Содержание
- Теплопроводность, конвекция и тепловое излучение (часть 8) | Термодинамика | Физика
- Конвекция
- Конвекция
- Процесс теплообмена между поверхностью твердого тела и жидкостью, омывающей поверхность, называется теплоотдачей.
- Основной закон теплоотдачи. Уравнение ньютона – рихмана.
- Теплопроводность, конвекция, излучение. 8 класс.
- Теплопередача
- Теплообмен излучением
- Конвекция
- Физика 8 класс (Урок№2 — Теплопроводность, конвекция, излучение)

Теплопроводность, конвекция и тепловое излучение (часть 8) | Термодинамика | Физика
Физический смысл количество теплоты, отдаваемое в единицу времени с единицы поверхности при температурном напоре в один градус Кельвина.
Конвекция
перенос теплоты в жидкостях, газах либо сыпучих средах потоками вещества. Различают естественную, либо свободную, и принужденную К.
Естественная К. появляется при неравномерном нагреве (нагреве снизу) текучих либо сыпучих веществ, находящихся в поле силы тяжести (либо в системе, передвигающейся с ускорением). Вещество, нагретое посильнее, имеет наименьшую плотность и под действием архимедовой силы FA перемещается относительно наименее нагретого вещества. Сила FA = Δρ∙V (Δρ — разность плотностей нагретого вещества и среды, V — объём нагретого вещества). Направление силы FA, а как следует, и К. для нагретых объёмов вещества обратно направлению силы тяжести. К. приводит к выравниванию температуры вещества. При стационарном подводе теплоты к веществу в нём появляются стационарные конвекционные потоки, переносящие теплоту от более нагретых слоев к наименее нагретым. С уменьшением разности температур меж слоями интенсивность К. падает.
При больших значениях теплопроводимости и вязкости среды К. также оказывается ослабленной. На К. ионизованного газа (к примеру, солнечной плазмы) значительно оказывает влияние магнитное поле и состояние газа (степень его ионизации и т.д.). В критериях невесомости естественная К. невозможна.
При принужденной К. перемещение вещества происходит приемущественно под воздействием какого-нибудь устройства (насоса, мешалки и т.п.). Интенсивность переноса теплоты тут зависит не только лишь от вышеперечисленных причин, да и от скорости принужденного движения вещества.
К. обширно всераспространена в природе: в нижнем слое земной атмосферы (см. Конвекция в атмосфере), морях и океанах (см. Конвекция в океане), в недрах Земли, на Солнце (в слое до глубины Конвекция20—30% радиуса Солнца от его поверхности) и т.д. При помощи К. производят остывание либо нагревание жидкостей и газов в разных технических устройствах (см.
Конвективный термообмен).
II Конве́кция
в атмосфере, вертикальные перемещения объёмов воздуха с одних высот на другие, обусловленные архимедовой силой: воздух более тёплый и, как следует, наименее плотный, чем окружающая среда, перемещается ввысь, а воздух более прохладный и поболее плотный — вниз. При слабеньком развитии К. имеет хаотичный, турбулентный нрав. При развитой К. над отдельными участками земной поверхности появляются восходящие и нисходящие токи воздуха, пронизывающие атмосферу время от времени до высот стратосферы (проникающая К.). Вертикальная скорость восходящих токов (термиков) при всем этом обычно порядка нескольких м/сек, по время от времени может превосходить 20—30 м/сек.
С проникающей К. обычно связано образование туч К. — кучевых и кучево-дождевых (грозовых).
Развитие К. находится в зависимости от рассредотачивания температуры в атмосфере по высоте. Восходящий воздух подымается до того времени, пока его температура остаётся выше температуры окружающего воздуха; нисходящий воздух, в свою очередь, опускается, пока он холоднее окружающего воздуха. Но восходящий воздух вследствие расширения охлаждается на 1 °С на 100 м подъёма (пока в нём не началась конденсация) — так именуемый сухоадиабатический градиент, а после начала конденсации (образования туч), сопровождающейся выделением сокрытой теплоты, — на переменную величину в несколько 10-х долей градуса на 100 м подъёма (так называемый влажноадиабатический градиент). Поэтому для поддержания К. нужно, чтобы вертикальный градиент температуры в атмосферном столбе был больше сухоадиабатического градиента до уровня, на котором начинается конденсация, и больше влажнодиабатического над этим уровнем, т. е. атмосфера должна обладать неустойчивой стратификацией (см.
