Рассказ о конвекции по физике 8 класс - Граматика и образование на Pisanino.ru

Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение. В прошлом уроке вы познакомились с теплопроводностью. При этом явлении внутренняя энергия передается от одной части тела к другой или от одного тела к другому. Это тесно связано со структурой рассматриваемого вещества и тепловым движением частиц в нем.

Когда мы будем говорить о конвекции, речь будет идти не о движении отдельных частиц, а о движении групп частиц. На данном уроке мы выясним определяющую разницу явления конвекции от теплопроводности и дадим ему определение. Далее рассмотрим конвекцию в жидкостях и газах, узнаем это явление в бытовых примерах и природе.

Определение конвекции

Возьмем пробирку и наполним ее водой. Начнем нагревать верхнюю часть пробирки пламенем спиртовки (рисунок 1, а).

Рисунок 1. Отличие конвекции от теплопроводности на опыте с водой в пробирке

Вода на поверхности пробирки закипит, тогда как у ее дна она останется просто теплой. Этот пример определяется теплопроводностью воды. Она у жидкостей невелика.

А теперь проделаем такой же опыт, но с небольшим изменением. Переместим пламя спиртовки в нижнюю часть пробирки (рисунок 1, б).

На этот раз вода в пробирке по всему объему достаточно быстро нагреется и закипит. Значит, здесь перенос энергии осуществляется не за счет теплопроводности жидкости, а на основании другого явления — конвекции.

Конвекция (от лат. конвекцио — перенесение) — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями газа или жидкости.

Конвекция в жидкостях

Рассмотрим физику данного явления. Будем использовать самый банальный пример — что будет происходить с водой, которую мы нагреваем в кастрюле на плите (рисунок 2) .

Рисунок 2. Конвекция в жидкости

Когда мы нагреваем жидкость снизу, в первую очередь нагревается самый нижний слой воды. Он становится теплее остальной жидкости. При нагревании вода расширяется и ее плотность уменьшается. Такой слой воды становится более легким. В итоге, нагретые слои вытесняются вверх более тяжелыми холодными слоями.

Холодные слои, опустившись вниз, нагреваются от источника тепла. Далее они тоже вытесняются менее нагретой водой.

Благодаря такому постоянному движению, вода равномерно нагревается.

Такое движение слоев объясняется действием архимедовой силы. При увеличении объема нагретого слоя, увеличивается действующая на него архимедова сила. Она становится больше силы тяжести, действующей на данный слой. Он поднимается наверх.

Наглядно это можно пронаблюдать на опыте, изображенном на рисунке 3.

Рисунок 3. Наглядное движение окрашенных слоев жидкости

Здесь в жидкость добавляют марганцовку и начинают ее нагревать. Нагретая в пламени свечи вода начинает расширяться и поднимается наверх. Так как вода окрашена неравномерно, легко пронаблюдать циркуляцию.

Конвекция в газах

Если мы поместим руку над горячей плитой, то почувствуем, как над ней поднимаются теплые струи воздуха. Это происходит конвекция в воздухе.

Пронаблюдаем это явление на опыте (рисунок 4). У нас есть вертушка и свечи, расположенные под ней.

Рисунок 4. Конвекция в газах

После того как мы зажжем все свечи, мы увидим, что вертушка начала вращаться. Что же здесь происходит?

Воздух, соприкасающийся с пламенем свечей, нагревается, расширяется и становится менее плотным. На него со стороны холодного воздуха действует сила Архимеда снизу вверх. Эта сила становится больше силы тяжести, действующей на теплый воздух. В итоге, теплый воздух начинает подниматься вверх, а его место занимает холодный воздух.

Если мы будем постепенно тушить свечи, то увидим, что скорость вращения вертушки начинает снижаться. Это связано с уменьшением объема циркулирующего воздуха.

Свойства и виды конвекции

Мы выясняли (рисунок 1, а), что если подогревать жидкость не снизу, то конвекция не будет происходить. То же самое справедливо и для конвекции в газах. Нагретые слои не смогут опуститься ниже холодных, более тяжелых. Значит,

Для осуществления конвекции в жидкостях и газах необходимо нагревать их снизу.

Может ли происходить конвекция в твердых тела? В твердых телах частицы совершают колебания около определенных положений. Их удерживает сильное взаимное притяжение. В такой ситуации невозможно образование потоков вещества, как в жидкостях или газах. Следовательно,

Конвекция не может происходить в твердых телах.

Конвекция бывает двух видов (рисунок 5):

Естественная (свободная)
Вынужденная

Рисунок 5. Виды конвекции

Примерами естественной конвекции являются все примеры, которые мы рассмотрели выше.

Вынужденная конвекция наблюдается, например, если мы используем вентилятор или перемешиваем жидкость ложкой.

