхности имеется ламинарный пограничный слой, скорость газа в котором падает до нуля у поверхности гранулы. Транспорт реагентов и продуктов реакции через него в направлении, нохмальном к поверхности, осуществляется путем молекулярной диффузии, а тепла -теплопроводностью. Перенос тепла может происходить также посредством теплопроводности от частицу к частице через поверхность контакта и излучением меаду частшщми. 

Различают три вида теплообмена теплопроводность, конвекцию и тепловое излучение. Теплопроводностью называется явление переноса тепла путем непосредственного соприкосновения между частицами с различной температурой. К этому виду относится передача тепла в твердых телах, например, через стенку аппарата. Конвекцией называется явление переноса тепла путем иеремеш,епия частиц жидкости или газа и перемешивания их между собой. Теплообмен может осуществляться также посредством лучеиспускания — переноса энергии подобно свету в виде электромагнитных волн. 

Важную роль для процесса сжигания (газификации) топлива играет направление взаимного движения твердой и газоюй фаз. Известны две схемы организации движения потоков газа и топлива прямоточная и противоточная. В прямоточной схеме потоков газа и топлива тепловая подготовка реагентов происходит менее интенсивно, без участия горячих газов и в основном посредством передачи теплоты из зоны горения теплопроюдностью и излучением. В противогочной схеме достигается более надежное воспламенение топлива, поскольку передача теплоты для его нагрева осуществляется конвекцией от горячих газов и теплопроводностью от раскаленных поверхностей. 

Следует отметить, что по отношению к дисперсным материалам термин теплопроводность может применяться лишь условно, если под этим понятием подразумевать не только кон-дуктивную теплопередачу (т. е. собственно теплопроводность), но и передачу тепла посредством конвекции и излучения. Таким образом, определенный для дисперсных сред коэффициент теплопроводности представляет собой некую величину, эквивалентную коэффициенту тенлопроводности в уравнении Фурье, если в целом это уравнение применимо в данных условиях (т. е. если процесс передачи тепла посредством перечисленных механизмов может быть достаточно точно описан этим уравнением). Эту величину поэтому правильнее называть эквивалентным коэффициентом теплопроводности (см. раздел II и др.). Имея это в виду, мы, однако, сохраним ради краткости общепринятый термин теплопроводность. 

Эти исследователи сопоставили свои данные с выражением для эффективной теплопроводности агрегатов частиц. Они говорят, как и Майер , что эффективная теплопроводность через любую поверхность равна средней теплопроводности воздуха и топлива в отношении части поверхности, покрытой каждым из них, и что эквивалент теплопроводности получается от излучения черного тела через пустоты. Посредством этого уравнения при некотором допускаемом им упрощении Майер получил возможность выразить эффективную теплопроводность слоя топлива в величинах истинной теплопроводности топлива, объема пустот, температуры в слое тон—лива и диаметра наибольших частиц. Тенлоироводность газа, заполняющего пустоты, включается в данные анализа его различных частей и не может быть обнаружена непосредственно. В качестве показателя порядка величин, получающихся по этому выражению, приводится эффективная теплопроводность слоя кокса при температуре 815° с объемом пустот 50% и с верхним пределом размера зерна 2,54 С./И, которая была определена равной 0,00414. Истинная теплопроводность топлива составляет столь малую часть (около 5 %) от эффективной, что эффективная теплопроводность всего слоя является в значительной степени независимой от используемого топлива. 

Общие положения. В технике чаще приходится иметь дело с такими случаями теплообмена, когда задана температура окружающей среды, а не температура поверхности стенки. Сравнительно с теплопроводностью и тепловым излучением переход тепла посредством конвекции от окружающей жидкой или газообразной среды к поверхности стенки явлде гся гораздо более сложным и далеко еще не изученным процессом. При переходе тепла от твердого тела к жидкости или газу теплообмен за счет теплопроводности по своей величине отступает на задний план по сравнению с теплообменом за счет конвекции. Последняя состоит в том, что в подвижном слое жидкости или газа, прилегающего к стенке, вследствие течения, существующего, в этом слое, в соприкосновение со стенкой приходят все. время новые. и новые частички, которые, таким образом, лйбо уносят с собой теплоту, либо отдают ее стенке, с которой соприкасаются. Такой конвективный перенос 

ДО известной температуры и помещенного на место горелки. Таким образом можно было получить значение спектральной яркости пламени и отсюда, согласно закону Кирхгофа, также п спектральную яркость черного тела при той же температуре, что и температура пламени. Эта температура сравнивалась с температурой пламени, измеренной следующим образом тонкая платино-родиевая проволочка, распо.вдженная вне пламени, нагревалась пропусканием тока и энергия ее излучения измерялась термостолбиком при различных температурах. Измерение последних производилось посредством оптического пирометра. На основании этого строилась кривая энергии излучения (в ваттах на сантиметр д.тины проволочки) в функции от температуры. Затем проволочка вводилась в пламя, и температура ее измерялась для различных величин сообщаемой ей электрической энергии. Отсюда строилась другая кривая, выражающая подачу эр.ергии (в ваттах на сантиметр дли.ны проволочки) в функции от температуры. Для некоторого значения температуры эти кривые пересекаются. Для излучения проволочки пламя является практически прозрачным. Это следует из сравнительно низкой излучательной способности проволочки в области инфракрасных полос поглощения пламени, а, кроме i jro, было подтверждено прямым экспериментом . Поэтому прп этой температуре количество энергии, излучаемое просо-лочкой, равно величине сообщаемой электрической энергии. Это может иметь место только в том случае, когда энергия не теряется и пе сообщается проволочке теплопроводностью или конвекцией, т.е. если температуры проволочки и пламени газа одинаковы. Поэтому точка пересечения определяет температуру пламени газа. 

При испарении капля охлаждается. Ввиду аналогии между явлениями теплопроводности и диффузии (в пренебрежении теплообменом посредством конвекции и излучения, считая коэффициент теплопроводности Я газообразной среды не зависящим от температуры и концентрации пара, т. е. считая l = onst) можно написать для стационарного распределения температуры около сферической капли уравнения, аналогичные (4.3)  

Мюраур не дал законченную количественную теорию, а скорее связал результаты большого числа экспериментов с качественной картиной процесса горения. Поверхностное разложение топлива, дающее горючую газовую смесь, рассматривается как стадия, определяющая скорость горения, а такие параметры, как давлепие, начальная температура, температура пламени, теплота взрыва и излучение, интерпретируются так, как если бы они влияли на это начальное разложение. Передача энергии от пламени к поверхности топлива происходит посредством процесса теплопроводности, скорость которого пропорциональна давлению, и процесса излучения, не зависящего от давления. Это дает следующий закон для скорости горения  

Ртуть теплопроводность — Справочник химика 21

    Простые вещества по свойствам составляющих их элементов делятся на металлы и неметаллы. Металлы имеют ряд общих свойств. Это — металлический блеск, высокая теплопроводность и электропроводность. Бее металлы, кроме ртути, при нормальных условиях (температура 0°С, давление 1 атм.) являются твердыми веществами, прочными и пластичными. Металлы обладают более высокими восстановительными свойствами, чем неметаллы. Подробнее о металлах и неметаллах разговор пойдет в главе 2 и в главе 7, В приведенной на форзаце Периодической системе элементов разными цветами выделены типичные металлы и неметаллы. [c.10]
    Металлы — хорошие проводники тепла и электричества. При прохождении электрического тока через металлические проводники не происходит переноса частиц металла (электронная проводимость, или проводимость первого рода). По способности проводить тепло и электричество металлы располагаются приблизительно в одном и том же порядке лучшие проводники —серебро и медь, затем золото, алюминий, железо и худшие —свинец и ртуть. Следовательно, между теплопроводностью металлов и их электропроводностью наблюдается почти постоянное соотношение. [c.297]

    Существенные сведения относительно природы химической связи в металлах можно получить на основании двух характерных особенностей по сравнению с ковалентными и ионными соединениями. Металлы, во-первых, отличаются от других веществ высокой электропроводностью и теплопроводностью, во-вторых, в обычных условиях являются кристаллическими веществами (за исключением ртути), структуры которых характеризуются высокими координационными числами. [c.104]

    Слабые металлические связи сообщают графиту его металлические свойства электропроводность, в некоторых чистых образцах в два раза превышающую электропроводность ртути, теплопроводность, почти равную теплопроводности меди, и т. п. [c.287]

    Теплопроводность. Теплопроводность воды относительно велика по сравнению с теплопроводностью других жидкостей (кроме ртути). В этом отношении к ней близки глицерин и некоторые соляные растворы. Относительно большая теплопроводность воды является важным фактором для теплоотдачи, так как коэффициент теплоотдачи прямо пропорционален теплопроводности. [c.290]

    По теплопроводности твердые тела делят на три группы. Первая группа — металлы с теплопро- гоо водностью от 6,8 ккал (м-ч-град) для ртути или 40 ккал (м-ч-град) для стали до 394 ккал] (м-ч-град) для серебра. Однако эти величины в сильной степени зависят от примесей и загрязнений материала. Вторую группу составляют строительные материалы с теплопроводностью от 0,2—0,25 ккал (м-ч- град) для обыкновенного строительного кирпича до 16 ккал (м ч — град) для карборундового кирпича. Третья группа представляет собой теплоизоляционные материалы с теплопроводностью от 0,033 ккал  [c. 279]

    Нагревание ртутью и жидкими металлами. Для нагрева до температур 400—800 С и выше в качестве высокотемпературных теплоносителей могут быть эффективно использованы ртуть, а также натрий, калий, свинец и другие легкоплавкие металлы и их сплавы. Эти теплоносители отличаются больщой плотностью, термической стойкостью, хорошей теплопроводностью и высокими коэффициентами теплоотдачи. Однако жидкие металлы и их сплавы характеризуются очень малыми значениями критерия Прандтля (Рг =s 0,07). В связи с этим коэффициенты теплоотдачи от жидких металлов следует рассчитывать по специальным формулам .  [c.320]

    Металлы отличаются характерным металлическим блеском, ковкостью, тягучестью, могут прокатываться в листы или вытягиваться в проволоку, обладают хорошей теплопроводностью и электрической проводимостью. При комнатной температуре все металлы (кроме ртути) находятся в твердом состоянии. [c. 29]

    По физическим свойствам все металлы — твердые вещества (кроме ртути, которая при обычных условиях жидкая), они отличаются от неметаллов особым видом связи (металлическая связь). Валентные электроны слабо связаны с конкретным атомом и внутри каждого металла существует так называемый электронный газ. Поэтому все металлы обладают высокой электропроводностью (т. е. они — проводники в отличие от неметаллов-диэлектриков), особенно медь, серебро, золото, ртуть и алюминий высока и теплопроводность металлов. Отличительным свойством многих металлов является их пластичность (ковкость), вследствие чего они могут быть прокатаны в тонкие листы (фольгу) и вытянуты в проволоку (олово, алюминий и др.), однако встречаются и достаточно хрупкие металлы (цинк, сурьма, висмут). [c.157]

