Теплопроводность меха. Прибор для определения теплопроводности тканей мехов и т.п.
 




 

Большая Энциклопедия Нефти и Газа. Теплопроводность меха


"Теплопроводность". 8-й класс

Разделы: Физика, Конкурс «Презентация к уроку»

Презентация к уроку

Загрузить презентацию (3,3 МБ)

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

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

xn--i1abbnckbmcl9fb.xn--p1ai

Установка для определения коэффициента теплопроводности меха

Полезная модель относится к области тепловых испытаний, а именно к области измерений теплопроводности мягких и тонких образцов, например, меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов.

Существует множество устройств для определения теплопроводности твердых, строительных и сыпучих материалов, использующих различные методы измерения.

Для измерения теплопроводности твердых материалов известно устройство, содержащее цилиндрические термоэлектроды, внутри которых помещен электрически изолированный линейный источник тепла, подключенный к источнику питания (см. авт. свид. №1221567, МПК G01N 25/18, Бюл. №12, 1986 г.).

Однако данное устройство применяется в основном для определения коэффициента теплопроводности сыпучих строительных материалов и не предназначено для исследования меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов.

Известно устройство для измерения теплопроводности, которым измеряют перепад температур по плоскому образцу, посредством контактирующих с поверхностями измерителей температур (см. авт. свид. №1561025, МПК G01N 25/18, Бюл. №16, 1990 г.).

Однако данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов.

Так же известна установка ИТ-1 для определения теплопроводности твердых материалов, состоящая из двух термостатированных верхней и нижней металлических плит размерами 250×250 мм, измерителя теплового потока (тепломера), располагаемого между образцом и нижней термостатированной плитой блока задания и регулирования температуры, узла зажима образца и теплоизоляционного кожуха. Образец укладывают на тепломер и плотно прижимают термостатированной плитой. В зависимости от заданной температуры испытаний, устанавливают температуру верхней и нижней

термостатированных плит. Теплоизоляционный кожух обеспечивает устранение теплопотерь через торцовые грани образца (см. паспорт к установке для испытания образцов строительных материалов на теплопроводность ИТ-1, MB и ССОРФ, ВСТИ, 1989 г.).

Недостатком установки ИТ-1 является то, что данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности меха, кожи и кожевенно-меховых изделий.

Наиболее близким техническим решением к полезной модели является установка для определения коэффициента теплопроводности кожи, содержащая средство для измерения теплопроводности, блок регистрации, нагреватель с блоком питания, узел зажима образца и теплоизоляционный материал. Для измерения теплопроводности используется пара термоэлементов, электрически связанных между собой, для обеспечения равномерной теплоотдачи и приема по всей площади испытуемого образца кожи, помещаемого между термоэлементами, при этом тепловой поток направлен сверху вниз, термоэлементы соединены с регистрирующим блоком, в качестве которого применен потенциометр Р37.1 (см. патент на полезную модель №60728, МПК G01N 25/18, Бюл. №3, опубл. 27.01.2007 г.).

Однако данное устройство не используется для определения коэффициента теплопроводности меха, так как при помещении меха между термоэлементами шерстно-волосяной покров деформируется под воздействием узла зажима, тем самым увеличивает вероятность появления ошибочных данных в процессе измерения.

Технической задачей предлагаемой полезной модели является создание устройства, позволяющего исследовать теплопроводность меха, меховых изделий и кожевенно-меховых полуфабрикатов, проводить научно - исследовательские эксперименты и лабораторные работы по теплофизическим измерениям и применять полученные данные в исследовательских целях без деформирования шерстно-волосяного покрова.

Технический результат полезной модели - повышение точности определения коэффициента теплопроводности меха.

Технический результат достигается тем, что в установке для определения коэффициента теплопроводности меха, содержащей средство для определения теплопроводности, соединенное с блоком регистрации, испытуемый образец, нагреватель с блоком питания, преобразователи, электрически связанные между собой, согласно полезной модели в качестве средства для измерения теплопроводности использован зонд-преобразователь, состоящий из шести термопар, закрепленных на основу тонкого материала с малой теплоемкостью, причем на основе тонкого материала выполнены вентиляционные отверстия, в которые вставлены каждая из спаек шести термопар, электрически связанных между собой, кроме того на основу тонкого материала установлен корпус для защиты шести термопар, на котором выполнены вентиляционные отверстия для выравнивания температуры внутри испытуемого образца, зонд-преобразователь введен в испытуемый образец, выполненный в форме чехла, при этом шерстно-волосяной покров обращен во внутрь чехла, для равномерного обтекания теплового потока по всей площади испытуемого образца внутри и снаружи установка содержит термостат, на решетчатую полку которого помещены испытуемый образец с введенным в него зонд- преобразователем, снимающим с внутренней поверхности испытуемого образца температуру, непрерывно регистрирующуюся на диаграммной ленте самопишущего устройства блока регистрации, при этом зонд- преобразователь соединен с блоком регистрации через индикатор сигналов и переходное устройство.

