«Виды теплопередачи»

Вид материала

Реферат

Содержание Тепловое излучение Закон теплопроводности Фурье P — полная мощность тепловых потерь, S Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Подобный материал:

• Тема урока: Виды теплопередачи: конвекция, излучение, 50.29kb.
• Моделирование и разработка методов расчета процессов теплопередачи в кристаллизаторе, 251.19kb.
• Воображение краткое содержание Определение и виды воображения, 190.84kb.
• Сорбционные свойства и проницаемость материалов. Основные характеристики, приборы, 54.52kb.
• Сущность, структура и виды цен виды цен и их регулирование, 1550.72kb.
• Конспект урока физики Тема: Механическое движение и его виды, 84.19kb.
• 1. Теория государства и права, 63.79kb.
• Инструкция к заполнению (после ознакомления удалить), 50.83kb.
• Виды речевой деятельности, 63.92kb.
• Налоговое планирование. Понятие налогового планирования и его виды, 30.77kb.

Муниципальное общеобразовательное учреждение «Лицей №43»


Реферат

на тему «Виды

теплопередачи»


Выполнила:

ученица 10 класса

Родина Марина

Проверил:

Ивлев В. И.


Саранск, 2010

Теплопередача, или теплообмен - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы имеют разную температуру, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления термодинамического равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному, что является следствием второго закона термодинамики (все самопроизвольные процессы в природе идут с увеличением энтропии). Теплопередачу невозможно остановить, можно только замедлить её. Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе (например, ход эволюции звёзд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и т. д.), в технике и в быту. Во многих случаях, например при исследовании процессов сушки, испарительного охлаждения, диффузии, теплопередача рассматривается совместно с массообменом. Теплообмен между двумя теплоносителями через разделяющую их твёрдую стенку или через поверхность раздела между ними называется теплопроводностью. Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Тепловое излучение — электромагнитное излучение со сплошным спектром, испускаемое веществом и возникающее за счёт его внутренней энергии. В физике для корректного расчёта теплового излучения принята модель абсолютно чёрного тела, тепловое излучение которого описывается законом Стефана — Больцмана. ( Мощность излучения абсолютно чёрного тела прямо пропорциональна площади поверхности и четвёртой степени температуры тела: P = SεσT⁴, где ε - степень черноты (для всех веществ ε < 1, для абсолютно черного тела ε = 1).

Теплопроводность — это перенос теплоты структурными частицами вещества (молекулами, атомами, электронами) в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты будет зависеть от агрегатного состояния вещества. Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передаётся другому телу при их взаимодействии или передаётся из более нагретых областей тела к менее нагретым областям. Иногда теплопроводностью называется также количественная оценка способности конкретного вещества проводить тепло.

Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, нагрев пушечных стволов при сверлении, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

Закон теплопроводности Фурье

Закон теплопроводности Фурье в интегральной форме:



где P — полная мощность тепловых потерь, S — площадь сечения параллелепипеда, ΔT — перепад температур граней, h — длина параллелепипеда, то есть расстояние между гранями, - коэффициент теплопроводности (иногда называемый просто теплопроводностью). Коэффициент теплопроводности измеряется в Вт/(м·K).

Коэффициент теплопроводности вакуума почти ноль (тем ближе к нулю, чем глубже вакуум). Это связано с низкой концентрацией в вакууме материальных частиц, способных переносить тепло. Тем не менее тепло в вакууме передаётся с помощью излучения. Поэтому для уменьшения теплопотери стенки термоса делают двойными, серебрят (такая поверхность хуже излучает и лучше отражает), а воздух между ними откачивают.

Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Материал	Теплопроводность, Вт/(м·K)
Алмаз	1001—2600
Серебро	430
Медь	382—390
Золото	320
Алюминий	202—236
Латунь	97—111
Железо	92
Платина	70
Олово	67
Сталь	47
Кварц	8
Стекло	1
Вода	0,6
Кирпич строительный	0,2—0,7
Пенобетон	0,14—0,3
Газобетон	0,1—0,3
Дерево	0,15
Вата хлопковая	0,055
Свежий снег	0,10—0,15
Шерсть	0,05
Минеральная вата	0,045
Пенополистирол	0,04
Пеноизол	0,035
Воздух (300 K, 100 кПа)	0,026
Воздух (сухой неподвижный)	0,024—0,031
Аргон	0,0177
Аэрогель	0,017
Ксенон	0,0057
Вакуум (абсолютный)	0 (строго)

Цветок на куске аэрогеля над горелкой Бунзена

Конвекция (от лат. convectio — принесение, доставка) — явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества (как вынужденно, так и самопроизвольно). При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием каких-то внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

Существует также естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и погружаются вниз, после чего процесс повторяется снова и снова. При некоторых условиях процесс перемешивания самоорганизуется в структуру отдельных вихрей и получается более или менее правильная решётка из конвекционных ячеек. Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на Солнце.

Явление конвекции можно объяснить законом Архимеда и явлением теплового расширения тел. При повышении температуры объем жидкости возрастает, а плотность уменьшается. Под действием силы Архимеда менее плотная нагретая жидкость поднимается вверх, а более плотная холодная жидкость опускается вниз. Если же жидкость нагревать сверху, то менее плотная теплая жидкость там и останется и конвекция не возникнет. Так устанавливается круговорот жидкости, сопровождающийся переносом энергии от нагретых участков к более холодным. Совершенно аналогичным образом возникает конвекция в газах.


На рисунке – тень руки с зажженной спичкой. Волнистые тени над пламенем – струйки поднимающегося теплого воздуха. Такие тени легко появляются на стене темной комнаты при освещении горящей спички фонарем.




Такой процесс часто называется естественной конвекцией. Для её возникновения требуется подогрев жидкости снизу (или охлаждение сверху), причем нагрев в разных участках должен быть неравномерным.

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

С точки зрения термодинамики конвекция – способ теплопередачи, при котором внутренняя энергия переносится потоками неравномерно нагретых веществ.

Теплообмен конвекцией часто встречается в быту и в природе. Например, отопительные батареи-радиаторы располагаются вблизи пола под подоконником. Поэтому нагреваемый ими воздух, поднимаясь вверх, смешивается с холодным воздухом, опускающимся от окна. В результате в комнате устанавливается почти равномерная температура.

Типичными примерами конвекции в атмосфере являются ветры, в частности бризы и муссоны. Нагреваясь над одними участками Земли и охлаждаясь над другими, воздух начинает циркулировать, перенося с собой энергию и влагу. Явление это весьма сложное. На процесс естественной конвекции накладывается ряд факторов, например, суточное вращение Земли, рельеф местности, влияние морских течений и т. д. Также явление конвекции лежит в основе горообразования, процессов парения птиц, выхода дыма из труб и кратеров вулканов и др.