Что такое конвекция привести примеры

Содержание

• Что такое режим конвекции в духовках и зачем он нужен?
• Конвекция в природе и технике
  • Описание разработки
• Конвекция
• Определение конвекции
• Конвекция в жидкостях
• Галилео. Эксперимент. Конвекция
• Свойства и виды конвекции
• Конвекция в быту
• Конвекция в природе
• Теплопроводность. Конвекция. Излучение
• Примеры конвекции
• Что такое конвекция?
• Повседневные примеры конвекции
• Примеры конвекции в метеорологии
• Примеры конвекции, связанной с движением воздуха
• Примеры конвекции, относящиеся к геологии
• Конвекция, связанная со звездами
• Осмысление конвекции
  • Похожие статьи

Что такое режим конвекции в духовках и зачем он нужен?

Хотя звезды не находятся ниже поверхности Земли, вы также сможете узреть принципы конвекции в действии, если учитывать конвекцию, связанную со звездами, которую также можно именовать звездной конвекцией. У звезды есть зона конвекции, в какой энергия перемещается за счет конвекции. За пределами активной зоны находится зона излучения, в какой движется плазма. Конвекционный ток появляется, когда плазма подымается, а остывшая плазма опускается.

Конвекция в природе и технике

Данная презентация содержит определение «конвекции», её виды и методы внедрения в жизни человека, также несколько задач по этой теме, выводы и заключение.

Солоницына Наталья Владимировна

Описание разработки

Если б я возжелал читать не зная букв, это было бы бессмыслицей. Точно так же, если б я возжелал судить о явлениях природы, не имея представления о началах вещей, это было бы таковой же бессмыслицей…

Конвекция (от лат. convectio — доставка) – это вид термообмена, при котором тепло переносится самими струями газа либо воды.

Явление конвекции можно разъяснить законом Архимеда и явлением термического расширения тел.

При повышении температуры объем воды растет, а плотность миниатюризируется. Под действием архимедовых сил наименее уплотненная подогретая жидкость движется вверх, а более уплотненная прохладная жидкость движется вниз. Если же жидкость нагревать сверх, 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.

• возникает в жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
• само вещество переносится;
• нагревать вещества нужно снизу.

Для возникновения естественной конвекции требуется подогрев жидкости снизу (или охлаждение сверху), причем нагрев в разных участках должен быть неравномерным.

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, также в состоянии невесомости, когда естественная конвекция невозможна.

Конвекция в природе и технике

• работа обычной батареи отопления;
• тяга в печи;
• отопление дома;
• образование облаков;
• образование ветра, бриза и муссонов;
• движение тектонических плит;
• процессы горообразования;
• процесс дымообразования из труб и кратеров вулканов;

процесс охлаждения продуктов в холодильнике;

Пришёл купец к другому купцу в гости. Тот гостю обрадовался, и самовар растапливать стал. Наложил щепок в самоварную трубу, поджёг их сверху. Вода в самоваре закипела – пар из самовара повалил.

Сели за стол чай пить. В чашки чайные наливают из самовара воду, а она холодная. Почему купцам не удалось чаю попить?

Почему алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая чашка с чаем нет?

Ветры бризы, возникающие на берегах морей. В каком направлении дуют они в летние дни днем и ночью и почему?
Где надо расположить лед: снизу или сверху, чтобы охладить продукты?

Конвекция

Теплопередача бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение. В прошлом уроке вы познакомились с теплопроводностью. При всем этом явлении внутренняя энергия передается от одной части тела к другой или от одного тела к другому. Это плотно сплетено 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 высшую часть пробирки пламенем спиртовки (рисунок 1, а).

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).

Сейчас 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) .

Галилео. Эксперимент. Конвекция

Когда мы нагреваем жидкость снизу, сначала 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 конечном 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.

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

После того как мы зажжем все свечи, мы увидим, что вертушка начала вращаться. Что все-таки 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 конечном 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):

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).

Отметьте себе 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).

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 высшую 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.

Теплопроводность. Конвекция. Излучение

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.

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

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), так как 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.

Примеры конвекции

Конвекция возникает, когда тепло передается через газ или жидкость более горячим материалом, перемещающимся в более прохладную зону. Узнайте, что такое конвекция по сути, и рассмотрите несколько примеров этого явления.

Что такое конвекция?

До того как рассматривать примеры, важно понять определение конвекции, чтобы вам было ясно, что такое конвекция по сути. Конвекция — это передача тепла, связанная с движением жидкости из-за подъема более горячих материалов и опускания более холодных материалов. Это происходит так как более горячие материалы имеют меньшую плотность, чем более холодные.

В метеорологии конвекция — это передача тепла и других атмосферных свойств за счет движения масс воздуха, особенно в восходящем направлении. В геологии это медленное движение материала под земной корой. Некоторая конвекция создана руками человека.

Повседневные примеры конвекции

Существует множество примеров конвекции в повседневной жизни, в том числе несколько обычных бытовых явлений.