    Графит хорошо проводит тепло (в 3 раза лучше ртути) и обладает близкой к металлам электропроводностью (0,1 от электропроводности ртути). И электро- и теплопроводность больше параллельно слоям, чем перпендикулярно им. Максимум теплопроводности графита наблюдается около 0°С, а электропроводности — около 600 °С. Механическая прочность графита при переходе от обычных температур к 2500 °С возрастает почти вдвое. Его сжимаемость примерно в 20 раз больше сжимаемости алмаза. Заметное окисление графита при нагревании на воздухе наступает лишь выше 700 С. [c.502]

    Обычно установки термической регенерации работают периодически. Используется как огневой обогрев через стены реторты, так и электрический с помощью наружных или внутренних нагревательных элементов сопротивления или нагревателей индукционного типа. Производительность установок термической регенерации ртути обычно лимитируется низкой теплопроводностью шламов после отгонки из них влаги. Вследствие этого прогрев всей массы шлама в реторте до температуры не ниже 600 °С происходит медленно и вся операция отгонки в реторте емкостью около 0,5 т обычно занимает 24—36 ч. [c.273]

    В приборе Свентославского (рис. V. 54, а) раствор, подлежащий исследованию, наливают в нижний резервуар 1 прибора через боковой отросток сосуда так, чтобы жидкость находилась в узкой трубке 2. При кипении пар вместе с капельками жидкости устремляется по трубке 2 в отверстие сосуда 3, расположенное вблизи нижней части внутренней запаянной трубки 4, которая содержит ртуть или силиконовое масло (последние увеличивают теплопроводность системы). Сюда же погружают шарик термометра. Нагреватель представляет собою жестяное полукольцо, покрытое асбестом, на который намотаны электроспираль. Это полукольцо охватывает нижнюю трубку 5 в месте соединения ее с резервуаром 1. В ходе опыта нагревание регулируют так, чтобы нижняя часть трубки с термометром [c.330]

    Связи между атомами углерода одной и той же плоскости в решетке графита имеют типичный ковалентный характер. Отдельные плоскости связаны друг с другом в основном межмолекулярными силами, но отчасти между ними действуют и металлические связи (примерно один свободный электрон на 18 тыс. атомов углерода). Наличием последних обусловлена высокая электропроводность графита (0,1 от электропроводности ртути) и его хорошая теплопроводность (в три раза больше, чем у ртути). [c.300]

    Для решеток с металлической структурой характерно наличие в узлах кроме атомов также и ионов, которые образуются за счет отрыва электронов. Атомы и ионы находятся в состоянии непрерывного обмена электронами, причем процесс этот происходит без затраты или освобождения энергии (в единицу времени число атомов, потерявших электроны, и присоединивших их ионов равно). В процессе такого непрерывного обмена электронами часть их стационарно остается в свободном состоянии, образуя так называемый электронный газ . Наличие свободно перемещающихся электронов и динамически обменивающихся ими нонов и атомов сообщает металлическим кристаллам специфические свойства пластичность, электронную проводимость, высокую теплопроводность, металлический блеск, непрозрачность. Специфика структуры металлических кристаллов создает условия для большого разнообразия их свойств. Так, например, температура затвердевания ртути —38,9° С, в то время как вольфрам плавится лишь при 3380° С натрий мягок, как воск, а рений с трудом можно обработать инструментом, изготовленным из специальных сортов стали. [c.321]

    Пример 4-1. При измерении переменной температуры термометром важно знать, насколько быстро термометр реагирует на изменение температуры. Полупериодом называют интервал времени, в пределах которого начальная разность между истинной температурой и показанием термометра сокращается наполовину после внезапного изменения истинной температуры. Необходимо определить этот полупериод для ртутного термометра, находящегося в потоке воздуха. Пусть ртутный шарик имеет форму цилиндра радиусом 3 мм. Коэффициент теплопроводности ртути к = 7,А5 ккал/м-ч-град (см. приложение). Коэффициент температуропроводности а = 0,0166 л /ч, термическим сопротивлением тонкой стеклянной стенки пренебрегаем. Коэффициент теплообмена для потока воздуха а = 50 ккал/м -ч-град.  [c.106]

    Вторая операция называется закалкой. Образец после выдержки при заданной температуре резко охлаждается. Это достигается сбрасыванием образца из печи в холодную инертную жидкость с хорошей теплопроводностью (например, в воду, ртуть). При резком охлаждении происходит фиксация того состояния, в котором образец находился при температуре выдержки, т. е. кристаллические фазы, если они есть, фиксируются ( замораживаются ) в таком виде и количестве, в каком они находились при температуре выдержки, а жидкая фаза застывает в стеклообразном состоянии. [c.284]

    Медь обладает высокой электро- и теплопроводностью, коррозионной стойкостью и отлично переносит горячую и холодную обработку давлением. Она устойчива к атмосферной коррозии. Чистая пресная >ода почти не действует на медь. Скорость коррозии меди в морской воде 0,05 мм/год. В растворах неокислительных солей она стойка. Примеси олова и ртути увеличивают скорость коррозии меди.  [c.23]

    Для большого количества жидкостей составляющая коэффициента затухания обусловленная теплопроводностью, много меньше составляющей а , вызванной вязкостью жидкости. В некоторых жидкостях, например, ртути, наоборот, величина в несколько раз больше [c.79]

    К металлам относят вещества, которые обладают рядом характерных свойств хорошей электро- и теплопроводностью и отражательной способностью к световому излучению (блеск и непрозрачность), отрицательным температурным коэффициентом электропроводности, повышенной пластичностью (ковкость). Данные свойства металлов обусловлены наличием подвижных электронов, которые постоянно перемещаются от одного атома к другому. Вследствие такого обмена в металлической структуре всегда имеется некоторое количество свободных электронов, т. е. не принадлежащих в данный момент каким-либо определенным атомам. Чрезвычайно малые размеры электронов позволяют им свободно перемещаться по всему металлическому кристаллу и придавать металлам характерные свойства. Слабой связью валентных электронов с ядром атома объясняются и многие свойства металлов, проявляющиеся при химических реакциях образование положительно заряженных ионов-катионов, образование основных окислов и др. Металлы с хорошей электропроводностью одновременно обладают высокой теплопроводностью (рис. 105). Наибольшей электропроводностью обладают металлы серебро, медь, золото, алюминий. Медь и алюминий широко используются для изготовления электрических проводов. По твердости металлы располагаются в ряд, приведенный на рис. 106. По плотности все металлы условно делят на две группы легкие, плотность которых не более 5 г см , и тяжелые. Плотность, температуры плавления и кипения некоторых металлов указаны в табл. 18. Наиболее тугоплавким металлом является осмий, наиболее легкоплавким — ртуть. [c.266]

    Для выяснения зависимости значений коэффициента / от температуры Одноатомных газов Зайцевой, [Л.2-26] было проведено экспериментальное исследование теплопроводности шести одноатомных газов. Ею экспериментально была определена теплопроводность гелия, неона, аргона, криптона, сенона и паров ртути при давлениях от 50 до 500 мм рт. ст. и температурах от О до 500° С. Установка Зайцевой исключала необходимость больших поправок к экспериментальным значениям в отличие от данных Каннулика и Кармана [Л. 2-27], уже при 300 С вводивших по правки до 20% к экспериментальным значениям. Обработка экспериментальных данных теплопроводности Зайцевой показала, что зависимость теплопроводности указанных шести одноатомных газов от температуры описывается уравнением [c.134]

    Это означает, что условия протекания процесса внутри рассматриваемой системы зависят не только от входных, но и от выходных потоков. Чтобы лучше это представить, предположим, что рассматриваются потоки ртути в этом случае вследствие условий теплопроводности в ртутной колонне диффузионный член увеличится и может стать очень большим. Если ртуть, после того как выйдет из системы, снова попадет в теплый поток, это вызовет в колонне поток тепла в обратном направлении.  [c.192]

    Об автоматическом регулировании остаточного давления в областях среднего и высокого вакуума в литературе имеется сравнительно мало сведений. При использовании вакуумметров, основанных на принципе измерения теплопроводности газа, Лапорт [49] рекомендует подключить к мостовой схеме Пирани сигнальное устройство, которое дает звуковой сигнал при увеличении давления выше заданного предела. Нисбет [54 ] описал прибор, позволяющий поддерживать в сосуде, продуваемом воздухом, постоянное давление 10″ мм рт. ст. Мельпольдер [55] описал регулятор давления, обеспечивающий в интервале от 10″ до 10″ мм рт. ст. точность регулирования, равную 10″ мм рт. ст. Схема данного регулятора приведена на рис. 384. Принцип его работы заключается во введении в манометр Мак-Леода четырех впаянных контактов 9—12. С помощью устройства 13 в манометре Мак-Леода каждую минуту поднимают уровень ртути. Регулирование давления осуществляется с помощью контактов 9 и При уменьшешш-давления в системе ниже заданного контакт 10 замыкается, при этом он через реле 5 и 2 закрывает электромагнитный клапан 5. Этот клапан размещен на штуцере 4, соединяющем систему с ваку-умным насосом. Вакуумированный аппарат подсоединяют к шту- [c.451]

    В большинстве случаев при обычных условиях в такой же последовательности, как и электрическая проводимость, изменяется теплопроводность металлов. Последняя обусловливается высокой подвижностью свободных электронов и колебательным движением атомов, благодаря чему происходит быстрое выравии-вание температуры в массе металла. Наибольшая теплопроводность у серебра и меди, наименьшая — у висмута и ртути. [c.152]

    Рассматриваемый прибор был создан Л. П. Филипповым для измерения теплопроводности электролитов, в том числе и электропроводящих, относительным методом цилиндрического слоя [Л. 1-48]. Схематическое изображение этого прибора дано на рис. 1-12. Исследуемая жидкость заполняет цилиндрический слой 1 между внешней 2 и внутренней 3 стеклянными трубками. Во внутренней трубке диаметром около 2 мм и длиной 8 см помещен нагревательный элемент 8 из константановой проволоки диаметром 0,1 мм, намотанной бифилярно на фарфоровую соломку толщиной 1 мм. В конце трубки 3 имеется спай медно-константановой термопары, провода которой выводятся сквозь каналы в фарфоровой соломке. Весь прибор погружен в ртуть 5, термостатируемую потоком жидкости в стеклянной рубашке б. В ртути находится второй спай 7, вместе со спаем 4 образующий дифференциальную термопару, [c.67]

    Пленочное К. возникает на несмачиваемых пов-стях нагрева (напр., К. ртути в стеклянной трубке) на смачиваемых пов-стях пузырьковое К. переходит в пленочное (первый кризис К.) при достижении первой критич. плотности теплового потока 9,р.1. Интенсивность теплоотдачи при пленочном К. значительно меньше, чем при пузьфьковом, что обусловлено малыми значениями коэф. теплопроводности ).[Вт/(м К)] и плотности пара по сравнению с их значениями для жидкости. При ламинарном движении пара в пленке а при турбулентном движении интенсивность [c.385]