Новыми элементами в установке для определения коэффициента теплопроводности меха являются:

- использование в качестве средства для измерения теплопроводности зонд- преобразователя, состоящего из шести термопар, закрепленных на основу тонкого материала с малой теплоемкостью, причем на основе тонкого материала выполнены вентиляционные отверстия, в которые вставлены каждая из спаек шести термопар, электрически связанных между собой, и введение зонд-преобразователя в испытуемый образец обеспечивают воспроизведение данных по теплопроводности меха, возможность

двухстороннего исследования испытуемого образца меха, структурную целостность испытуемого образца, т.е. исключается деформация шерстно-волосяного покрова, что в итоге позволяет достичь повышение точности в измерении коэффициента теплопроводности меха, меховых изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов,

- установка на основу тонкого материала корпуса, на котором выполнены вентиляционные отверстия, обеспечивает защиту шести термопар от вредного внешнего воздействия и механического повреждения, а вентиляционные отверстия корпуса выравнивают температуру внутри испытуемого образца,

- установка термостата, на решетчатую полку которого помещены испытуемый образец с введенным в него зонд- преобразователем, позволяет тепловому потоку равномерно обтекать по всей площади испытуемого образца внутри и снаружи, при этом необходимая температура поддерживается автоматически,

- выполнение испытуемого образца в виде чехла (мешочка) с обращением шерстно-волосяного покрова во внутрь чехла обеспечивает исключение деформации меха, позволяет получать данные по теплопроводности с возможностью двухстороннего исследования испытуемых образцов меха, меховых изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов без деформации шерстно-волосяного покрова,

- использование самопишущего устройства блока регистрации, на диаграмной ленте которого непрерывно регистрируется температура с внутренней поверхности испытуемого образца, позволяет получать данные по теплопроводности меха, анализировать их и определять коэффициент теплопроводности,

- соединение зонд- преобразователя с блоком регистрации через индикатор и переходное устройство позволяет фиксировать непрерывно на диаграммной ленте температуру с внутренней поверхности испытуемого образца меха.

Заявляемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха соответствует критериям «новизна» и «изобретательский уровень», так как заявитель не выявил источники информации по патентной и научно - технической документации,

включающие признаки, сходные или эквивалентные с отличительными признаками формулы полезной модели.

Сущность предлагаемой полезной модели поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена принципиальная схема установки, на фиг.2 показана схема зонд- преобразователя, на фиг.3 показано сечение А-А фиг.2, на фиг.4 показана схема установки зонд- преобразователя внутри испытуемого образца, на фиг.5 показан результат измерений коэффициента теплопроводности меха в виде диаграммы теплопроводности испытуемого образца меха из овчины натуральной.

Предлагаемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха (см. фиг.1) состоит из зонд- преобразователя 1 и блока регистрации 2, в качестве которого может быть применен плоскостной двухлинейный самописец, имеющий погрешность измерения не более ±0,5% и блока питания 3.

Зонд- преобразователь 1 соединен с блоком регистрации 2 через индикатор сигналов 4 и переходное устройство 5, с помощью которого установка приводится во включенное или выключенное состояние.

Зонд- преобразователь 1 введен в испытуемый образец 6 и оба помещены на решетчатую полку 7 термостата 8, который поддерживает необходимую температуру автоматически. Визуальный контроль температуры нагрева термостата 8 осуществляется ртутным термометром 9. Для необходимой мощности нагревателя 10, расположенного внутри термостата 8, блок питания 3 снабжен автотрансформатором 11, при этом контроль мощности нагревателя 10 осуществляется вольтметром 12 и амперметром 13, установленными на блоке питания 3. В рабочем состоянии дверца 14 термостата 8 закрыта, а тумблер 15 блока питания 3 предназначен для его включения и выключения. Сигнальная лампа 16 установлена на трансформаторе 8 для указания на то, что установка для определения коэффициента теплопроводности меха включена.

Конструктивное выполнение зонд- преобразователя 1 изображено на фигурах 2, 3, 4. Зонд- преобразователь 1 имеет шесть термопар 17, каждая спайка 18 которых

электрически связаны между собой, которые позволяют обеспечить тепловому потоку равномерно обтекать по всей площади испытуемого образца 6, как внутри, так и снаружи. Термопары 17 закреплены на основу тонкого материала 19 с малой теплоемкостью. На основе тонкого материала 19 выполнены вентиляционные отверстия 20. Каждая спайка 18 шести термопар 17 вставлена в вентиляционные отверстия 20, обеспечивающая соприкосновение каждой из спаек 18 с испытуемым образцом 6. На основу тонкого материала 19 установлен корпус 21 для защиты шести термопар 17 от вредного внешнего воздействия и механического повреждения. Корпус 21 состоит из двух частей, на которых выполнены вентиляционные отверстия 22, предназначенные для выравнивания температуры внутри испытуемого образца 6, при этом одна часть корпуса 21 установлена на основу тонкого материала 19 сверху, а другая его часть установлена с обратной стороны основы тонкого материала 19. Обе части корпуса 21 расположены на основе тонкого материала 19 таким образом, что их вентиляционные отверстия 22 и 20 совпадают. Зонд- преобразователь 1, введенный в испытуемый образец 6, позволяет осуществлять проведение испытаний либо исследований меха без деформации шерстно-волосяного покрова.