Стратификация атмосферы). Такие условия создаются летом в воздухе над прогретой сушей и во все времена года в воздухе, движущемся с более холодной на более тёплую поверхность. Слои с малыми вертикальными градиентами температуры, особенно с инверсиями температуры (См. Инверсии температуры), являются для К. задерживающими слоями.
Лит.: Матвеев Л. Т., Основы общей метеорологии, Л., 1965; Шметер С. М., Физика конвективных облаков, Л., 1972.
С. П. Хромов.
III Конве́кция
в океане, вертикальное движение воды, вызванное изменением её плотности в результате изменения температуры или солёности. Если плотность воды однородна по горизонтали и с глубиной возрастает, то вода находится в равновесии. В противном случае начинается опускание более плотной воды до глубины, на которой плотность опустившейся воды станет равной плотности окружающих вод. К. ведёт к перемешиванию и выравниванию по вертикали физических и химических характеристик воды, обогащению кислородом нижележащих слоев и т.д.
В придонных областях океана (а именно, в глубоководных впадинах) могут иметь место случаи уменьшения плотности с глубиной, например за счёт геотермического притока тепла из земных недр. В ряде всевозможных случаев это уменьшение плотности с глубиной сопровождается К., охватывающей значительную толщу придонных вод (порядка нескольких сотен м по вертикали),
Большую роль в режиме океана играет К. в период осенне-зимнего охлаждения (так называемая зимняя вертикальная циркуляция), потому что в этот период К. распространяется на большие глубины, а в отдельных субтропических и тропических морях с большой солёностью воды — до дна (Средиземное море, Красное море, Персидский залив), Поскольку благодаря К. зимой в океане непрерывно происходит подъём к поверхности более тёплых вод с глубин, климат прилегающих стран смягчается.
А. М. Муромцев.
Большая советская энциклопедия. — М.: Советская энциклопедия . 1969—1978 .
Конвекция
Понятие конвективного теплообмена охватывает процесс теплообмена при движении жидкости или газа.
Конвекция – это один из видов теплообмена, представляет собой передачу теплоты за счет перемешивания макрообъемов вещества из зон одной температуры в зону другой температуры.
Следует также отметить, что конвекция тепла всегда сопровождается теплопроводностью. Это обусловлено тем, что при движении жидкости или газа неизбежно соприкосновение отдельных частиц, имеющих разную температуру.
Зависимо от причин перемещения различают свободную и вынужденную конвекцию.
Свободная конвекция возможна в жидких средах. При увеличении температуры плотность уменьшается. При свободной конвекции жидкость перемещается исключительно в вертикальном направлении. В невесомости свободная конвекция невозможна.
Вынужденная конвекция происходит в результате действия посторонних сил, перемещающих жидкость (насос, вентилятор, ветер и т.п.).
Процесс теплообмена между поверхностью твердого тела и жидкостью, омывающей поверхность, называется теплоотдачей.
При ламинарном режиме, когда жидкость движется вдоль поверхности, а тепловой поток перпендикулярен к потоку, теплоотдача осуществляется теплопроводностью.
При турбулентном режиме течения теплота передается конвекцией.
Основной закон теплоотдачи. Уравнение ньютона – рихмана.
где — температурный напор;
F – поверхность передачи тепла;
— коэффициент конвективной теплоотдачи.
Теплопроводность, конвекция, излучение. 8 класс.
Физический смысл количество теплоты, отдаваемое в единицу времени с единицы поверхности при температурном напоре в один градус Кельвина.
Первоначально предполагалось, что коэффициент так же как и коэффициент теплопроводности характеризует физические свойства жидкости. Однако очень скоро убедились, что находится в зависимости от очень большого числа факторов (формы и размера тела, режима движения, скорости и температуры жидкости, ее физических параметров и т.п.).