    Способ I [1—3]. Необходимое для получения препарата олово вводяг в реакцию в виде реакционноспособной амальгамы. Последнюю готовят путем слабого нагревания 6,5 частей ртути в фарфоровой чашке на песчаной бане (работать под тягой ), постепенно прибавляя к ней оловянные стружки (14 частей). По окончании реакции смеси дают охладиться. Амальгаму разбивают стеклянной палочкой в момент затвердевания на сравнительно крупные зерна, которые затем подвергают дальнейшему измельчению. Полученный препарат хорошо перемешивают с 8 ч. порошкообразной серы и 6,8 ч. тонкоизмельченного хлорида аммония и переносят в керамический тигель, неплотно закрытый глиняной или фарфоровой крышкой. Реакционную массу умеренно нагревают (до 400°С) под сильной тягой или лучше на воздухе (ртуть ) на песчаной бане в течение длительного времени, пока не прекратится выделение паров. Затем температуру быстро повышают до начала красного каления. Как только закончится выделение паров серы нли бурая реакционная масса в отдельных местах начнет приобретать черный цвет, на-грер.ание прекращают и медленно охлаждают содержимое тигля без сильного притока воздуха. В зависимости от количества исходных компонентов реакция продолжается 3—4 ч. После охлаждения тигель осторожно разбивают и отделяют поверхностный слой, состоящий из хорошо образованных с золотистым блеском кристаллов. Под ними также находится SnSa, однако в виде хуже образованных кристаллов. На дне часто остается небольшое количество чистой серы. При слишком большой загрузке иногда происходит разложение (почернение) продукта на дне и на стенках тигля вследствие перегрева, обусловленного плохой теплопроводностью реакционной массы. При этом внутри тигля компоненты часто даже не успевают прореагировать полностью. Часть продукта, представляющую собой хорошо образованные кристаллы, очищают путем возгонки на песчаной бане, причем SnSa получается в виде великолепных прозрачных чешуек с золотистым блеском. Выход около 50%. [c.830]

    Металлы имеют плотноупакованную кристаллическую структуру и характеризуются металлическим типом связи электроны, осуществляющие эту связь, принадлежат не двум отдельным атомам, а свободно перемещаются по всему кристаллу. Металлы характеризуются высокой электрической проводимостью и теплопроводностью. При нормальных усповиях ртуть находится в жидком состоянии, остальные металлы — твердые вещества обладают сравнительно низкими значениями энергии ионизации и сродства к электрону. [c.192]

    Вскоре после этого вопрос с большей тщательностью был изучен М. Кпудсепом [30]. Исследуемым веществом была ртуть, которая особенно пригодна по ряду причин. Давление пара ртути хорошо известно в широкой области, так что можно выбрать такие температуры опыта, при которых длина свободного пробега атомов ртути была столь велика, что при данном расстоянии поверхности жидкости от сильно охлаждаемой стенки на последней удерживались все испаренные атомы и обратного их возвращения не происходило. К тому же при достаточно медленном испарении хорошая теплопроводность ртути гарантировала правильное определение температуры поверхности. [c.33]

    Пример XVIII. 1. Вычислить теплопроводность ртути (М = 200,6) при 293 К, зная р = 13 500 кг/м Ср — 138,2 Дж/(кг-К) г = 0,95-10- 0м м.  [c.342]

---

Применение водорода в промышленности: востребованность и преимущества

Водород является востребованным компонентом для большого количества производственных процессов, относящимся к промышленности. Чтобы его использовать для решения технических задач количество примесей в составе вещества не должно превышать 0, 05%, относится к марке, А и 0,01% — марка Б.

Популярность и востребованность химического элемента связана напрямую с его положительными особенностями:

• универсальность;
• высокая химическая активность;
• малый вес;
• хорошая теплопроводность;
• большое количество тепла, образовывающееся в процессе горения;
• безопасность использования.

Востребованность водорода для промышленных целей

Водород требуется для получения аммиака, выступающим неотъемлемым компонентом для добычи удобрений азотного типа, производства пластмассы, волокон из синтетических материалов и лекарств. Сочетание его с хлором дает возможность получить хлороводород и соляную кислоту. Также благодаря нему изготавливается множество веществ, относящимся к органическим.

Для пищевой промышленности водород используется во время изготовления маргарина, состоящего из твердых жиров растительного происхождения. Гидрогенизация дает возможность жидкие растительные масла превратить в затверделый жир. Химический элемент может выступать как пропеллент — защитная среда упаковки с пищевыми продуктами.

Использование водорода в металлургии

С помощью водорода удается восстановить первоначальные свойства определенных металлов, состоящих из их оксидов (вольфрам). При его горении в кислороде достигается температура в среднем 3000 °C. Данные условия позволяют выполнять плавление и сваривание металлов тугоплавкого типа.

Использование водорода в промышленности можно наблюдать на примере металлургии. данной отрасли он задействуется с целью восстановительного процесса металлов из оксидов. В результате удается получить сплавы, относящиеся к тугоплавким. Затем водородно-кислородное пламя, отличающееся высокой температурой, обладает способностью расплавлять их и сваривать. Для таких целей задействуется горелка, спроектированная по аналогии ацетиленокислородной.

Наша продукция

Смотреть каталог

Преимущества применения водорода

Водород, пребывающий в жидком состоянии, является отличным вариантом топлива для ракет. Также активно идет работа, чтобы в будущем использовать его в виде горючего для силового агрегата машин. Воплощение в жизнь данной идеи положительно скажется на экологической ситуации, так как при сгорании водорода в атмосферу не попадают опасные компоненты, наносящиеся непоправимый вред окружающей среде.

Одним из основных потребителем химического элемента являются предприятия, работающие в сфере нефтехимии и занимающиеся переработкой нефти. Здесь расход водорода, который добывается промышленным методом, достигает отметки 50% от общего числа. Большое количество полимеров, соединений углеводородного типа и масс, с пластическими свойствами, получают исключительно из водорода.

Газообразное вещество благодаря отличной теплопроводности и отсутствию в составе вредных компонентов оптимально подходит для снижения уровня нагрева турбогенераторов, характеризующихся высоким запасом мощности. В условиях повышенной температуры водород демонстрирует регенерацию, беря на себя атомы кислорода, находящиеся в оксидах металлов. Это дает возможность применять его для прямого восстановления руды.

В зависимости от отрасли газообразная консистенция выступает как основной элемент, дополнительный материал либо горючее.

Cогласно статистическим данным востребованность водорода стремительно растет и его использование каждые 15 лет удваивается в несколько раз.

Читайте также

Теплопроводящие материалы и общие области применения

1.0 Что такое теплопроводность

Теплопроводность материала или элемента является определяющим свойством, которое помогает в разработке эффективных технологий нагрева / охлаждения. Значение теплопроводности можно определить, измерив скорость, с которой тепло может проходить через материал.

Это значение выражается в ваттах на метр на градус Кельвина Вт / м • К в соответствии с рекомендациями S.I. (Международная система).Материалы с высокой теплопроводностью могут эффективно передавать тепло, в то время как материалы с более низкой теплопроводностью плохо переносят тепло и медленно забирают тепло из окружающей среды.

1,1 Факторы, влияющие на теплопроводность

Многочисленные химические и физические свойства элемента или материала могут влиять на его теплопроводность. Как правило, материалы с простым химическим составом и молекулярной структурой имеют более высокую теплопроводность.Общая физическая характеристика, которая может влиять на теплопроводность материалов, — это пористость. Воздух имеет теплопроводность 0,02 Вт / м • К при комнатной температуре (20-25 ° C). Это значение значительно ниже, чем у большинства твердых веществ. Когда воздух задерживается в порах вещества, он может снизить скорость, с которой тепло может эффективно проходить через него. Размер пор, распределение, форма и связность — все это влияет на пористость материала. Высокая пористость снижает теплопроводность. Другими внешними факторами, которые могут повлиять на теплопроводность, являются влажность и направление теплового потока.

Вода и лед имеют более высокую теплопроводность, чем воздух. Если материал подвергается воздействию окружающей среды с присутствием влаги, он потенциально может абсорбироваться, что приведет к более высокому значению теплопроводности. Молекулярная структура материала также может ограничивать тепловой поток. Дерево является примером материала, молекулярная структура которого состоит из прямых волокон. Тепло, протекающее через древесину, движется в постоянном направлении по пути, обеспечиваемому волокнами. Если тепло течет по волокнам, сопротивление увеличивается.Это сопротивление может ограничить эффективную теплопередачу и снизить теплопроводность этого материала.

Рисунок 1: Пористость, отображаемая в образце породы

2.

0 Теплопроводящие материалы и современные приложения

2.1 Алмазы

Diamond в настоящее время имеет титул теплопроводного материала, известного человеку. Теплопроводность алмаза может достигать 2000–2200 Вт / м • К при измерении при комнатной температуре (20–25 ° C). Это значение теплопроводности почти в 5 раз выше, чем у серебра, которое имеет второе по величине значение проводимости.Алмаз обычно используется в электронике для рассеивания тепла, чтобы защитить чувствительные устройства от перегрева. Их высокие значения теплопроводности также можно использовать для определения подлинности бриллиантов в ювелирных изделиях.

2.2 Серебро

Серебро имеет второе по величине измеренное значение теплопроводности. Серебро — это распространенный и относительно недорогой металл, который используется в тысячах практических приборов и технологий. 35% серебра, перерабатываемого в США, используется в электронике и электротехнике (U.Сводка геологического исследования минерального сообщества 2013 г. ) . Серебро — относительно ковкий металл, из которого можно легко изменять вязкость и размер частиц. Это свойство серебра способствовало широкому распространению металла. Серебряная паста является примером промышленного продукта из серебра, спрос на который постоянно растет. Серебряная паста часто используется в производстве фотоэлектрических элементов, основного компонента солнечных панелей.

Рисунок 2: Круговая диаграмма, показывающая использование серебра в Соединенных Штатах Америки.

2.3 Медь, золото и алюминий

Медь — это материал с третьей по величине теплопроводностью, а также самый популярный металл для использования в технологиях производства проводимости. Медь — чрезвычайно эффективный материал для минимизации потерь энергии при передаче тепла. Медь имеет высокую температуру плавления и низкую скорость коррозии. Кастрюли, трубы для горячей воды и электронные радиаторы являются примерами приборов, в которых используются теплопроводные свойства меди.

Золото имеет такие же проводящие свойства, что и медь, но встречается редко и очень дорого обходится.Золото не тускнеет так быстро, как медь и серебро, поэтому его часто используют для изготовления электрических контактов и соединителей из-за его высокой износостойкости.

Алюминий — еще один металл с повышенным значением теплопроводности. Алюминий имеет относительно низкую температуру плавления по сравнению с другими металлами и часто используется в качестве экономичной альтернативы меди. Медно-алюминиевые смеси часто производятся, чтобы использовать химические и физические характеристики обоих металлов и минимизировать производственные затраты.

Рисунок 3: Основа решетки атома меди

2.4 10 лучших теплопроводящих материалов

Материал	Теплопроводность Вт / м • К при (20-25 ° C)
Бриллиант	2000-2200
Серебро	429
Медь	398
Золото	315
Нитрид алюминия	320
Карбид кремния	270
Алюминий	247
Вольфрам	173
Графит	168
цинк	116

Таблица 1: 10 лучших теплопроводящих материалов и их значения проводимости, измеренные в Вт / м • К при комнатной температуре (20-25 ° C)

3.

0 Механика теплопроводности

Теплопроводность является основным компонентом минералов и элементов, который имеет решающее значение для разработки бесчисленных технологий и инструментов. Выбор материала с правильным значением проводимости может повысить эффективность продукта и сэкономить энергию и деньги. Самыми исключительными проводниками тепла являются металлы из-за их внутреннего электронного расположения. Ионы металлов плотно упакованы в решетку (рис. 3). Эти ионы постоянно колеблются, выделяя тепло.