Для выполнения измерений зонд- преобразователь 1 введен во внутрь испытуемого образца 6, который выполнен в виде чехла (мешочка) 23, прошитого по краям нитками или закрепленного скобами степлера 24, при этом необходимо учесть, что сминание или деформация шерстно-волосяного покрова не допустима. Во внутренней поверхности чехла 23 испытуемого образца 6 должно быть легкое соприкосновение шерстно-волосяного покрова с зонд- преобразователем 1 при измерении теплопроводности испытуемого образца 6, когда шерстно-волосяной покров обращен во внутрь, а при измерении теплопроводности испытуемого образца 6, когда шерстно-волосяной покров находится снаружи, внутренняя поверхность чехла (мешочка) 23 испытуемого образца 6 должна плотно прилегать к поверхности зонд- преобразователя 1. Тумблер 25 расположен на термостате

8 для перевода в автоматический режим контроля температуры. Самопишущее устройство блока регистрации 2 заправлено диаграммной лентой 26.

Предлагаемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха работает следующим образом (см. фиг.1, 2, 3, 4, 5).

Автотрансформатором 11 после включения тумблера 15 на блоке питания 3 устанавливают необходимое напряжение и силу тока, подаваемые к термостату 8. Контроль осуществляется амперметром 13 и вольтметром 12, расположенными на блоке питания 3. Термостат 8 работает в режиме термостатирования при достижении стабильной температуры от 20° или 25°С. При температуре нагрева термостата 8 при проведении эксперимента от 20° до 90°С визуальный контроль температуры осуществляется обычным ртутным термометром 9. На решетчатую полку 7 термостата 8 помещают подготовленный испытуемый образец меха 6 с введенным в него зонд- преобразователем 1. Вторично производят стабилизацию температуры в термостате 8 по достижению стабильной температуры 20° или 25°С, затем переводят в автоматический режим контроля температуру в термостате 8 тумблером 25, включают переходное устройство 5, с помощью которого установку приводят во включенное состояние, при этом срабатывает сигнальная лампа 16, то есть установка для определения коэффициента теплопроводности меха включена. Тепловой поток в термостате 8 обтекает по всей наружной поверхности и проникает во внутреннюю поверхность испытуемого образца 6, а термопары 17 зонд- преобразователя 1, вырабатывают термоэлектродвижущую силу (ТЭДС), величина которой зависит от внутренней температуры термостата 8. Самопишущее устройство блока регистрации 2 фиксирует непрерывно на диаграммной ленте 26, в зависимости от проводимого исследования либо с внутренней, либо с наружной поверхности испытуемого образца меха 6, температуру в пределах 20°-75°С. Температура нагрева термостата осуществляется в пределах 20°-90°С.

По расчетной, известной формуле выводят значения коэффициента теплопроводности испытуемого образца меха 6. За показания эксперимента при исследовании испытуемого образца меха 6 принимают значения теплопроводности шерстно-волосяного покрова, то есть разность температур в 3-5 точках полученной диаграммы одного и того же испытуемого образца 6 при определенной скорости подачи диаграммной ленты 26. Допустимая погрешность самописца составляет ±0,5%.

Исследования проводят с использованием испытуемых образцов 6 различной толщины, длины шерстно-волосяного покрова, нескольких видов натуральных и искусственных мехов. Температура термостата 8 повышалась от 20° до 90°С, при этом значение температуры испытуемого образца 6 составляло от 20° до 65°С и разница температур при этом была от 4° до 46°С.

На фиг.5 изображена диаграмма результата проведенного эксперимента, полученного на предлагаемой полезной модели для одного образца из натурального меха (овчины), что свидетельствует о том, что заявляемая установка дает удовлетворительные данные по теплопроводности исследуемых образцов меха.

Предлагаемая установка для определения коэффициента теплопроводности меха по сравнению с прототипом (см. пат. на ПМ №60728, МПК G01N 25/18, Бюл. №3, опубл. 27.01.2007) может применяться на практике в области теплофизических измерений для исследования теплопроводности различных видов меха, обладает повышенной точностью получения данных по теплопроводности меха, и может использоваться для изучения теплопроводности неисследованных материалов.

Полезная модель является промышленно применимой, так как может использоваться при проведении научно-исследовательских экспериментов и лабораторных работ по теплофизическим измерениям теплопроводности мягких и тонких образцов меха, меховых изделий, кожевенно-меховых полуфабрикатов и применять полученные данные в исследовательских целях кожевенно-мехового производства.

bankpatentov.ru

Способность одежды проводить тепло

При подборе тканей, трикотажа или нетканых материалов для тех или иных видов одежды и в процессах их влажно-тепловой обработки имеют особое значение теплозащитные свойства (теплоемкость, температуропроводность и теплостойкость), которые характеризуют отношение этих материалов к действию на них тепловой энергии.

Через материалы для одежды тепло передается главным образом теплопроводностью. Теплопроводностью называется способность любого вещества проводить тепло:

Степень теплопроводности материала численно характеризуется коэффициентом теплопроводности %:

Коэффициент теплопроводности показывает количество тепла, которое проходит за 1 ч через 1 м2 однородного слоя толщиной в 1 м при разности температур на ее поверхностях в 1°С.

О теплозащитных свойствах материалов при их фактической толщине судят по коэффициенту теплопередачи К, определяемого по формуле :

Материалы для одежды не являются однородными слоями, а представляют собой систему из большого количества волокон, отделенных друг от друга порами различной формы и размеров, заполненных воздухом.