Конвекция в быту

Явление конвекции легко просматривается в наших квартирах. Когда в холодное время работает отопление, в комнатах постоянно происходит ощутимая циркуляция воздуха (рисунок 6).

Рисунок 6. Конвекция воздуха в комнате, обогреваемой батареей

Отметьте для себя тот факт, что в явлении конвекции кроется причина того, что отопительные батареи размещают в нижней части стен, ближе к полу.

Иногда в одной комнате бывает теплее, чем в соседней. Например, стоит дополнительная батарея или работает печка в кухне. В дверном проеме между такими комнатами можно обнаружить потоки воздуха (рисунок 7).

Рисунок 7. Конвекция в квартире

Холодный воздух будет иметь большую плотность и находится внизу. Если мы подставим пламя зажигалки внизу дверного проема, то увидим, что холодный воздух двигается в более теплую комнату. Если же поместим горящую зажигалку в верхнюю часть проема, то пламя отклонится в другую сторону. Так теплый воздух движется в холодную комнату.

Конвекция в природе

Яркий пример конвекции в природе — это ветер. Наша атмосфера по всей Земле прогревается неодинаково. Из-за разного нагрева воздуха в жарких тропиках и полярных областях возникает мощное конвекционное движение воздуха — образуются ветра.

Пассаты — ветра, дующие от субтропических областей с экватору — частично образуются из-за неравномерного нагревания земной поверхности. Из-за вращения Земли, потоки воздуха отклоняются от меридиана (рисунок 8). Поэтому в Северном полушарии пассаты движутся в северо-восточном направлении, а в Южном — в юго-восточном направлении.

Рисунок 8. Циркуляция атмосферы

Ветра способствуют образования течений. Верхние слои воды (поверхностное течение) движутся в направлении постоянно дующего ветра (рисунок 9). Так, теплые и холодные течения — пример вынужденной конвекции.

Рисунок 9. Океанические течения

Ветер на берегах морей — бриз — также образуется за счет конвекции (рисунок 10).

Рисунок 10. Дневной и ночной бризы

В теплое время года суша днем прогревается сильнее, чем море. Нагретые слои воздуха поднимаются вверх. Их давление становится меньше давления более холодного воздуха. Так, днем воздух дует с моря (дневной бриз), потому что прохладный воздух замещает собой теплый. Ночью все происходит наоборот — вода в море остывает медленнее, чем поверхность суши. Ветер дует с суши на море — образуется ночной бриз.

Источник

Конспект по физике для 8 класса «Конвекция». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое конвекция. Какие виды конвекции существуют.

Конспекты по физике Учебник физики Тесты по физике

Конвекция

Если жидкости и газы обладают низкой теплопроводностью, то как же тогда нам удаётся достаточно быстро прогреть воздух в помещении и вскипятить воду?

ЯВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ВОЗДУХЕ

Находясь рядом с горячей плитой, можно почувствовать тёплые струи воздуха, поднимающиеся над ней. Этот же эффект хорошо ощущается, если сверху поднести руку к горящей свече или горящей электрической лампочке.

Это физическое явления используется в игрушке «музыкальная ёлочка». Когда зажигаются свечки, под действием возникающих струй тёплого воздуха, направленных вверх, вертушка начинает вращаться, а колокольчики — звенеть.

Если сделать из бумаги спираль и поместить её над включённой электрической лампочкой, как показано на рисунке, под действием поднимающегося нагретого воздуха спираль начнёт вращаться.

В этом опыте, так же как и в игрушке «музыкальная ёлочка», происходит нагревание воздуха, находящегося вблизи горящей лампочки или свечи. При этом он расширяется, и его плотность становится меньше плотности окружающего холодного воздуха. Под действием выталкивающей (архимедовой) силы со стороны холодного воздуха тёплый воздух вытесняется вверх. Образовавшийся воздушный поток и вращает спираль.

ЯВЛЕНИЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ЖИДКОСТИ

Аналогичные явления происходят и при нагревании жидкости, если источник тепла находится снизу.

Нагретые слои жидкости имеют меньшую плотность. Поэтому сила тяжести, действующая на них, становится меньше архимедовой силы, действующей на эти слои со стороны окружающей жидкости. Вследствие этого нагретые слои воды начинают подниматься вверх, а на их место опускаются более холодные слои жидкости. Этот процесс продолжается до тех пор, пока вся жидкость не прогреется одинаково по всему объёму.

Рассмотрим следующий опыт. На дно колбы с водой аккуратно опустим несколько кристалликов любого красителя (например, марганцовокислого калия). Начнём нагревать колбу снизу. Сразу станет хорошо видно, как со дна колбы поднимаются окрашенные струйки воды.