В молекулярную структуру металлов входят также свободные электроны. Эти делокализованные электроны несут большое количество энергии при движении через решетку. Когда эти электроны сталкиваются с каркасом решетки, они возбуждают ионную структуру, заставляя ее колебаться быстрее. Повышенная вибрация решетки начинает выделять больше тепла. Из-за движения свободных электронов, присутствующих в металле, тепло, генерируемое ионной вибрацией, может более эффективно передаваться через вещество.

3.1 Механика теплопроводности алмазов

В отличие от электронов, переносящих тепло в металлах, в алмазах фотоны переносят энергию и тепло. Научное сообщество предполагает, что поверхность алмаза покрыта тонкой карбидной пленкой, которая помогает спаривать электроны с фотонами. Это взаимодействие в настоящее время исследуется и, по-видимому, является теплоносителем, влияющим на повышенную теплопроводность алмаза. Структура простых углеродных связей в алмазах также влияет на перенос тепла через каждый атом.Как упоминалось выше, материалы с простой молекулярной структурой часто имеют более высокую теплопроводность.

Рисунок 4: Диаграмма Льюиса, показывающая углеродную основу атома алмаза

4.0 Заключение

Согласно первому закону термодинамики, энергия не может быть ни создана, ни разрушена. Энергия (тепло) может только передаваться. Для эффективной теплопередачи требуются эффективные теплопроводники. Материалы с высокой теплопроводностью имеют решающее значение в проектировании и разработке бесчисленного множества электроники и приборов для теплопередачи. Каждый теплопроводник обладает уникальными химическими и физическими свойствами, которые позволяют использовать свойства нагрева с пользой.

Список литературы

Irimia R, Gottschling M (2016) Таксономическая редакция Rochefortia Sw. (Ehretiaceae, Boraginales). Журнал данных о биоразнообразии 4: E7720 . (нет данных). https://doi.org/10.3897/BDJ.4.e7720.

Flickr. ¹ https://live.staticflickr.com/8227/8456671200_5c93da3b69_b.jpg

Многочисленные применения серебра.(нет данных). Получено с ² https://geology.com/articles/uses-of-silver/

Электроника: самые основы. (2015, 21 апреля). Получено с ³ http://stuartparkinson.com/electronics-the-very-basics/

(н.о.). Получено с https://www.cs.mcgill.ca/~rwest/wikispeedia/wpcd/wp/m/Material_properties_of_diamond.htm

.

Свойства и применение меди — электрическая, термическая, коррозионная стойкость, легирование и многое другое. (нет данных). Получено с https: // copperalliance. org.uk/knowledge-base/education/education-resources/copper-properties-applications/

Алмазная структура. (1970, 01 января). Получено с ⁴ http://sciencesolve.blogspot.com/2015/09/diamond-structure.html

Автор: Каллиста Уилсон, младший технический писатель на Thermtest

Теплопроводность — энциклопедия New World

Испытание на огнестойкость, используемое для проверки передачи тепла через противопожарные заглушки и пенетранты, используемые в строительных списках и одобрении использования и соответствия.

В физике теплопроводность , k {\ displaystyle k}, является свойством материала, которое указывает на его способность проводить тепло. Он появляется в основном в законе Фурье для теплопроводности.

Проводимость — наиболее важное средство передачи тепла в твердом теле. Зная значения теплопроводности различных материалов, можно сравнить, насколько хорошо они проводят тепло. Чем выше значение теплопроводности, тем лучше материал проводит тепло. В микроскопическом масштабе проводимость возникает, когда горячие, быстро движущиеся или колеблющиеся атомы и молекулы взаимодействуют с соседними атомами и молекулами, передавая часть своей энергии (тепла) этим соседним атомам. В изоляторах тепловой поток почти полностью переносится фононными колебаниями.

Математический фон

Во-первых, теплопроводность можно определить по формуле:

H = ΔQΔt = k × A × ΔTx {\ displaystyle H = {\ frac {\ Delta Q} {\ Delta t}} = k \ times A \ times {\ frac {\ Delta T} {x} }}

где ΔQΔt {\ displaystyle {\ frac {\ Delta Q} {\ Delta t}}} — скорость теплового потока, k — теплопроводность, A — общая площадь поверхности Δ T — разность температур, а x — толщина проводящей поверхности, разделяющей две температуры.

Таким образом, преобразование уравнения дает теплопроводность,

k = ΔQΔt × 1A × xΔT {\ displaystyle k = {\ frac {\ Delta Q} {\ Delta t}} \ times {\ frac {1} {A}} \ times {\ frac {x} {\ Delta T}}}

(Примечание: ΔTx {\ displaystyle {\ frac {\ Delta T} {x}}} — это градиент температуры)

Другими словами, он определяется как количество тепла Δ Q , передаваемое за время Δ t через толщину x в направлении, перпендикулярном поверхности площадью A , из-за разность температур Δ T в установившемся режиме и когда теплопередача зависит только от температурного градиента.

С другой стороны, это можно представить как поток тепла (энергия на единицу площади в единицу времени), деленный на градиент температуры (разность температур на единицу длины).

k = ΔQA × Δt × xΔT {\ displaystyle k = {\ frac {\ Delta Q} {A \ times {} \ Delta t}} \ times {\ frac {x} {\ Delta T}}}

Типичными единицами измерения являются СИ: Вт / (м · К) и английские единицы: БТЕ · фут / (ч · фут² · ° F). Для преобразования между двумя значениями используйте соотношение 1 британских тепловых единиц · фут / (ч · фут² · ° F) = 1,730735 Вт / (м · K). ^[1]

Примеры

В металлах теплопроводность приблизительно соответствует электропроводности в соответствии с законом Видемана-Франца, поскольку свободно движущиеся валентные электроны переносят не только электрический ток, но и тепловую энергию. Однако общая корреляция между электропроводностью и теплопроводностью не сохраняется для других материалов из-за повышенного значения фононных носителей для тепла в неметаллах. Как показано в таблице ниже, серебро с высокой электропроводностью менее теплопроводно, чем алмаз, который является электрическим изолятором.

Теплопроводность зависит от многих свойств материала, особенно от его структуры и температуры. Например, чистые кристаллические вещества демонстрируют очень разную теплопроводность вдоль разных осей кристалла из-за различий в фононной связи вдоль данной оси кристалла. Сапфир является ярким примером переменной теплопроводности в зависимости от ориентации и температуры, для которой в справочнике CRC указана теплопроводность 2,6 Вт / (м · К), перпендикулярная оси c при 373 K, но 6000 Вт / ( м · К) при 36 градусах от оси c и 35 К (возможна опечатка?).

Воздух и другие газы, как правило, являются хорошими изоляторами при отсутствии конвекции. Поэтому многие изоляционные материалы функционируют просто за счет наличия большого количества заполненных газом карманов, которые предотвращают крупномасштабную конвекцию. Их примеры включают вспененный и экструдированный полистирол (обычно называемый «пенополистиролом») и аэрогель кремнезема. Природные биологические изоляторы, такие как мех и перья, достигают аналогичного эффекта, резко подавляя конвекцию воздуха или воды возле кожи животного.

Теплопроводность важна для теплоизоляции зданий и смежных областей. Однако материалы, используемые в таких отраслях, редко подвергаются стандартам химической чистоты. Значения k для некоторых строительных материалов перечислены ниже. Их следует считать приблизительными из-за неопределенностей, связанных с определениями материалов.

Следующая таблица предназначена в качестве небольшой выборки данных для иллюстрации теплопроводности различных типов веществ. Более полный перечень измеренных значений k см. В справочных материалах.

Список коэффициентов теплопроводности

Это список приблизительных значений теплопроводности, k , для некоторых распространенных материалов. Пожалуйста, обратитесь к списку значений теплопроводности для получения более точных значений, справочных материалов и подробной информации.

Измерение

Вообще говоря, существует ряд возможностей для измерения теплопроводности, каждая из которых подходит для ограниченного диапазона материалов, в зависимости от тепловых свойств и температуры среды.Можно различать методы установившегося и переходного режима.

Обычно методы установившегося режима выполняют измерение, когда температура измеряемого материала не изменяется со временем. Это упрощает анализ сигналов (устойчивое состояние подразумевает постоянные сигналы). Обычно недостатком является то, что для этого требуется хорошо спроектированная экспериментальная установка. Разделенный стержень (различных типов) — это наиболее распространенное устройство, используемое для консолидированных проб горных пород.

Переходные методы выполняют измерения в процессе нагрева.Преимущество в том, что измерения можно проводить относительно быстро. Переходные методы обычно выполняются с помощью игольчатых зондов (вставленных в образцы или погруженных на дно океана).

Для хороших проводников тепла можно использовать метод стержня Серла. Для плохих проводников тепла можно использовать дисковый метод Лиза. Также можно использовать альтернативный традиционный метод с использованием настоящих термометров. Тестер теплопроводности, один из инструментов геммологии, определяет, являются ли драгоценные камни настоящими алмазами, используя уникально высокую теплопроводность алмаза.

Стандартные методы измерения

• Стандарт IEEE 442-1981, «Руководство IEEE по измерениям теплового сопротивления почвы», см. Также gradient_thermal_properties. ^[4]

• Стандарт IEEE 98-2002, «Стандарт подготовки процедур испытаний для термической оценки твердых электроизоляционных материалов» ^[5]

• Стандарт ASTM D5470-06, Стандарт Метод испытания теплопроводных свойств теплопроводных электроизоляционных материалов » ^[6]

• Стандарт ASTM E1225-04,« Стандартный метод испытания теплопроводности твердых тел с помощью метода контролируемого сравнительного продольного теплового потока » ^[7]

• Стандарт ASTM D5930-01, «Стандартный метод испытания теплопроводности пластмасс с помощью метода нестационарного линейного источника» ^[8]

• Стандарт ASTM D2717-95, » Стандартный метод испытаний теплопроводности жидкостей » ^[9]

Разница между американскими и европейскими обозначениями

В Европе коэффициент k строительных материалов (например,г. оконное стекло) называется λ-значением.

U-значение раньше называлось k-значением в Европе, но теперь его также называют U-значением.

Значение K (с большой буквы) относится в Европе к общей стоимости изоляции здания. Значение K получается путем умножения форм-фактора здания (= общая внутренняя поверхность внешних стен здания, деленная на общий объем здания) на среднее значение U внешних стен здания. . Таким образом, значение K выражается как (m ² .м ^-3 ). (W.K ^-1 . м ^-2 ) = W.K ^-1 . м ^-3 . Таким образом, для дома объемом 400 м³ и коэффициентом К 0,45 (новая европейская норма. Его обычно называют K45) теоретически потребуется 180 Вт для поддержания внутренней температуры на 1 градус К выше наружной температуры. Так, чтобы поддерживать в доме температуру 20 ° C, когда на улице морозы (0 ° C), требуется 3600 Вт постоянного обогрева.

Связанные термины

Обратная величина теплопроводности равна , удельное тепловое сопротивление , измеренное в кельвин-метрах на ватт (К · м · Вт ^-1 ).

При работе с известным количеством материала можно описать его теплопроводность и взаимное свойство тепловое сопротивление . К сожалению, эти термины имеют разные определения.