Рис. 11-63. Зависимость теплопроводности от числа слоев в одежде

Рис. 11-63. Зависимость теплопроводности от числа слоев в одежде

Передача тепла в таких материалах слагается из передачи тепла теплопроводностью через порообразующий волокнистый слой, теплопроводностью и конвекцией через поры и излучением между стенками пор. Количество тепловой энергии, передающейся любым из этих способов, приблизительно пропорционально разности температур (t1—t2) двух прилегающих изотермических поверхностей.Для материалов одежды, величина коэффициента теплопроводности К изменяется приблизительно в пределах 0,033—0,070 ккал/м ч град, а для воздуха составляет 0,020 ккал/м - ч-град. Величина коэффициента теплопроводности для одного и того же материала не является постоянной, а. может изменяться в зависимости от объемного веса материала, влажности, температуры, воздухопроницаемости и направления теплового потока.

Из графика видно, что с увеличением количества слоев одежды теплопроводность снижается и повышаются ее теплозащитные свойства.

Чем больше тепловое сопротивление материала, тем выше его теплоизоляционные свойства. Тепловое сопротивление сложного слоя равно сумме сопротивлений каждого из составляющих слоев, т. е.

Ткани, трикотаж и нетканые материалы представляют собой дисперсную систему, в которой волокна относительно равномерно распределены в дисперсной среде (воздухе). Основной особенностью структуры этих материалов является высокая пористость и сравнительно малая величина контактных площадей между отдельными волокнами в материале. Поэтому теплопередача в материалах одежды осуществляется в значительной степени через слой сравнительно неподвижного воздуха, заключенного в материале.

Таблица 11-15. Коэффициент теплопроводности различных материалов при различном объемном весе.

Материалы

Объемный вес В кг/см3

Коэффициент теплопроводности в ккал/м-ч-град

Сукно

0,25

0,045

Шерстяной войлок

0,15

0,050

Хлопчатобумажный войлок

0,30

0,050

Вата хлопчатобумажная

0,05

0,046

Пух гагачий

0,02

0,056

Тепловое сопротивление текстильных материалов представляет собой некоторую среднюю величину от теплового сопротивления волокна и воздуха, находящегося в порах. В табл. 11-15 представлены данные о коэффициенте теплопроводности различных материалов при разном объемном весе

Как видно из таблицы, различные материалы при резко отличающемся объемном весе имеют близкий по значению коэффициент теплопроводности. Однако объемный вес материалов для одежды не оказывает существенного влияния на их тепловое сопротивление только в определенном интервале значений. При дальнейшем увеличении объемного веса и уменьшении пористости тепловое сопротивление уменьшается, а теплопроводность увеличивается. Так, при увеличении объемного веса ткани (бобрика) в 2,5 раза ее тепловое сопротивление снизилось более чем на 45%.

Рис. 11-64. Зависимость теплового сопротивления тканей от их толщины (в условиях спокойного воздуха)

Рис. 11-64. Зависимость теплового сопротивления тканей от их толщины (в условиях спокойного воздуха)

Рис. 11-65. Влияние избыточной влажности пакета одежды на его тепловое сопротивление

Рис. 11-65. Влияние избыточной влажности пакета одежды на его тепловое сопротивление

Исходя из этого, сделаны выводы: 1) ткани с меньшим объемным весом являются более теплозащитными; 2) структура ткани при заданной толщине в условиях неподвижного воздуха непосредственно не влияет на тепловое сопротивление. Зато структура ткани оказывает существенное влияние на ее толщину и воздухопроницаемость, которые тоже непосредственно влияют на тепловое сопротивление материалов для одежды. Толщина ткани является одним из главных факторов, влияющих на тепловое сопротивление одежды независимо от ее волокнистого состава и плотности (рис. 11-64). С увеличением толщины материалов одежды пропорционально возрастает и их тепловое сопротивление. С повышением влажности материалов для одежды резко падает их тепловое сопротивление. На рис. 11-65 представлена зависимость теплового сопротивления материалов одежды от их влажности.

Резкое падение теплового сопротивления материалов одежды от их влажности объясняется тем, что коэффициент теплопроводности воды, проникающей в поры материала, равен 0,5 ккал/м-ч-град (в 20 раз больше, чем воздуха в порах среднего размера). Кроме того, наличие воды в порах материала увеличивает размеры контактных площадок между волокнами материала, что также оказывает влияние на снижение теплового сопротивления.

Рядом исследователей установлено, что увеличение коэффициента теплопроводности прямо пропорционально увеличению влажности. Степень влияния влажности текстильных материаллов на их теплопроводность неодинакова для различных тканей и зависит от рода волокон и объемного веса тканей. Так, теплопроводность тканей хлопчатобумажных более резко увеличивается с увеличением влажности, чем шерстяных тканей. Зависимость коэффициента теплопроводности тканей от их влажности может быть выражена следующей формулой:

где λвл — коэффициент теплопроводности влажной ткани; λСух — коэффициент абсолютно сухой ткани; W — объемная влажность ткани в %;

а —постоянный коэффициент, равный, приблизительно, для шерстяных тканей 0,0024 и для хлопчатобумажных — 0,0039. Зависимость теплового сопротивления от вида и объемного веса волокнистого материала приведена в табл. 11-16.