КОНВЕКЦИЯ

При нагревании воздуха или воды снизу происходит теплопередача, обусловленная переносом вещества и отличающаяся от теплопроводности. Этот процесс называют конвекцией (от лат. convectio — перенесение).

Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия передаётся потоками (или струями) жидкости или газа.

В 7 классе мы говорили о том, что строение твёрдых тел отличается от строения жидкостей и газов. В твёрдых телах перенос вещества невозможен, поэтому конвекция наблюдается только в жидкостях и газах. В твёрдых телах она не происходит.

В закрытом помещении при работе отопительных приборов всегда возникает явление конвекции. Поэтому разница температур воздуха у пола и вблизи потолка может достигать нескольких градусов.

ЕСТЕСТВЕННАЯ И ВЫНУЖДЕННАЯ КОНВЕКЦИЯ

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную. Рассмотренные выше процессы нагревания воздуха и жидкости являются примерами естественной конвекции. Для её возникновения требуется либо подогрев жидкости или газа снизу, либо охлаждение сверху.

Вынужденная конвекция наблюдается в случае, когда потоки нагретой или охлаждённой жидкости или газа переносятся под действием насосов или вентиляторов.

КОНВЕКЦИЯ В ПРИРОДЕ

Конвекция является очень распространённым явлением в природе. Она выполняет основную роль в образовании в атмосфере потоков воздуха — ветров. Нагреваясь над одними участками земли и охлаждаясь над другими, воздух начинает циркулировать, перенося с собой энергию и влагу.

Эти же причины порождают дневные и ночные бризы — ветры, попеременно дующие от моря к суше днём и от суши к морю ночью. В течение дня температура земли становится заметно выше, чем температура моря. Соответственно и воздух, соприкасающийся с землёй, теплеет, расширяется и его плотность уменьшается. За счёт явления конвекции возникает циркулирующее течение воздушных масс. Ночью происходит обратный процесс, так как земля охлаждается до температуры, которая ниже, чем температура моря.

Благодаря конвекции птицы способны подолгу парить в воздухе. Разные участки земли прогреваются по-разному, и из-за этого возни кают восходящие воздушные потоки. Эти же потоки используются при полётах на дельтапланах.

Из-за конвекции нагретый пар из труб котельных и дым из печных труб при отсутствии ветра поднимаются вверх, так как имеют более низкую плотность, чем окружающий воздух.

В быту мы привыкли к тому, что при нагреве воды источник тепла располагается снизу. Нагревательные приборы в комнате также всегда расположены внизу.

Опыты показывают, что при нагревании сверху как жидкостей, так и газов конвекции не происходит. В этом случае просто не возникает выталкивающая сила, так как нагретые слои с меньшей плотностью располагаются сверху.

Естественная и вынужденная конвекция лежат в основе действия отопительной системы зданий. Нагревание воды может производиться либо непосредственно в здании при помощи специального котла, либо за пределами отапливаемого помещения при наличии системы центрального отопления. Горячая вода, поступающая в дом или нагретая в котле, поднимается вверх, а затем спускается по трубам и распределяется по помещениям, отдавая тепло в радиаторах.

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Конвекция».

Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).

Источник

Конвекция — это один из
способов теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкостей или
газов. Наглядный пример конвекции — это ощущение тепла,
электрической лампочки (не касаясь её), ощущение горячих струй воздуха,
исходящих от раскаленного на солнце песка. Также, примерами конвекции могут
являться дым, исходящий из печной трубы, облака и туман. Все эти явления
происходят по причине неравномерного нагрева газов или жидкостей. Теплые слои
стремятся переместиться выше, а холодные — напротив, опускаются. Мы уже знаем,
что при нагревании тела расширяются, а значит, уменьшается их плотность. Теплый
воздух стремится вверх, т.к. сила Архимеда, выталкивающая его из холодного
воздуха, становится больше силы тяжести. Не следует путать это с
теплопроводностью: теплый воздух сам поднимается, а не нагревает слои
воздуха, которые выше. Таким образом, потоки теплого воздуха осуществляют
перенос энергии.

Существует естественная и
вынужденная конвекция. Примером естественной конвекции может
быть равномерное нагревание или охлаждение жидкостей или газов. Скажем, вода в
чайнике, постоянно циркулирует из-за того, что сначала нагреваются нижние слои
воды. Эти нагретые слои вытесняются верхними холодными слоями, которые
опускаются на дно и, в свою очередь нагреваются от источника тепла. Через
какое-то время, температура нижних слоёв снова превысит температуру верхних, в
результате чего, верхние слои вновь опустятся вниз. Подобный процесс происходит
и с воздухом. Самый очевидный пример естественной конвекции в природе — это ветер.