Первое определение (общее)

Для общенаучных целей, теплопроводность — это количество тепла, которое проходит за единицу времени через пластину определенной площади и толщиной , когда ее противоположные стороны различаются по температуре на один градус.Для пластины с теплопроводностью k , площадью A и толщиной L это составляет кА / л , измеренное в Вт · K ^-1 (эквивалент: Вт / ° C). Теплопроводность и проводимость аналогичны электрической проводимости (A · м ^-1 · V ^-1 ) и электрической проводимости (A · V ^-1 ).

Существует также мера, известная как коэффициент теплопередачи: количество тепла, которое проходит за единицу времени через единицу площади пластины определенной толщины, когда ее противоположные стороны различаются по температуре на один градус. Обратное значение — , теплоизоляция . В итоге:

• теплопроводность = кА / L , измеренная в Вт · К ⁻¹
  • тепловое сопротивление = L / кА , измеренное в К · Вт ⁻¹ (эквивалент к: ° C / Вт)
• коэффициент теплопередачи = k / L , измеряется в Вт · K ^-1 · м ^-2
  • теплоизоляция = L / k , измеряется в K · м² · W ^-1 .

Коэффициент теплопередачи также известен как теплопроводность

Термическое сопротивление

Когда термические сопротивления возникают последовательно, они складываются. Таким образом, когда тепло проходит через два компонента, каждый с сопротивлением 1 ° C / Вт, общее сопротивление составляет 2 ° C / Вт.

Общая проблема инженерного проектирования включает выбор радиатора подходящего размера для данного источника тепла. Работа в единицах теплового сопротивления значительно упрощает расчет конструкции.Для оценки производительности можно использовать следующую формулу:

Rhs = ΔTPth − Rs {\ displaystyle R_ {hs} = {\ frac {\ Delta T} {P_ {th}}} — R_ {s}}

где:

• R _hs — максимальное тепловое сопротивление радиатора окружающей среде, ° C / Вт
• ΔT {\ displaystyle \ Delta T} — разница температур (падение температуры) в ° C.
.
• P _th — тепловая мощность (тепловой поток), в ваттах
• R _s — тепловое сопротивление источника тепла в ° C / Вт

Например, если компонент выделяет 100 Вт тепла и имеет тепловое сопротивление 0.5 ° C / Вт, какое максимальное термическое сопротивление радиатора? Допустим, максимальная температура составляет 125 ° C, а температура окружающей среды — 25 ° C; тогда ΔT {\ displaystyle \ Delta T} равно 100 ° C. В этом случае тепловое сопротивление радиатора окружающей среде должно составлять 0,5 ° C / Вт или меньше.

Второе определение (здания)

При работе со зданиями термическое сопротивление или R-значение означает то, что описано выше как теплоизоляция, а теплопроводность , означает обратное.Для материалов, соединенных последовательно, эти тепловые сопротивления (в отличие от проводимости) можно просто сложить, чтобы получить тепловое сопротивление для всего.

Третий член, коэффициент теплопередачи , включает теплопроводность конструкции наряду с теплопередачей за счет конвекции и излучения. Он измеряется в тех же единицах, что и теплопроводность, и иногда известен как теплопроводность композита . Термин U-значение является еще одним синонимом.

Таким образом, для пластины с теплопроводностью k (значение k ^[10] ), площадь A и толщина L :

• теплопроводность = k / L , измеренная в Вт · K ⁻¹ · м ⁻² ;
• термическое сопротивление (значение R) = L / k , измеряется в К · м² · Вт ⁻¹ ;
• коэффициент теплопередачи (значение U) = 1 / (Σ ( L / k )) + конвекция + излучение, измеряется в Вт · К ⁻¹ · м ⁻² .

Текстильная промышленность

В текстильных изделиях значение tog может указываться как мера теплового сопротивления вместо меры в единицах СИ.

Истоки

Теплопроводность системы определяется тем, как взаимодействуют атомы, составляющие систему. Нет простых и правильных выражений для теплопроводности. Есть два разных подхода к расчету теплопроводности системы.

Первый подход использует отношения Грина-Кубо.Хотя здесь используются аналитические выражения, которые в принципе могут быть решены, для расчета теплопроводности плотной жидкости или твердого тела с использованием этого соотношения требуется использование компьютерного моделирования молекулярной динамики.

Второй подход основан на подходе времени релаксации. Известно, что из-за ангармонизма внутри кристаллического потенциала фононы в системе рассеиваются. Существует три основных механизма рассеяния (Шривастава, 1990):

• Граничное рассеяние, попадание фонона на границу системы;
• Рассеяние на дефекте массы: фонон, ударяющийся о примесь внутри системы, и рассеяние;
• Фонон-фононное рассеяние, фонон распадается на два фонона с более низкой энергией или фонон сталкивается с другим фононом и сливается с одним фононом с более высокой энергией.

См. Также

Банкноты

1. ↑ Perry’s Chemical Engineers ‘Handbook, 7-е изд., Таблица 1-4.
2. ↑ ^{2,0 2,1} Теплопроводность некоторых распространенных материалов Проверено 26 мая 2008 г.
3. ↑ Теплопроводность металлов Проверено 26 мая 2008 г.
4. ↑ Руководство IEEE по измерениям теплового сопротивления почвы Проверено 26 мая 2008 г.
5. ↑ Стандарт подготовки процедур испытаний для термической оценки твердых электроизоляционных материалов, последнее обращение 26 мая 2008 г.
6. ↑ Стандартный метод испытаний теплопроводных свойств теплопроводных электроизоляционных материалов, последнее обращение 26 мая 2008 г.
7. ↑ Стандартный метод испытаний теплопроводности твердых тел с помощью метода ограниченного сравнительного продольного теплового потока. Проверено 26 мая 2008 г.
8. ↑ Стандартный метод испытаний теплопроводности пластмасс с помощью метода нестационарного линейного источника Проверено 26 мая 2008 г.
9. ↑ Стандартный метод испытаний теплопроводности жидкостей, получено 26 мая 2008 г.
10. ↑ Определение значения k из Plastics New Zealand Получено 26 мая 2008 г.

Ссылки

Ссылки ISBN поддерживают NWE за счет реферальных сборов

• Байерлейн, Ральф. 2003. Теплофизика . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 0521658381
• Холлидей, Дэвид, Роберт Резник и Джерл Уокер. 1997. Основы физики , 5 изд. Нью-Йорк: Вили. ISBN 0471105589
• Serway, Раймонд А.и Джон В. Джуэтт. 2004. Физика для ученых и инженеров. Бельмонт, Калифорния: Томсон-Брукс / Коул. ISBN 0534408427
• Шривастава, Г. П. 1990. Физика фононов. Бристоль: А. Хильгер. ISBN 0852741537
• Янг, Хью Д. и Роджер А. Фридман. 2003. Физика для ученых и инженеров . Сан-Франциско, Калифорния: Пирсон. ISBN 080538684X

Внешние ссылки

Все ссылки получены 6 февраля 2020 г.

Кредиты

Энциклопедия Нового Света Писатели и редакторы переписали и завершили статью Википедия в соответствии со стандартами New World Encyclopedia .Эта статья соответствует условиям лицензии Creative Commons CC-by-sa 3.0 (CC-by-sa), которая может использоваться и распространяться с указанием авторства. Кредит предоставляется в соответствии с условиями этой лицензии, которая может ссылаться как на участников New World Encyclopedia, и на самоотверженных добровольцев, вносящих вклад в Фонд Викимедиа. Чтобы процитировать эту статью, щелкните здесь, чтобы просмотреть список допустимых форматов цитирования. История более ранних публикаций википедистов доступна исследователям здесь:

История этой статьи с момента ее импорта в энциклопедию Нового Света :

Примечание. Некоторые ограничения могут применяться к использованию отдельных изображений, на которые распространяется отдельная лицензия.

Что такое теплопроводность и как это продемонстрировать

Вы когда-нибудь задумывались, почему кондиционеры устанавливаются высоко, а радиаторы — у земли? Почему теплый напиток лучше всего в холодный день? Как мы можем обнаружить людей в темноте? На все отвечаю одинаково — Теплообмен! А что делает что-то хорошим проводником тепла? Давайте исследуем все это в этом веселом эксперименте на кухне.

Содержание статьи

1. Что такое теплопроводность?
1.1. Более подробное объяснение теплопроводности
1.2. Конвекция и излучение — другие формы теплопередачи
2. Теплопроводность и тепловое сопротивление
3. Материалы, необходимые для эксперимента теплопроводности
4. Инструкции по теплопроводному эксперименту
5. Идея эксперимента с серебряной монетой
6. Что вы будете развивать и узнай

Как провести эксперимент с теплопроводностью

Что такое теплопроводность?

Проще говоря, теплопроводность — это движение тепла (тепла) от одного объекта к другому.Итак, когда у нас есть два объекта с разными температурами, и они соприкасаются, мы можем наблюдать тепло или тепловую проводимость .

Представьте, что вы пришли зимой снаружи и у вас мерзнут руки. Вы берете чашку теплого чая и держите ее несколько минут. Вы чувствуете, как тепло возвращается в ваши замерзшие руки. Вот пример теплопроводности! Когда мы прикасаемся к горячей чашке, тепло перетекает от более горячего предмета (чашки) к более холодному (нашим рукам).Теплопроводность также произошла, когда мы налили в чашку горячую воду комнатной температуры.

Знания о теплопроводности привели к созданию некоторых замечательных продуктов, которые мы используем в повседневной жизни. Примеры включают термобаллон или кухонную посуду , которая предназначена для предотвращения изменения температуры. Теплопроводность, несомненно, делает нашу жизнь намного удобнее, поэтому давайте узнаем о ней подробнее.

Более подробное объяснение теплопроводности

Вы, наверное, знаете, что все объекты состоят из атомов — крошечных микроскопических частиц, из которых состоит вся материя. Атом — это нейтральная частица, в центре которой находится положительно заряженное ядро, а вокруг ядра движутся отрицательно заряженные электроны.

Температура объекта на самом деле является мерой того, насколько быстро движутся его атомы. А тепло — это мера общей энергии, создаваемой колебаниями атомов.

Теплопроводность возникает, когда мы повышаем температуру объекта. При этом мы также увеличиваем его кинетическую энергию на . Это означает, что атомы внутри него начинают двигаться быстрее, и это, естественно, увеличивает вероятность их столкновения друг с другом.Насколько они будут сталкиваться, также зависит от плотности материала, который у нас есть на руках. Когда атомы упакованы более плотно, они, естественно, будут чаще сталкиваться. Вот почему металлы (которые очень плотны) намного лучше проводят тепло, чем, скажем, дерево.

Движущиеся атомы сталкиваются с соседними атомами и передают им энергию. И это в двух словах о теплопроводности.

Конвекция и излучение — другие формы теплопередачи

Во время приготовления еды вы когда-нибудь замечали, как еда внутри кастрюли перемещается вверх и вниз в воде? Вероятно, вы это сделали, но вы когда-нибудь задумывались, почему это так? Ответ конвекция — еще одна форма теплопередачи.Поднятие дыма над водой также является еще одним примером конвекции и представляет собой движение нагретого воздуха.

Другими словами, конвекция — это процесс передачи тепла за счет движения жидкостей и газов. Конвекция не может происходить в твердых телах, потому что частицы твердых тел закреплены и расположены близко друг к другу. Помните, что в случае твердых тел мы говорим о проводимости и колебаниях частиц.