• кипящая вода — Когда вода закипает, тепло переходит от горелки в кастрюлю, нагревая воду внизу. Эта горячая вода движется вверх, а более холодная вода опускается вниз, чтобы заменить ее, вызывая круговое движение.
• радиатор — Радиатор выпускает теплый воздух вверху и втягивает более холодный воздух внизу.
• дымящаяся чашка горячего чая — Пар, который вы видите, когда пьете чашку горячего чая, указывает на то, что тепло передается в воздух.
• таяние льда — Лед тает, так как тепло перемещается ко льду из воздуха. В результате лед тает из твердого состояния в жидкое.
• размораживание замороженных продуктов — Замороженные продукты оттаивают быстрее под холодной проточной водой, чем если их опустить в воду. Это связано с тем, что проточная вода передает тепло продуктам быстрее, чем если б замороженный продукт был помещен в неподвижную воду.
• принудительная конвекция — Когда для облегчения конвекции используется вентилятор, насос или всасывающее устройство, возникает принудительная конвекция. Повседневные примеры этого можно увидеть с кондиционером, центральным отоплением, автомобильным радиатором, использующим жидкость, или конвекционной печью.

Примеры конвекции в метеорологии

Многие погодные условия являются результатом конвекции. Исходя из убеждений метеорологии конвекция — это просто восходящее движение воздуха в атмосфере. Звучит довольно легко, но при определенных условиях это может привести к суровой погоде.

• конвективные облака — Когда в воздухе много влаги, конвекционные потоки уносят эту влагу в небо, образуя конвективные облака. Когда в облаках накапливается достаточное количество капель, результатом будут осадки в виде конвективной грозы.
• линии шквала — Линия шквала — это разновидность конвективной грозы. Этот тип конвективного явления вызывает ряд гроз, сопровождаемых сильным ветром и проливным дождем.
• суперячейка — Суперячейка — это более тяжелая форма конвективной грозы. Этот тип шторма обычно длится в течение длительного периода времени (час или дольше) и имеет высокую вероятность образования опасных торнадо.

Примеры конвекции, связанной с движением воздуха

Хотя конвекция и погодные явления наблюдаются реже, чем повседневные примеры, существует ряд других примеров конвекции, связанной с движением воздуха.

• воздушный шар — Нагреватель внутри воздушного шара нагревает воздух, заставляя его двигаться вверх. Это заставляет воздушный шар подниматься, так как горячий воздух остается внутри. Когда пилот хочет спуститься, человек выпускает немного горячего воздуха. Его место занимает прохладный воздух, заставляя воздушный шар опускаться.
• эффект стека — Эффект дымохода, также называемый эффектом дымохода, представляет собой движение воздуха внутрь и наружу из зданий, дымоходов или других объектов из-за плавучести. В данном случае плавучесть относится к разной плотности воздуха между воздухом внутри и воздухом снаружи. Сила плавучести увеличивается из-за большей высоты конструкции и большей разницы между уровнем тепла внутреннего и внешнего воздуха.

Примеры конвекции, относящиеся к геологии

Хотя влияние геологической конвекции нельзя наблюдать в реальном времени, она сильно влияет на мир природы. С конвекцией связан ряд природных явлений, связанных с геологией.

• мантийная конвекция — Каменистая мантия Земли движется медленно из-за конвекционных потоков, которые переносят тепло из земных недр на поверхность. Это причина того, что тектонические плиты постепенно перемещаются вокруг Земли. Горячий материал добавляется к растущим краям тарелки, а затем охлаждается. На краях потребления материал становится плотным из-за сжатия под воздействием тепла и опускается в Землю в океанической впадине. Это вызывает образование вулканов.
• гравитационная конвекция — Поскольку пресная вода в соленой воде обладает плавучестью, сухая соль проникает вниз во влажную почву. Это пример гравитационной конвекции.

• океаническая циркуляция — Конвекция вызывает постоянную глобальную циркуляцию океанов. Теплая вода вокруг экватора циркулирует к полюсам, а более холодная вода на полюсах движется к экватору.

Конвекция, связанная со звездами

Хотя звезды не находятся ниже поверхности Земли, вы также можете увидеть принципы конвекции в действии, если учесть конвекцию, связанную со звездами, которую также можно назвать звездной конвекцией. У звезды есть зона конвекции, в какой энергия перемещается за счет конвекции. За пределами активной зоны находится зона излучения, в какой движется плазма. Конвекционный ток образуется, когда плазма поднимается, а остывшая плазма опускается.

Осмысление конвекции

Эти различные примеры конвекции показывают, как конвекция возникает в почти всех антропогенных и природных явлениях. Теперь, когда вы знакомы с примерами конвекции, подумайте о том, чтобы расширить свои знания о связанных научных явлениях. Начните с изучения десяти примеров конденсации, распространенных в реальной жизни.

Похожие статьи

• Что передается конвекцией

  Теплопроводность, конвекция и тепловое излучение (часть 8) | Термодинамика | Физика Физический смысл  количество теплоты, отдаваемое в единицу…