Таблица 11-16. Зависимость теплового сопротивления от вида и объемного веса материала

Материалы

Суммарное тепловое сопротивление в м2Ч-град1ккал при объемном весе в г/см3

0,0055

0,011

0,002

0,044

0,066

0,088

0,110

Шерсть

0,4340

0,462

0,636

0,647

0,646

0,618

0,623

Хлопок

0,4590

0,475

0,538

0,546

0,556

0,548

0,467

Хлорин

0,5990

0,603

0,628

0,635

0,614

0,601

0,603

Капрон

0,5000

0,501

0,601

0,617

0,536

0,537

0,536

Натуральный шелк

0,4920

0,466

0,503

0,505

0,493

0,505

0,500

 

 

 

 

 

 

 

 

При оценке теплозащитных свойств одежды ее воздухопроницаемость является одним из решающих факторов. При большой воздухопроницаемости одежда не может быть теплой независимо от ее толщины и веса. В условиях умеренного климата температура окружающего воздуха обычно ниже температуры человеческого тела. Ткань со стороны тела согревается, а с внешней охлаждается. При этом, если ткань имеет незначительную плотность, и особенно, если она выработана из гладких крученых нитей, которые не создают в ткани замкнутые воздушные прослойки, конвекционный поток устремляется наружу и в результате происходит непрерывная смена воздушных прослоек. Теплозащитные свойства таких тканей меньше, чем более плотных и подвергавшихся валке или начесу, и не имеющих открытых пор. Скорость проникания воздуха через материал зависит не только от величины отверстий между нитями, образующими материал, и разности температур его противоположных поверхностей, но и от скорости движения окружающего воздуха. С увеличением скорости воздушного потока тепловое сопротивление тканей резко снижается. При этом интенсивность снижения теплового сопротивления зависит от степени воздухопроницаемости ткани (табл. II-17).

Из таблицы ясно, что в условиях подвижного воздуха тепловое сопротивление более толстого материала при большей воздухопроницаемости меньше по сравнению с более тонким и менее воздухопроницаемым материалом. Известно, что в условиях неподвижного воздуха воздушная прослойка в пределах определенной толщины между телом и материалом увеличивает общее тепловое сопротивление ткани. Однако в условиях подвижного воздуха в результате усиления конвекционного теплообмена под образцом ткани общее тепловое сопротивление снижается и тем больше, чем больше воздухопроницаемость ткани.

www.otkani.ru

Thermal conductivity - grease monkey

Internal energy, as well as any, another form of energy, It can be transmitted from one body to another. We already considered one example of the transfer - Transfer of energy from hot water to cold spoon. This type of heat transfer is called: thermal conductivity.

Thermal conductivity can be observed in the following experiment. Fasten one end of a thick copper wire in the rack, and the wire is attached wax few studs (rice. 183). При heating of the free end of the wire in the flame of a spirit lamp wax melts, and cloves gradually fall away from the wire. Snačala this otpadut, are located closer to the flame, then all the others in turn.

How does the energy transfer to the wire?

First, the flame causes increased hot metal particles vibrational motion at one end of the wire and its temperature rises. Then there is the strengthening of the movement is transferred to the adjacent particles, and the rate of oscillation also increases, t. it is. fever the next part of the wire. Then the speed is increased following fluctuations particles,. д. It is very important to note, that does not move from one end of the body with the thermal conductivity of the substance itself to another.

Different materials have different thermal conductivity. This can be seen from the experience, wherein the energy transmitted by rods made of different metals (rice. 184). And because life experience we know, some substances that have a higher thermal conductivity, than others. Iron nail, eg, It can not be a long time to heat, in his hand, a burning match can be held until, until the flame touches the hand.

Most have a thermal conductivity of metals, especially silver and copper.

In liquids, except molten metal, such as mercury, the thermal conductivity is low. With gases, the thermal conductivity even less. After all their molecules are far apart and transfer motion from one molecule to another is difficult.

Wool, down, fur and other porous bodies between their fibers comprise air and therefore possess poor thermal conductivity. That's why wool, fur, fluff protect animals from cooling. It protects animals against cooling and fat layer, which is available for waterfowl, whales, walruses, seals.

Very low thermal conductivity has a vacuum - highly rarefied gas. The reason is, that the thermal conductivity, t. it is. energy transfer from body parts to one another, carry a molecule or other particle, - Consequently, there, where there are no particles, the thermal conductivity can not be performed.

Substances with a low thermal conductivity is used there, where it is necessary to save energy. Например, brick walls help to keep the internal energy in the room. Можно protect the body, and from heat, such as the ice in the cellar store, obkladyvaya cellar straw, sawdust and ground, which have poor thermal conductivity.

questions. 1. On what experiences you can watch the transfer of internal energy of the solid? 2. How does the energy transfer to the metal wire? 3. Which substances have the highest thermal conductivity and lowest? Where they are used?

Exercises. 1. Why deep powdery snow protects from freezing winter grains? 2. Explain, why straw, hay, dry leaves have poor thermal conductivity. 3. It is estimated, that the thermal conductivity in the pine boards 3,7 times, than pine sawdust, the thermal conductivity of ice 21,6 times, than fresh snow (snow is composed of small ice crystals). How can we explain such a difference? 4. Why does the expression "warm coat" is incorrect? 5. Scissors and pencils, on the table, have the same temperature. Why touch the scissors seem colder? 6. Explain, how fur, down, feathers animal body, as well as the person's clothing to protect against the cold.