Расчет теплоотдачи, несмотря на простоту уравнения (4), является весьма сложным делом, главная трудность которого сводится к определению величины коэффициента теплоотдачи.
Теплопередача
Процесс теплообмена между двумя жидкостями, разделенных твердой стенкой, называется теплопередачей.
Теплопередача осуществляется совокупным действием элементарных способов переноса энергии:
- Теплоотдача от горячей жидкости к стенке.
- Теплопроводность внутри стенки.
- Теплоотдача с поверхности стенки холодной жидкости.
Количество теплоты, передаваемое в единицу времени через единицу поверхности при разности температур между горячей и холодной жидкостью называется теплопередачей.
Теплообмен излучением
Тепловое излучение – это процесс распростанения тепловой энергии при помощи электромагнитных волн. При тепловом излучении происходит двойное превращение энергии: тепловая энергия излучающего тела переходит в лучистую и, наоборот, лучистая энергия, поглащаясь телом, переходит в тепловую.
При данной температуре наибольший тепловой поток излучает абсолютно черное тело. Величина его определяется законом Стефана-Больцмана:
— константа излучения абсолютно черного тела.
Тепловой поток, излучаемый нечерными телами, оценивается формулой
где ε -степень (коэффициент) черноты.
Данная величина лежит в пределах от нуля до 1 и определяется экспериментально или при помощи справочной литературы.
При лучистом теплообмене между двумя телами они одновременно облучают друг дружку, посылая количества тепла, пропорциональные четвертой степени их абсолютной температуры.
Результирующее количества тепла, переданное излучением от тела с более высокой температурой к телу с более низкой, будет представлять собой разность между этими количествами тепла.
где F — взаимная поверхность облучения;
Eпр — приведенный коэффициент излучения.
Конвекция
Наверное, видели, что если чашку горячего чая оставить на столе надолго, то он остывает. Это связано с потерями тепла в окружающую среду. В результате перенос тепла описывается как передача тепла или тепловой энергии от одной физической системы к другой. Следовательно, когда два тела имеют разность температур, тепло передается от более горячего тела к более холодному.
Теплопроводность, конвекция и излучение являются тремя наиболее распространенными способами передачи тепла. В этом посте мы поговорим о передаче тепла конвекцией.
Конвекция
The action of heat transmission through movement of major number of molecules inside fluids such as gases and liquids is known as convection.
Первоначальная теплопередача между предметом и жидкостью происходит за счет теплопроводности, но основная часть теплопередачи происходит из-за движения жидкости.
Твердые тела не испытывают конвекции, так как их основные частицы не движутся. Процесс диффузии тепла в твердых телах известен как теплопроводность. В нормальных условиях газы и жидкости являются плохими проводниками тепла, однако они могут быстро переносить тепло за счет конвекции.
Конвекционная теплопередача: как это работает?
Конвекция – это процесс теплообмена между твердым телом и жидкостью или жидкостью, находящейся в контакте с твердым телом. При передаче тепла от одной жидкости к другой через преграду существенную роль играет конвекция. Конвективный теплообмен происходит либо за счет термодиффузии (движения молекул жидкости), либо за счет адвекции, при которой тепло передается за счет объемного движения тепловых потоков в жидкости.
Тепловое расширение происходит при нагревании любой жидкости снизу. Плотность жидкости уменьшается в нижних слоях по мере того, как она нагревается. Более горячая и менее плотная часть жидкости поднимается из-за плавучести и замещается более плотной и холодной жидкостью. Когда эта часть нагревается, она также поднимается и замещается верхним более холодным слоем, и процесс повторяется.

Таким макаром, конвекция используется для передачи тепла.
Тип конвекции
Физика 8 класс (Урок№2 — Теплопроводность, конвекция, излучение)
Конвекцию можно разделить на два типа:
- Естественная конвекция
- Принудительная конвекция
Естественная конвекция: Когда возникает разница температур, это вызывает разницу в плотности, которая создает выталкивающую силу, и возникает конвекция. Этот процесс называется естественной конвекцией. Океанические ветры являются примером естественной конвекции.