Когда происходит конвекция, частицы жидкостей и газов вблизи источника тепла становятся более горячими, и, таким образом, их плотность уменьшается.С меньшей плотностью они поднимаются, более холодные частицы занимают свое место рядом с источником тепла, и процесс повторяется.

Вот почему обогреватели обычно ставят у земли. Это заставляет горячий воздух подниматься и создает конвекционный поток, который циркулирует в комнате и нагревает ее. И поэтому кондиционеров стоят под потолком. Более горячий воздух поднимается вверх для охлаждения, а холодный воздух движется вниз. Природные явления, такие как ветер , также могут быть вызваны конвекцией.Конвекционное течение (ветер) создается из-за разницы температур над морем и сушей.

А как насчет живительного тепла от Солнца? Пространство между Солнцем и Землей — это вакуум, а для теплопроводности и конвекции нужна материя как среда для передачи тепла. Вот тут и вступает в игру третий процесс теплопередачи — излучение .

Излучение — это процесс передачи тепла электромагнитными волнами . Электромагнитные волны — это колебательные магнитные и электрические поля, которые могут легко перемещаться в вакууме. Солнце испускает множество различных видов электромагнитного излучения. Свет, который мы получаем от солнца, является одним из примеров электромагнитного излучения. Энергия, исходящая от солнца (под энергией мы подразумеваем тепло), также является электромагнитным излучением.

Даже человеческие тела излучают энергию. Наши тела теплые и излучают инфракрасное излучение. Вот почему мы можем использовать инфракрасные камеры, чтобы определять местонахождение живых организмов даже в темноте (помните «Хищника» из фильма?).

Помимо теплопроводности, существуют также конвекция и излучение как методы теплопередачи.

Теплопроводность и термическое сопротивление

В простейшей форме теплопроводность — это характеристика материала, которая описывает, насколько быстро тепло может проходить через этот материал. Итак, это способность проводить тепло. Теплопроводность материала — важнейший фактор в разработке новых технологий нагрева и охлаждения.

Большинство металлов и газов обладают отличной теплопроводностью. Почему? Все дело в атомной структуре элемента или, точнее, его электронной конфигурации.Металлы обычно имеют несколько свободно движущихся электронов внутри своих атомов (их называют валентными электронами ). Когда мы обеспечиваем эти атомы электрическим зарядом, их электроны начинают перемещаться и прыгать от одного атома к другому. Вот как электричество проходит через металл. Хорошие проводники электричества также являются хорошими проводниками тепла.

Некоторые из наиболее популярных теплопроводников: медь , алюминий, серебро, и золото .

Не все материалы хорошо проводят тепло.Некоторые лучше служат изоляторами.

В отличие от теплопроводности, у нас есть удельное тепловое сопротивление . Материалы с высоким термическим сопротивлением плохо проводят тепло и медленно отводят тепло или охлаждаются. Мы называем их изоляторами . В отличие от металлов они не позволяют электронам легко перемещаться от одного атома к другому. Эти электроны прочно связаны и поэтому не передают электричество (или тепло) соседним атомам.

Некоторыми распространенными изоляционными материалами являются стекло, пластик, резина, воздух и дерево .Теплоизоляторы широко используются в домашних изоляционных материалах, одежде и автомобилях для сохранения тепла. Мы также можем найти их в морозильных камерах, холодильниках и термосах, чтобы вещи оставались холодными.

Материалы, необходимые для эксперимента по теплопроводности

Все, что нам нужно, это миска, масло, металлическая ложка, деревянная ложка и пластиковая ложка для этого простого эксперимента по теплопроводности.

У нас есть видео о том, как провести эксперимент с теплопроводностью, в начале статьи или продолжайте читать инструкции ниже, если вы предпочитаете пошаговое текстовое руководство.

1. Положите по кусочку сливочного масла на кончик каждой ложки (деревянной, пластиковой или металлической).
2. Поместите ложки в миску так, чтобы часть со сливочным маслом была сверху.
3. Залейте ложки кипятком. Оставьте часть с маслом вне воды.
4. Соблюдайте! Растает ли масло? Какой из них тает первым? Ты знаешь почему? Какие выводы можно сделать о проводимости используемых материалов?

Серебряная монета Идея эксперимента

Серебро — один из лучших теплопроводных металлов, и если у вас есть серебряная монета, вы можете попробовать еще один простой и легкий эксперимент теплопроводности.

Положите серебряную монету на кубик льда, и он должен пройти сквозь кубик почти так, как будто он сделан из густого сиропа. Это связано с тем, что серебро настолько хорошо проводит тепло, что отбирает тепло из воздуха и передает его кубику льда. И кубик льда, естественно, начинает таять.

Что вы будете развивать и чему научитесь

• Что такое проводимость
• Различные методы теплопередачи — теплопроводность, конвекция и излучение
• Что делает что-то проводником или изолятором
• Эта наука — развлечение! 🙂

Если вам понравилось это занятие и вы заинтересованы в других физических экспериментах, мы рекомендуем изучить силу давления в эксперименте Can crash. Или посмотрите на плотность с помощью нашего простого эксперимента с оранжевой плотностью. Если вам нужна более прикладная наука, вы можете попробовать некоторые из классических вещей: ракету на уксусе и пищевой соде или лампу из лавы.

Подписывайтесь на нашу новостную рассылку

Если вы ищете отличные занятия по STEM для детей и советы по развитию детей, вы попали в нужное место! Проверьте категории ниже, чтобы найти подходящее занятие для вас.

STEM Science

Видео, руководства и пояснения по STEM Science пошагово с материалами, которые, вероятно, уже есть у вас дома.Найдите новые научные идеи.

Подробнее

STEM Technology

Видео, руководства и пояснения по STEM Technology пошагово с материалами, которые, вероятно, уже есть у вас дома. Найдите новые технологические идеи.

Подробнее

STEM Engineering

Видео, руководства и пояснения по STEM Engineering, пошаговые инструкции с материалами, которые, вероятно, уже есть у вас дома. Новые инженерные идеи!

Подробнее

STEM Math

Видео, руководства и объяснения по STEM Math пошагово с материалами, которые, вероятно, уже есть у вас дома.Найдите новые идеи по математике.

Подробнее

Психология

Узнайте все о темах психологии развития, которые вы всегда хотели знать. Вот статьи из детской психологии и психологии развития в целом.

Подробнее

Первый год жизни ребенка

По мере развития ребенка ежемесячно с момента его рождения. Личный опыт и советы о том, как справиться с проблемами, с которыми вы столкнетесь в процессе воспитания детей.

Подробнее

О Ведране Ледере

Он всегда считал классическое обучение скучным и вялым.Ему нравится экспериментировать и учиться на практике. Благодаря своему детскому характеру, он всегда органично сочетался с детьми.

Посмотреть все сообщения Vedran Leder | Сайт

Опубликовано в: STEM, STEM Science | Tagged: Активность, Упражнения, Эксперимент, Пищевая наука, Кухонный эксперимент, Обучение, Наука, Научный метод, STEM, стволовые упражнения для 3-го класса, стволовые упражнения для 4-го класса, стволовые упражнения для 5-го класса, Вода

Понимание теплопроводности | Advanced Thermal Solutions

Теплопроводность — это объемное свойство, которое описывает способность материала передавать тепло. В следующем уравнении теплопроводность — это коэффициент пропорциональности k . Расстояние теплопередачи определяется как † x , что перпендикулярно области A . Скорость передачи тепла через материал составляет Q , от температуры T ₁ до температуры T ₂ , когда T ₁ > T ₂ [2].

Рисунок 1.Процесс теплопроводности от горячей (T1) к холодной (T2) поверхности
Теплопроводность материалов играет важную роль в охлаждении электронного оборудования. От кристаллизатора, в котором выделяется тепло, до шкафа, в котором размещена электроника, теплопроводность и, как следствие, теплопроводность являются неотъемлемыми компонентами общего процесса управления температурой.

Путь тепла от матрицы к внешней среде — сложный процесс, который необходимо учитывать при разработке теплового решения.В прошлом многие устройства могли работать без внешнего охлаждающего устройства, такого как радиатор. В этих устройствах сопротивление проводимости от кристалла к плате необходимо было оптимизировать, поскольку первичный путь теплопередачи находился в печатной плате. По мере увеличения уровней мощности передача тепла исключительно на плату становилась недостаточной (кредитная шакита). Большая часть тепла теперь рассеивается непосредственно в окружающую среду через верхнюю поверхность компонента. В этих новых более мощных устройствах важно низкое сопротивление перехода к корпусу, а также конструкция присоединенного радиатора.

Чтобы определить важность теплопроводности материала в конкретном приложении управления температурой (например, теплоотвод), важно разделить общее тепловое сопротивление, связанное с кондуктивной теплопередачей, на три части: межфазное сопротивление, сопротивление растеканию и сопротивление проводимости.

• Интерфейсный материал улучшает тепловой контакт между несовершенными сопрягаемыми поверхностями. Материал с высокой теплопроводностью и хорошей способностью к смачиванию поверхности снижает межфазное сопротивление .
• Сопротивление растеканию используется для описания теплового сопротивления, связанного с небольшим источником тепла, соединенным с большим радиатором. Среди прочего, теплопроводность основания радиатора напрямую влияет на сопротивление растеканию.
• Сопротивление проводимости — это мера внутреннего теплового сопротивления в радиаторе, когда тепло передается от основания к ребрам, где оно рассеивается в окружающую среду. Что касается конструкции радиатора, сопротивление теплопроводности менее важно в условиях естественной конвекции и низкого расхода воздуха и становится более важным при увеличении расхода.

Общие единицы теплопроводности: Вт / мК и БТЕ / ч-фут — ^o F.

Рисунок 2. Теплопроводность тонкой пленки кремния [3].

В электронной промышленности постоянное стремление к меньшему размеру и более высокой скорости значительно уменьшило масштаб многих компонентов. Поскольку этот переход теперь продолжается от макро- к микромасштабу, важно учитывать влияние на теплопроводность и не предполагать, что объемные свойства все еще точны.Уравнения Фурье на основе континуума не могут предсказать тепловые характеристики в этих меньших масштабах. Необходимы более полные методы, такие как уравнение переноса Больцмана и решеточный метод Больцмана [3].

Влияние толщины на проводимость показано на рисунке 2. Характеризуемым материалом является кремний, который широко используется в электронике.

Рисунок 2. Теплопроводность тонкой кремниевой пленки [3]

Как и многие другие физические свойства, теплопроводность может быть анизотропной в зависимости от материала (зависит от направления).Кристалл и графит — два примера таких материалов. Графит используется в электронной промышленности, где ценна его высокая проводимость в плоскости. Кристаллы графита имеют очень высокую проводимость в плоскости (~ 2000 Вт / мК) из-за прочной связи углерод-углерод в их базисной плоскости. Однако параллельные базисные плоскости слабо связаны друг с другом, и теплопроводность, перпендикулярная этим плоскостям, довольно низкая (~ 10 Вт / мК) [4].

На теплопроводность влияют не только изменения толщины и ориентации; температура также влияет на общую величину.Из-за повышения температуры материала увеличивается внутренняя скорость частиц и увеличивается теплопроводность. Эта увеличенная скорость передает тепло с меньшим сопротивлением. Закон Видемана-Франца описывает это поведение путем соотнесения теплопроводности и электропроводности с температурой. Важно отметить, что влияние температуры на теплопроводность нелинейно, и его трудно предсказать без предварительного исследования. На графиках ниже показано поведение теплопроводности в широком диапазоне температур.Оба этих материала, нитрид алюминия и кремний, широко используются в электронике (рисунки 3 и 4 соответственно).