Поделиться ссылкой:

Liked this:

Like Loading...

Похожее

tehnar.net.ua

Прибор для определения теплопроводности тканей мехов и т.п.

 

* о 1ЯЩ

Класс 42i, 12 pg, ПЯТ =ОТ NR N306PDTENNE

ОПИС,АНИЕ прибора для определения теплопроводности тканей, мехов или т. и.

К патенту А. И. Быкова, заявленному 30 сентября 1929 года (заяв. свид, No 55660).

О выдаче патента опубликовано 31 августа 1930 года. Действие патента распространяется на 15 лет от 31 августа 1930 года.

Предмет патента.

Предлагаемое изобретение представляет собою приббр для определения теплопроводности тканей, мехов или т. и., состоящий из снабженного термометром цилиндрического нагревателя, на который натягивается сшитый по его форме чулок из испытуемого материала. Количество прошедшего через материал тепла учитывается по электрической энергии, затрачиваемой за определенное время для поддержания температуры внутри системы постоянной, соответствующей средней нормальной температуре человеческого тела.

Изображенный на схематическом чертеже прибор состоит из цилиндрического с закругленным концом нагревателя а, внутри- которого помещены термометр К и электрическая грелка, включаемая через реостат на осветительную сеть.

Из подвергаемого испытанию материала сшивается чулок, соответствующий наружной форме нагревателя а, при чем, испытываемые кожа или ткань должны быть лицевой стороной наружу, мех же, наоборот, волосом внутрь. Для термометра К в чулке вырезается соответствующее отверстие. Готовый чулок натягивается на нагреватель и закрепляется своими краями находящейся под действием пружины В крышкой с. Затем прибор включают на осветительную сеть и реостатом поддерживают по термометру в течение, примерно, получаса постоянную температуру, соответствующую средней температуре человека. После того, как постоянство желаемой температуры будет достигнуто, оставляют: прибор включеннь|м на один час, по истечении которого можно судить по затраченной электрической энергии о теплопроводности испытуемого материала.

Приб1ор для определения теплопроводности тканей, мехов или т. и., характеризующийся тем, что он состоит из электрического нагревателя цилиндрической формы с закругленным концом, снабженного термометром и служащего для натягивания на него чулка, сшитого по наружной форме нагревателя из испы-! туемого материала и закрепляемого своими краями, находящейся под действием пружины, крышкой.

Прибор для определения теплопроводности тканей мехов и т.п. 

Похожие патенты:

Изобретение относится к технической физике, в частности к теплофизическим измерениям

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано в тех отраслях, где требуется определение теплопроводности объемных, тонкослойных и пленочных, в том числе обладающих анизотропией теплопроводности, материалов

Изобретение относится к области технической физики

Изобретение относится к технической физике, а именно к области исследований теплофизических свойств веществ

Изобретение относится к области теплофизических измерений и может быть использовано для определения теплофизических свойств жидкостей и газов, в том числе и в быстропротекающих и необратимых процессах, в потоках при неустановившемся режиме и т.п., а также для измерения нестационарных температур (скоростей)

Изобретение относится к строительной теплотехнике, в частности к измерениям теплофизических характеристик (ТФХ) многослойных ограждающих конструкций (наружных перекрытий, перегородок, покрытий, полов и т.п.)

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для определения теплофизических характеристик материалов

Прибор для определения теплопроводности тканей мехов и т.п.

www.findpatent.ru

Теплопроводность - различное вещество - Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1

Теплопроводность - различное вещество

Cтраница 1

Теплопроводность различных веществ характеризуется коэффициентом теплопроводности, обычно обозначаемым буквой Я. Он показывает, какое количество тепла ( в ккал) передается в час через каждый квадратный метр площади поперечного сечения данного материала на длину 1 м при разности температур 1 С на этой длине. Коэффициент теплопроводности имеет размерность ккал / м ч град. Эти данные приведены для средней температуры 20 С.  [1]

Теплопроводность различных веществ характеризуется коэффициентом теплопроводности. Этот коэффициент имеет размерность ккал / м-ч-град. Он показывает, какое количество тепла ( ккал) передается в час через данный материал с площадью поперечного сечения 1 м2 при разности температур 1 С на каждый метр длины проводника тепла.  [2]

Теплопроводность различных веществ зависит от их удельной теплоемкости, температуры и давления и снижается с увеличением размеров молекулы.  [4]

Если теплопроводность различных веществ сравнить с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она примерно в 5 раз меньше, у воды - в 658 раз меньше, у пористого кирпича - в 840 раз меньше, у свежевыпавшего снега - почти в 4000 раз меньше, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти - почти в 10000 раз меньше, а у воздуха она примерно в 20000 раз меньше. Плохая теплопроводность шерсти, пуха и меха ( обусловленная наличием между их волокнами воздуха) позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и тем самым защищаться от охлаждения. Защищает от холода и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, китов, моржей, тюленей и некоторых других животных.  [5]

Коэффициент теплопроводности различных веществ зависит от их молекулярной структуры, плотности, теплоемкости, вязкости, влажности и температуры. Эта зависимость обычно малосущественна для тепловых расчетов электрических машин, в связи с чем в расчетах применяются средние табличные значения коэффициента теплопроводности. Более строгого подхода требуют электрические машины с низкотемпературными системами охлаждения.  [6]