Принудительная конвекция: возникает, когда для создания конвекции используется внешний источник, такой как насос или вентилятор. Использование водяных гейзеров или нагревателей для быстрого нагрева воды, также использование вентиляторов в теплые летние дни являются примерами принудительной конвекции.
Закон охлаждения Ньютона
В обычных условиях конвекционная теплопередача пропорциональна разности температур между компонентами. Это явление было сформулировано законом охлаждения Ньютона, который гласит:
The rate of heat transmission from anybody to its surroundings by convection is related to temperature difference between them. The difference in temperature should be minimal, and the radiating surface’s nature should stay unchanged.
Закон охлаждения Ньютона связан с вынужденной конвекцией, которая записывается как:
- Viscosity
- Density
- Specific heat capacity
- Thermal conductivity
Примеры конвекции
- Теплая вода движется к полюсам по мере приближения к экватору, тогда как более холодная вода движется к экватору.
- Теплокровные животные используют конвекцию для циркуляции крови, что помогает регулировать температуру их тела.
- Феномен морского и сухопутного ветра — один из наиболее распространенных примеров естественной конвекции.
Морской бриз: днем дует ветер с моря. И вода, и земля нагреваются солнцем. Поскольку у воды более высокая теплоемкость, чем у суши, она получает больше солнечной энергии, но нагревается значительно медленнее. В результате температура над землей повышается, нагревая воздух в окружающей среде.
Теплый воздух расширяется, так как он менее плотный, в результате чего над сушей вдоль берега образуется область низкого давления. При всем этом вода находится под значительно более высоким давлением. Из-за разницы давлений в воздухе воздух течет с моря на сушу. В результате ощущается неожиданный порыв ветра, известный как морской бриз .
Land Breeze: Когда ситуация меняется ночью, возникают эти явления. Земля и море начинают холодеть, как закаты. Из-за различий в теплоемкости земля теряет тепло быстрее, чем вода. Соответственно, температура воды становится выше, что приводит к низкому атмосферному давлению.
Это создает прохладный ветер у побережья, известный как наземный бриз.
Примеры проблем
Проблема 1: Какую роль играет конвекция в нашей повседневной жизни?
Отвечать:
- When water is heated to a certain temperature, the water molecules expand and circulate in the vicinity. As a result of the heat being transported to different sections of the pot, the cold water begins to sink while the heated water rises.
- The air within the hot air balloon is continuously heated, making it warmer. The balloon, like the warm air, rises.
- In the afternoon, the land near the sea is warmer than in the evening. By the concept of convection, heated air rises and is replaced by colder air. Similarly, the air near the water is warmer than the air near the coast at night. This happens because heated air rises and is replaced by cold air.
Проблема 2: Почему твердые материалы не испытывают конвекции?
Отвечать:
Convection is the process of heat transfer through movement of particles. Since, the solid particles do not move, convection is not possible in solid materials.
Проблема 3: Каковы процессы, посредством которых происходит конвекция?
Отвечать:
When transferring heat from one liquid to another through a barrier, convection is essential. Convectional heat transfer occurs either through thermal diffusion (fluid molecule motion) or advection, in which heat is transferred through the bulk motion of heat currents in the fluid.
Проблема 4: Что означает «свободная» или «естественная» конвекция?
Отвечать:
The mechanism of heat transmission is considered to be free or natural convection if the fluid motion is caused by a change in density caused by temperature gradients.
Проблема 5: Естественная или вынужденная конвекция, у которой выше коэффициент теплопередачи? В чем причина этого?
Отвечать:
Since the convection heat transfer coefficient is primarily determined by characteristics such as fluid density, velocity, and viscosity, it is generally larger in forced convection than in natural convection.
Похожие статьи
-
Что такое конвекция привести примеры
Что такое режим конвекции в духовках и зачем он нужен? Хотя звезды не находятся ниже поверхности Земли, вы также сможете узреть принципы конвекции в…