В будущем более мощные процессоры с несколькими ядрами еще больше подтолкнут потребность в улучшенной теплопроводности. Поэтому стоит также изучить другие области исследований и разработок в области повышения теплопроводности для существующих материалов, используемых в корпусах электроники. Одной из таких областей является влияние нанотехнологий на теплопроводность, когда углеродные нанотрубки показали значения проводимости, близкие к проводимости алмаза из-за большой длины свободного пробега фононов [7].Разработка новых и улучшение существующих материалов приведет к более эффективному управлению температурой, поскольку рассеиваемая мощность устройства постоянно растет.

Артикул:

1. Теплопроводность, Американский научный словарь наследия, Houghton Mifflin Company

2. Моран М., Шапиро Х. Основы инженерной термодинамики, стр. 47, 1988 г.

3. Гай С., Ким В., Чанг П., Амон К., Джон М., Анизотропная теплопроводность наноразмерных ограниченных тонких пленок через решетку Больцмана, Химическая инженерия, Университет Карнеги-Меллона, ноябрь 2006 г., стр.2006

4. Норли Дж., Роль природного графита в охлаждении электроники, Охлаждение электроники, август 2001 г.

5. Слак, Г.А., Танзилли Р.А., Поль Р.О., Вандерсанде Дж. В., Дж. Phys. Chem. Твердые тела 48, 7 (1987), 641-647

6. Глассбреннер, К. и Слак, Г., Теплопроводность кремния и германия от 3 ° К до точки плавления, Physical Review 134, 4A, 1964

7. Бербер, С., Квон, Ю., Томанек, Д., Необычно высокая теплопроводность углеродных нанотрубок, Physical Review Letters, Том 84, № 20, стр 4613-4616, 2000

Определение теплопроводности.Определение теплопроводности… | по Thermtest

Определение теплопроводности относится к внутренней способности материала проводить тепло. Теплопроводность возникает за счет молекулярного перемешивания и контакта и не приводит к объемному движению самого твердого тела. Передача тепла происходит с меньшей скоростью в материалах с низкой теплопроводностью, чем в материалах с высокой теплопроводностью. Этот перенос будет продолжаться до тех пор, пока не будет достигнуто тепловое равновесие. Скорость передачи тепла зависит от величины температурного градиента и конкретных тепловых характеристик материала.

Теплопроводность конкретного материала сильно зависит от ряда факторов. К ним относятся температурный градиент, свойства материала и длина пути, по которому следует тепло. Теплопроводность окружающих нас материалов существенно различается: от материалов с низкой проводимостью, таких как воздух со значением 0,024 Вт / мК при 0 ° C, до металлов с высокой проводимостью, таких как медь (385 Вт / мК). Теплопроводность материалов определяет то, как мы их используем, например, материалы с низкой теплопроводностью отлично подходят для изоляции наших домов и предприятий, в то время как материалы с высокой теплопроводностью идеально подходят для приложений, где необходимо быстро и эффективно перемещать тепло из одной области в другую. другой, например, кухонная утварь и системы охлаждения в электронных устройствах.Выбирая материалы с теплопроводностью, подходящей для области применения, мы можем достичь наилучших возможных характеристик.

Из-за того, что движение молекул является основой теплопроводности, температура материала имеет большое влияние на теплопроводность. Молекулы будут двигаться быстрее при более высоких температурах, и поэтому тепло будет передаваться через материал с большей скоростью. Это означает, что теплопроводность одного и того же образца может резко измениться при повышении или понижении температуры.Способность понимать влияние температуры на теплопроводность имеет решающее значение для обеспечения ожидаемого поведения продуктов при воздействии термического напряжения. Это особенно важно при работе с продуктами, выделяющими тепло, например электроникой, а также при разработке материалов для защиты от огня и тепла.

Значения теплопроводности существенно различаются в зависимости от материала и сильно зависят от структуры каждого конкретного материала. Некоторые материалы будут иметь разные значения теплопроводности в зависимости от направления распространения тепла; это анизотропные материалы. В этих случаях тепло легче перемещается в определенном направлении из-за того, как устроена конструкция. При обсуждении тенденций теплопроводности материалы можно разделить на три категории; газы, неметаллические твердые тела и металлические твердые тела. Различия в способностях этих трех категорий к теплопередаче можно объяснить различиями в их структурах и молекулярных движениях. У газов более низкая относительная теплопроводность, поскольку их молекулы не так плотно упакованы, как в твердых телах, и поэтому теплопередача сильно зависит от свободного движения молекул и скорости молекул.Газы — плохие теплопередатчики. Напротив, молекулы в неметаллических твердых телах связаны в сетку решетки, и поэтому теплопроводность в основном происходит за счет колебаний в этих решетках. Непосредственная близость этих молекул по сравнению с молекулами газов означает, что неметаллические твердые тела имеют более высокую теплопроводность по сравнению с двумя, однако внутри этой группы есть большие различия. Это изменение частично объясняется количеством воздуха, присутствующего в твердом теле, материалы с большим количеством воздушных карманов являются отличными изоляторами, тогда как те, которые более плотно упакованы, будут иметь более высокое значение теплопроводности.Теплопроводность металлических твердых тел снова отличается от предыдущих примеров. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью среди любых материалов, за исключением графена, и обладают уникальной комбинацией теплопроводности и электропроводности. Оба эти атрибута передаются одними и теми же молекулами, и связь между ними объясняется законом Видемана-Франца. Этот закон свидетельствует о том, что при определенной температуре электропроводность будет пропорциональна теплопроводности, однако по мере увеличения температуры теплопроводность материала будет расти, а электропроводность — уменьшаться.

Теплопроводность — важнейший компонент взаимоотношений между материалами, и способность понимать это позволяет нам добиться наилучших характеристик материалов, которые мы используем во всех аспектах нашей жизни. Эффективное испытание и измерение теплопроводности имеют решающее значение для этих усилий. Методы измерения теплопроводности можно разделить на установившиеся или переходные. Это разграничение является определяющей характеристикой того, как работает каждый метод. Методы установившегося состояния требуют, чтобы образец и контрольный образец находились в тепловом равновесии до начала измерений.Для переходных методов это правило не требуется, поэтому результаты выдаются быстрее.

Ссылки:

Autodesk Sustainability Workshop. «Тепловые свойства материалов». Образовательное сообщество Autodesk.
Доступно по адресу: http://sustainabilityworkshop.autodesk.com/buildings/thermal-properties-materials

Nave, R. HyperPhysics. «Теплопроводность». Государственный университет Джорджии.
Доступно по адресу: http: // hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/thercond.html#c1

Материалы курса по неразрушающему контролю. «Теплопроводность». Ресурсный центр по неразрушающему контролю.
Доступно по адресу: https://www.ndeed.org/EducationResources/CommunityCollege/Materials/Physical_Chemical/ThermalConductivity.htm

Williams, M. «Что такое теплопроводность?». Phys.Org. 9 декабря 2014 г.
Доступно по адресу: http://phys.org/news/2014-12-what-is-heat-conduction.html

Что такое теплопроводность?

Диаграмма, показывающая передачу тепловой энергии посредством теплопроводности.Кредит: Безграничный

Тепло — интересный вид энергии. Он не только поддерживает жизнь, делает нас комфортными и помогает готовить пищу, но и понимание его свойств является ключом ко многим областям научных исследований. Например, знание того, как передается тепло и степень, в которой различные материалы могут обмениваться тепловой энергией, управляет всем: от обогревателей здания и понимания сезонных изменений до отправки кораблей в космос.

Тепло может передаваться только тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Из них кондукция, пожалуй, самая распространенная и регулярно встречается в природе. Короче говоря, это передача тепла посредством физического контакта. Это происходит, когда вы нажимаете рукой на оконное стекло, когда вы ставите горшок с водой на активный элемент и когда вы кладете утюг в огонь.

Этот перенос происходит на молекулярном уровне — от одного тела к другому — когда тепловая энергия поглощается поверхностью и заставляет молекулы этой поверхности двигаться быстрее. В процессе они натыкаются на своих соседей и передают им энергию — процесс, который продолжается до тех пор, пока добавляется тепло.

Процесс теплопроводности зависит от четырех основных факторов: градиента температуры, поперечного сечения материалов, длины пути и свойств этих материалов.

Температурный градиент — это физическая величина, которая описывает, в каком направлении и с какой скоростью изменяется температура в определенном месте. Температура всегда течет от самого горячего источника к самому холодному, потому что холод — это не что иное, как отсутствие тепловой энергии. Этот переход между телами продолжается до тех пор, пока разница температур не исчезнет и не наступит состояние, известное как тепловое равновесие.

Поперечное сечение и длина пути также являются важными факторами. Чем больше размер материала, участвующего в переносе, тем больше тепла необходимо для его нагрева. Кроме того, чем больше площадь поверхности выходит на открытый воздух, тем выше вероятность потери тепла. Поэтому более короткие объекты с меньшим поперечным сечением — лучший способ минимизировать потери тепловой энергии.

Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой. Скорость переноса частично зависит от толщины материала (представ.пользователя A). Кредит: Безграничный

И последнее, но не менее важное, это физические свойства используемых материалов. По сути, когда дело доходит до теплопроводности, не все вещества одинаковы. Металлы и камень считаются хорошими проводниками, поскольку они могут быстро передавать тепло, тогда как такие материалы, как дерево, бумага, воздух и ткань, плохо проводят тепло.

Эти проводящие свойства оцениваются на основе «коэффициента», который измеряется относительно серебра.В этом отношении серебро имеет коэффициент теплопроводности 100, тогда как другие материалы имеют более низкий рейтинг. К ним относятся медь (92), железо (11), вода (0,12) и дерево (0,03). На противоположном конце спектра находится идеальный вакуум, который не может проводить тепло, и поэтому оценивается как нулевой.

Материалы, плохо проводящие тепло, называются изоляторами. Воздух с коэффициентом проводимости 0,006 является исключительным изолятором, поскольку он может удерживаться в замкнутом пространстве.Вот почему в искусственных изоляторах используются воздушные отсеки, такие как окна с двойным остеклением, которые используются для сокращения счетов за отопление. По сути, они действуют как буферы от потерь тепла.

Перо, мех и натуральные волокна являются примерами натуральных изоляторов. Эти материалы позволяют птицам, млекопитающим и людям оставаться в тепле. Морские каланы, например, живут в океанических водах, которые часто очень холодны, а их роскошный густой мех согревает их. Другие морские млекопитающие, такие как морские львы, киты и пингвины, полагаются на толстый слой жира (он же.жир) — очень плохой проводник — чтобы предотвратить потерю тепла через кожу.

Та же самая логика применяется к изоляции домов, зданий и даже космических кораблей. В этих случаях методы включают либо воздушные карманы между стенами, стекловолокно (которое задерживает воздух) или пену высокой плотности. Космические аппараты представляют собой особый случай, и в них используется изоляция в виде пенопласта, армированного углеродного композитного материала и плиток из кварцевого волокна. Все они плохо проводят тепло и, следовательно, предотвращают потерю тепла в космосе, а также предотвращают попадание экстремальных температур, вызванных атмосферным входом, в кабину экипажа.