Коэффициент теплопроводности различных веществ зависит от их физических свойств: структуры тела, средней плотности, влажности, химического состава, давления и температуры.  [7]

Коэффициент теплопроводности различных веществ зависит от их молекулярной структуры, удельного веса, теплоемкости, вязкости, влажности и температуры. Эти зависимости обычно мало существенны для тепловых расчетов электрических машин, в связи с чем в расчетах применяются средние табличные величины.  [8]

Коэффициент теплопроводности различных веществ зависит от их физических свойств. Для определенного тела величина коэффициента теплопроводности зависит от структуры тела, его объемного веса, влажности, химического состава, давления, температуры. В технических расчетах величину К берут из справочных таблиц, причем надо следить за тем, чтобы условия, для которых приведено в таблице значение коэффициента теплопроводности, соответствовали условиям рассчитываемой задачи.  [10]

Коэффициенты теплопроводности различных веществ ( рис. 11 - 4) определяются опытным путем. Коэффициент теплопроводности твердых тел зависит от температуры, поэтому в расчетах теплопроводности тел с резко неоднородным температурным полем следует учитывать переменность коэффициента теплелроводности.  [11]

Коэффициент теплопроводности различных веществ зависит от ряда факторов. У всех веществ ( твердых, жидких и газообразных) он зависит от температуры; у твердых тел он зависит от структуры ( плотной, пористой, сыпучей), удельного веса и влажности; у жидкостей - от теплоемкости, вязкости, удельного и молекулярного веса; у газов - от температуры и давления.  [12]

Так как теплопроводности различных веществ при увеличении температуры сближаются, то при этом ДА / А и соответственно чувствительность катарометра уменьшаются.  [13]

Так как теплопроводности различных веществ при увеличении температуры сближаются, то при этом ДАЛ, и соответственно чувствительность катарометра уменьшаются.  [14]

Для реальных значений коэффициента теплопроводности различных веществ число Прандтля не достигает тех больших значений, для которых мог бы иметь место этот предельный закон.  [15]

Страницы:      1    2

www.ngpedia.ru

Виды теплообмена | Физика

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Теплообмен может осуществляться по-разному. Различают три вида теплообмена: теплопроводность, конвекция и лучистый теплообмен.

1. Теплопроводность — это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части При теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела — переносится лишь энергия.

Обратимся к опыту. Закрепим в штативе толстую медную проволоку, а к проволоке прикрепим воском (или пластилином) несколько гвоздиков (рис. 63). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Причем сначала отпадают те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Объясняется это следующим образом.Теплопроводность металла

Сначала увеличивается скорость движения тех частиц металла, которые ближе к пламени. Температура проволоки в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д., пока не прогреется вся проволока.

Различные вещества имеют разную теплопроводность: у одних она больше, у других — меньше. Из жизненного опыта известно, что если, например, взять какой-либо железный предмет (допустим, гвоздь) и начать нагревать его в огне, то долго удерживать его в руке мы не сможем. И наоборот, горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки. Это означает, что дерево обладает меньшей теплопроводностью, чем железо.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. У жидкостей (за исключением расплавленных металлов) теплопроводность невелика. У газов она еще меньше, так как молекулы их находятся сравнительно далеко друг от друга и передача энергии от одной частицы к другой затруднена.

Если теплопроводность различных веществ сравнить с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она примерно в 5 раз меньше, у воды — в 658 раз меньше, у пористого кирпича — в 840 раз меньше, у свежевыпавшего снега — почти в 4000 раз меньше, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти — почти в 10 ООО раз меньше, а у воздуха она примерно в 20 000 раз меньше.

Плохая теплопроводность шерсти, пуха и меха (обусловленная наличием между их волокнами воздуха) позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и тем самым защищаться от охлаждения. Защищает от холода и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, китов, моржей, тюленей и некоторых других животных.

2. Конвекция — это теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками (или струями) вещества.

Общеизвестно, например, что жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой ставят на огонь, радиаторы отопления помещают под окнами около пола. Случайно ли это?

Конвекция от лампыПоместив руку над горячей плитой или над включенной лампой, мы почувствуем, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые струи воздуха. Эти струи могут даже вращать небольшую бумажную вертушку, помещенную над лампой (рис. 64). Откуда берутся эти струи?

Часть воздуха, которая соприкасается с плитой или лампой, нагревается и вследствие этого расширяется. Ее плотность становится меньше, чем у окружающей (более холодной) среды, и под действием архимедовой (выталкивающей) силы она начинает подниматься вверх. Ее место внизу заполняет холодный воздух. Через некоторое время, прогревшись, этот слой воздуха также поднимается вверх, уступая место следующей порции воздуха, и т. д. Это и есть конвекция.