Хорошо известно, что в
разных областях Земли разный климат и, соответственно, неравномерно нагретый
воздух. Более нагретый воздух в одной области вытесняется менее нагретым
воздухом из другой области. Поскольку речь идёт о перемещении огромных масс воздуха
на существенное расстояние, то сильные ветра — неудивительное явление.

Примером вынужденной
конвекции в быту является, например, использование вентилятора или
кондиционера, который перемешивают воздух. Также перемешивание какой-либо
неравномерно нагретой жидкости — это вынужденная конвекция, т.к. потоки
возникают не из-за разности температуры, а из-за механического перемещения
частиц.

Исходя из объяснения
процесса, можно сделать вывод, что для стимуляции конвекции нужно нагревать
жидкости или газы снизу или же остужать их сверху. Ведь если их нагреть
сверху или остудить снизу, все слои так и останутся на своем месте, и никакой
циркуляции не произойдёт. Как раз поэтому, батареи устанавливаются поближе к
полу, а кондиционеры — поближе к потолку.

Батарея нагревает нижние
слои воздуха в комнате, которые всплывают вверх, а более холодные оседают,
после чего тоже нагреваются батареей. Также происходит и с охлаждением:
кондиционер охлаждает верхние слои воздуха, из-за чего те опускаются вниз, а их
место занимают более теплые слои, после чего тоже охлаждаются.

Заметим ещё один важный
пункт. Конвекция не может происходить в твердых телах, потому что, как
мы уже знаем, в твердых телах частицы не перемещаются, а только колеблются.

Источник

Конвекция в природе

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 276.

Обновлено 3 Августа, 2021

4.4

Средняя оценка: 4.4

Всего получено оценок: 276.

Обновлено 3 Августа, 2021

Из курса физики 8 класса известно, что тепло может передаваться тремя способами: излучением, теплопередачей и конвекцией. В земной атмосфере наиболее важным способом является конвекция. Она фактически является основой погодных явлений. Поговорим о роли конвекции в природе и технике в объёме, достаточном для доклада или сообщения на школьном уроке.

Способы передачи тепла

Как известно, все вещества состоят из мельчайших частиц — молекул. Молекулы находятся в постоянном хаотическом движении. Сильнее всего это движение в газах.

Движущиеся молекулы обладают кинетической энергией, и тепло — это сумма кинетических энергий всех молекул. Чем выше температура тела, тем интенсивнее движутся в нём молекулы.

Передать тепло от одного тела к другому значит заставить «медленные» молекулы в одном теле двигаться быстрее за счёт энергии «быстрых» молекул другого тела. Сделать это можно различными способами.

Рис. 1. Способы передачи тепла.

Механизм конвекции

Для земной атмосферы наиболее важен способ конвекции. При таком способе теплопередачи «нагретые» молекулы просто переносятся в другую точку атмосферы, в результате чего температура этой точки увеличивается. Фактически конвекция — это перемешивание.

Конвекция основана на двух физических законах:

расширение при нагревании;
закон Архимеда.

Плотность нагретых областей газа меньше, и появляющаяся сила Архимеда вытесняет их вверх. Начинается конвективное движение.

Рис. 2. Механизм конвекции

Конвекция в природе и технике

Таким образом, конвекция — это метод теплопередачи, при котором области жидкости или газа перемешиваются, причём энергия для перемешивания обеспечивается запасами энергии теплового движения самих молекул.

Роль конвекции в природе трудно переоценить. Именно благодаря конвекции происходит движение воздушных масс. Примером конвекции в природе является воздух, поднимающийся над нагретой поверхностью земли. Без конвекции не было бы ни ветра, ни самой погоды. Воздух обладает весьма малой теплопроводностью, поэтому без конвекции приземные слои атмосферы имели бы температуру в несколько сотен градусов, но уже через несколько десятков метров эта температура снижалась бы до отрицательных значений.

Не было бы облаков, поскольку водяные пары бы также оставались в приземном слое, образуя там насыщенный водяной пар, который бы оставался около поверхности морей и океанов.

В быту и технике конвекция используется практически везде, где происходит нагревание воздуха или воды. Например, отопительные радиаторы всегда располагают как можно ниже как раз потому, что нагретые слои воздуха будут подниматься вверх, обеспечивая перемешивание. Встроенные отопительные системы также имеют тип «тёплый пол», а не «тёплый потолок» — это определяется именно направлением конвективных потоков. В самих водяных системах отопления, если не используется насос, перемешивание нагретого теплоносителя обеспечивается исключительно конвективным движением.

Рис. 3. Гравитационная система отопления.

Что мы узнали?

Конвекция — это перенос тепла путём перемешивания, которое происходит за счёт расширения газа или жидкости при нагревании и вытеснения нагретых областей вверх. Всё движение воздушных масс, все погодные явления зависят от конвекции. Конвекция в природе и технике присутствует практически везде, где есть нагрев воздуха или воды.