Электропроводность, как показано при нагревании металлического стержня пламенем. Кредит: Высшее образование Томсона.

Законы, регулирующие теплопроводность, очень похожи на закон Ома, регулирующий электрическую проводимость. В этом случае хороший проводник — это материал, который позволяет электрическому току (то есть электронам) проходить через него без особых проблем. Электрический изолятор, напротив, представляет собой любой материал, внутренние электрические заряды которого не текут свободно, и поэтому очень трудно проводить электрический ток под действием электрического поля.

В большинстве случаев материалы, которые плохо проводят тепло, также плохо проводят электричество. Например, медь хорошо проводит тепло и электричество, поэтому медные провода так широко используются в производстве электроники. Золото и серебро еще лучше, и там, где цена не является проблемой, эти материалы также используются при строительстве электрических цепей.

И когда кто-то хочет «заземлить» заряд (т.е. нейтрализовать его), они отправляют его через физическое соединение с Землей, где теряется заряд. Это обычное дело в электрических цепях, где присутствует незащищенный металл, гарантирующий, что люди, случайно вступившие в контакт, не будут поражены электрическим током.

Это вид носовой части космического корабля «Дискавери», построенного из жаропрочных углеродных композитов. Предоставлено: НАСА.

Изоляционные материалы, такие как резина на подошвах обуви, используются для защиты людей, работающих с чувствительными материалами или вблизи источников электрического тока, от электрических разрядов.Другие изоляционные материалы, такие как стекло, полимеры или фарфор, обычно используются в линиях электропередач и высоковольтных передатчиках мощности, чтобы энергия передавалась в цепи (и ничего больше!)

Короче говоря, проводимость сводится к передаче тепла или передачи электрического заряда. И то, и другое происходит в результате способности вещества позволять молекулам передавать энергию через них.

---

Разработан теплопроводящий пластик

---

Ссылка : Что такое теплопроводность? (2014, 9 декабря) получено 3 января 2022 г. с https: // физ.org / news / 2014-12-what-is-heat-constraction.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

Сохраняйте тепло с теплоизоляцией

Ключевые концепции
Физика
Теплообмен
Изоляция
Материаловедение

Введение
Что делать, когда зимой очень холодно? Вы, вероятно, включите обогреватель, наденете дополнительный слой одежды или прижметесь к теплому одеялу.Но задумывались ли вы когда-нибудь о том, почему куртка помогает не замерзнуть? Почему наша одежда изготовлена ​​из ткани, а не из фольги? Найдите ответы в этом упражнении; Ваши результаты могут даже помочь вам найти лучший способ согреться на морозе!

Фон
Тепло — это форма энергии. Вам нужна энергия, чтобы что-то нагреть: например, чашка чая. Для приготовления чая вы, вероятно, используете энергию электричества или газа. Однако, когда чай станет горячим, он не останется горячим вечно.Просто оставьте чашку чая на столе на некоторое время, и вы уже знаете, что чем дольше вы ждете, тем холоднее будет. Это происходит из-за явления, называемого теплопередачей, которое представляет собой поток энергии в виде тепла. Если два объекта имеют разную температуру, тепло автоматически перетекает от одного объекта к другому, когда они соприкасаются. Тепловая энергия передается от более горячего объекта к более холодному. В случае с чаем тепло жидкости передается окружающему воздуху, который обычно холоднее чая.Как только оба объекта достигнут одинаковой температуры, передача тепла прекратится. Передача тепла за счет движения жидкостей (жидкостей или газов) называется конвекцией.

Другой тип теплопередачи — теплопередача, при которой энергия перемещается через вещество (обычно твердое) от одной частицы к другой (в отличие от конвекции, когда движется само нагретое вещество). Нагревающаяся ручка кастрюли может быть примером кондукции.

Тепло также может передаваться посредством излучения. Вы могли испытать это, сидя у костра.Хотя вы не прикасаетесь к огню, вы можете почувствовать, как он излучает тепло вам в лицо, даже если на улице холодно. Если вы любите пить чай горячим, вы можете спросить, как можно уменьшить теплопередачу и как чай не остывает? Ответ — теплоизоляция. Изоляция означает создание барьера между горячим и холодным объектом, который уменьшает теплопередачу за счет отражения теплового излучения или уменьшения теплопроводности и конвекции от одного объекта к другому. В зависимости от материала преграды утеплитель будет более или менее эффективным.Барьеры, которые очень плохо проводят тепло, являются хорошими теплоизоляционными материалами, тогда как материалы, которые очень хорошо проводят тепло, имеют низкую изоляционную способность. В этом упражнении вы с помощью стакана горячей воды протестируете, из каких материалов получаются хорошие или плохие теплоизоляционные материалы. Как вы думаете, какой материал будет наиболее эффективным?

Материалы

• Пять стеклянных банок с крышками
• Ножницы (и взрослые для помощи при стрижке)
• Лента
• Алюминиевая фольга
• Пузырьковая пленка
• Шерстяной шарф или другая шерстяная одежда
• Бумага
• Горячая вода из крана
• Термометр
• Холодильник
• Таймер
• Бумага для письма
• Ручка или карандаш

Препарат

• Отрежьте кусок алюминиевой фольги, пузырчатой ​​пленки и бумаги (при необходимости обратитесь за помощью к взрослым).Каждый кусок должен быть достаточно большим, чтобы его можно было три раза обхватить по сторонам стеклянной банки.
• Возьмите кусок алюминиевой фольги и оберните им стенки одной из банок. У вас должно получиться три слоя фольги вокруг стеклянной банки. Используйте скотч, чтобы прикрепить фольгу к банке.
• Затем оберните другую банку пузырчатой ​​пленкой, чтобы стекло также было покрыто в три слоя. Обязательно прикрепите пузырчатую пленку к банке.
• Используйте обрезанную бумагу, чтобы обернуть третью банку тремя слоями бумаги.Еще раз прикрепите бумагу к стеклянной банке.
• Возьмите другую стеклянную банку и оберните вокруг нее шарф или другую шерстяную ткань. Сделайте только три слоя упаковки и убедитесь, что шарф остается прикрепленным к банке.
• Оставьте последнюю банку без упаковки. Это будет ваш контроль.

Процедура

• Наполните каждую банку одинаковым количеством горячей воды из крана.
• Используйте термометр для измерения температуры в каждой банке. Поместите палец в воду каждой банки (будьте осторожны, если вода из-под крана очень горячая) — как ощущается температура воды?
• Запишите температуру для каждой банки и закройте крышки. Все температуры одинаковы или есть различия? Насколько велики различия?
• Откройте холодильник и положите внутрь все пять банок. Убедитесь, что они все еще надежно завернуты. Почувствуйте температуру холодильника — какова его температура?
• Положите термометр в холодильник. Какую температуру показывает термометр, когда вы кладете его в холодильник?
• Когда все банки будут в холодильнике, закройте дверцу холодильника и установите таймер на 10 минут. Как вы думаете, что произойдет с банками и горячей водой за это время?
• Через 10 минут откройте холодильник и выньте все банки на улицу. Банки ощущаются по-другому?
• Открывайте каждую банку по очереди и измеряйте температуру воды термометром.Также проверьте температуру пальцем. Температура изменилась? Как изменилось по градуснику?
• Повторите измерение температуры для каждой банки и запишите температуру для каждого оберточного материала. Температура в каждой банке изменилась одинаково? Какой оберточный материал привел к наименьшему изменению температуры, а какой — наибольшему?
• Для лучшего сравнения рассчитайте разницу температур в начале и в конце теста для каждой банки (начало температуры в зависимости от температуры после 10 минут хранения в холодильнике). Можете ли вы определить по вашим результатам, какой материал является лучшим или самым слабым теплоизоляционным материалом?
• Дополнительно: Будет ли температура продолжать изменяться одинаковым образом для каждого материала? Вы можете снова закрыть каждую банку и снова положить в холодильник на 10 минут. Результаты на этот раз такие же или другие?
• Extra : Температура воды в холодильнике изменяется так же, как в морозильной камере, или при комнатной температуре? Повторите тест, но на этот раз вместо того, чтобы ставить стеклянные банки в холодильник, поместите их в морозильную камеру или храните при комнатной температуре. Насколько изменится температура воды за 10 минут? По-разному ли ведут себя разные упаковочные материалы?
• Extra : Попробуйте найти другие материалы, которые, по вашему мнению, являются хорошими или плохими теплоизоляторами, и протестируйте их. Какой материал работает лучше всего? Вы можете придумать причину, почему?
• Extra : Если вы вытащите банки из холодильника через 10 минут, вы, вероятно, все равно будете измерять разницу температур между водой внутри емкости и температурой внутри холодильника.Стеклянные банки можно дольше хранить в холодильнике и измерять их температуру каждые 15–30 минут. Сколько времени нужно, чтобы температура воды больше не изменилась? Какова конечная температура воды внутри стакана?
• Extra : Помимо правильного выбора изоляционного материала, как еще можно улучшить теплоизоляцию? Повторите этот тест только с одним оберточным материалом. На этот раз измените толщину изоляционного слоя. Находите ли вы зависимость между толщиной изоляционного слоя и изменением температуры в холодильнике?

Наблюдения и результаты
Ваша горячая вода значительно остыла за 10 минут внутри холодильника? Хотя температура в холодильнике очень низкая, ваша горячая вода имеет высокую температуру. По мере того как тепловая энергия течет от горячего объекта к холодному, тепловая энергия от вашей горячей воды будет передаваться в окружающий холодный воздух внутри холодильника, как только вы поместите стеклянные банки внутрь.Наиболее важным механизмом теплопередачи в этом случае является конвекция, то есть воздух рядом с горячей водой нагревается горячей водой. Затем теплый воздух заменяется холодным, который также нагревается. В то же время холодный воздух охлаждает воду внутри банки. Тепло горячей воды отводится потоком холодного воздуха вокруг чашки. Если вы оставили банки в холодильнике достаточно долго, вы могли заметить, что температура меняется, пока горячая вода не достигнет температуры внутри холодильника.Без разницы температур воды и холодильника передача тепла прекратится.

Тепло из воды также теряется из-за теплопроводности: передачи тепла через материал, которая зависит от теплопроводности самого материала. Стеклянная банка относительно хорошо проводит тепло. Вы замечаете, что когда вы касаетесь стеклянной банки с горячей водой, она также становится горячей. Какой эффект имели разные упаковочные материалы? Вы должны были заметить, что при использовании упаковочных материалов температура воды через 10 минут внутри холодильника была выше, чем в неупакованном контроле.Почему? Упаковка стеклянной банки снижает передачу тепла от горячей воды к холодному воздуху внутри холодильника. Использование оберточных материалов с очень низкой теплопроводностью снижает теплопотери за счет теплопроводности. В то же время изолятор также может нарушать или уменьшать поток холодного воздуха вокруг стеклянной емкости, что приводит к меньшим потерям тепла за счет конвекции.

Одним из способов уменьшения конвекции является создание воздушных карманов вокруг емкости, например, с помощью изоляторов, таких как пузырчатая пленка, ткань или шерсть, которые имеют много воздушных карманов.Воздух в целом является хорошим теплоизолятором, но может передавать тепло за счет конвекции.