Конвекция в водеТочно так же переносится энергия и при нагревании жидкости. Чтобы заметить перемещение слоев жидкости при нагревании, на дно стеклянной колбы с водой опускают кристаллик красящего вещества (например, перманганата калия) и колбу ставят на огонь. Через некоторое время нагретые нижние слои воды, окрашенные перманганатом калия в фиолетовый цвет, начинают подниматься вверх (рис. 65). На их место приходит холодная вода, которая, прогревшись, также начинает подниматься вверх, и т. д. Постепенно вся вода оказывается нагретой. Именно благодаря конвекции происходит нагревание воздуха и в наших жилых комнатах (рис. 66).Конвекция воздуха в комнате

Будут ли прогреваться воздух и жидкость, если их нагревать не снизу, а сверху? Обратимся к опыту. Поместив в пробирку кусочек льда и придавив его гайкой или металлической сеточкой, нальем туда же холодную воду. Нагревая ее сверху, можно довести верхние слои воды до кипения (рис. 67), между тем как нижние слои воды останутся холодными (и даже лед там не растает). Объясняется это тем, что при таком способе нагревания конвекции не происходит. Нагретым слоям воды некуда подниматься: ведь они и так уже наверху. Нижние же (холодные) слои так и останутся внизу. Правда, вода может прогреться благодаря теплопроводности, однако она очень низкая, так что пришлось бы долго ждать, пока это произошло бы.

Точно так же можно объяснить, почему не прогревается воздух, находящийся в пробирке, которая изображена на рисунке 68. Горячим он становится лишь сверху, внизу же он остается холодным.Отсутствие конвекции вниз

Опыты, изображенные на рисунках 67 и 68, показывают не только то, что жидкости и газы следует нагревать снизу, но и то, что у них очень плохая теплопроводность.

3. Лучистый теплообмен — это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами. Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

Так, например, сидя около камина или костра, мы чувствуем, как тепло передается от огня нашему телу. Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность (которая у воздуха, находящегося между пламенем и телом, очень мала), ни конвекция (так как конвекционные потоки всегда направлены вверх). Здесь имеет место третий вид теплообмена —лучистый теплообмен.

Доказательство наличия лучистого теплообменаВозьмем теплоприемник — прибор, представляющий собой плоскую круглую коробочку, одна сторона которой отполирована, как зеркало, а другая покрыта черной матовой краской. Внутри коробочки находится воздух, который может выходить через специальное отверстие. Соединим теплоприемник с жидкостным манометром (рис. 69) и поднесем к теплоприемнику электрическую плитку или кусок металла, нагретый до высокой температуры. Мы заметим, что столбик жидкости в манометре переместится. Но это означает, что воздух в теплоприемнике нагрелся и расширился. Нагревание воздуха в теплоприемнике можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела. Каким образом передавалась эта энергия? Ясно, что не теплопроводностью, так как между нагретым телом и теплоприемником находится воздух, обладающий малой теплопроводностью. Не было здесь и конвекции: ведь теплоприемник расположен не над нагретым телом, а рядом с ним. Энергия в данном случае передавалась с помощью невидимых лучей, испускаемых нагретым телом. Эти лучи называют тепловым излучением.

С помощью теплового излучения (как видимого, так и невидимого) передается на Землю и солнечная энергия. Отличительной особенностью этого вида теплообмена является возможность осуществления через вакуум.

Тепловое излучение испускают все тела: электрическая плитка, лампа, земля, стакан с чаем, тело человека и т. д. Но у тел с низкой температурой оно слабое. И наоборот, чем выше температура тела, тем больше энергии оно передает путем излучения.

Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, то часть его отражается, а часть ими поглощается. При поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются.

Светлые и темные поверхности тел поглощают излучение по-разному. Если теплоприемник (см. рис. 69) повернуть к излучающему телу сначала черной, а затем блестящей поверхностью, то столбик жидкости в манометре в первом случае переместится на большее расстояние, чем во втором. Это показывает, что тело с темной поверхностью лучше поглощает энергию (и, следовательно, сильнее нагревается), чем тело со светлой или зеркальной поверхностью.

Тела с темной поверхностью не только лучше поглощают, но и лучше излучают энергию. Больше излучая, они и остывают быстрее. Например, в темном чайнике горячая вода остывает быстрее, чем в светлом.

Способность по-разному поглощать энергию излучения находит широкое применение в технике. Например, воздушные шары и крылья самолетов часто красят серебристой краской, чтобы они меньше нагревались солнечными лучами. Если же нужно использовать солнечную энергию (например, для нагревания некоторых приборов, установленных на искусственных спутниках), то эти устройства окрашивают в темный цвет.

Различная теплопроводность меди и стали

1. Перечислите виды теплообмена. 2. Что такое теплопроводность? У каких тел она лучше, у каких хуже? 3. Как вы думаете, о чем свидетельствует опыт, изображенный на рисунке 70? 4. Что такое конвекция? 5. Почему жидкости и газы нагревают снизу? 6. Почему конвекция невозможна в твердых телах? 7. Какой вид теплообмена может осуществляться через вакуум? 8. Как устроен теплоприемник? 9. Какие тела лучше и какие хуже поглощают энергию теплового излучения? 10. Почему в светлом чайнике горячая вода дольше не остывает, чем в темном?

Экспериментальные задания. 1. Находясь дома, на улице или в транспорте, проверьте, какие предметы на ощупь кажутся более холодными. Что вы можете сказать об их теплопроводности? Составьте на основе своих наблюдений ряд из названий материалов в порядке возрастания их теплопроводности. 2. Включите электрическую лампу и поднесите к ней (не касаясь лампы) руку. Что вы чувствуете? Какой из видов теплообмена происходит в данном случае? 3. Греет ли шуба? Для выяснения этого возьмите термометр и, заметив его показание, закутайте в шубу. Спустя полчаса выньте его. Изменились ли показания термометра? Почему?

phscs.ru