Примеры теплопередачи в природе и в технике

Примеры теплопередачи в природе и технике
Для того, чтобы был понятен механизм тепловых процессов, мы рассмотрели теплопроводность, конвекцию и излучение раздельно. Однако часто на практике все они происходят одновременно. Вследствие этого, создавая тот или иной прибор или машину, нужно учитывать все три вида теплопередачи, чтобы действие машин было эффективным. В одних случаях необходимо обогревать и сохранять тепло. В других — очень важно охлаждение.

Теплопередача для обогрева жилища

Для обогрева жилища используют домашний радиатор. Металл, из которого изготовлен радиатор, — хороший проводник, и поэтому благодаря теплопроводности тепло быстро передается от металла в окружающий воздух. Передача энергии от теплой воды в радиаторе к воздуху в комнате осуществляется за счет теплопроводности, а распределение энергии и прогревание воздуха в помещении — за счет конвекции. Явление конвекции учитывается в системе центрального водяного отопления помещений. Горячая вода с теплоэлектроцентрали подается в расширительный бак, расположенный на чердаке здания. Из бака но системе труб вода поступает в отопительные радиаторы. Здесь вода отдает свою энергию воздуху в помещении и опускается вниз, где поступает в котел, нагревается в нем и снова поднимается вверх. В последнее время в целях экономии топлива большое внимание уделяется тепловой изоляции домов. В качестве изоляционного материала используют пористые стенки. Стены заполняются таким веществом, как пластмассовая пена, в которой имеются маленькие пузырьки воздуха. В этом случае отсутствует конвекция и улучшается теплоизоляция. Двойные рамы в окне также улучшают теплоизоляцию. Между двумя стеклами содержится слой воздуха, который является хорошим теплоизолятором. На крышах домов размещается теплоизолирующий материал в виде гранул или волокон для предотвращения потерь тепловой энергии путем теплопроводности. Охлаждающие устройства помещаются так, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Морозильная камера в холодильнике помещена сверху. В этом случае холодный воздух опускается ко дну, а теплый воздух наверху постоянно охлаждается. Аналогично располагают кондиционеры, вентиляторы, форточки.

Теплопередача в сельском хозяйстве

В сельском хозяйстве виды теплопередачи учитываются и используются в сооружении теплиц, погребов, в защите посадок с помощью снежного покрова. Температура нижнего слоя воздуха, прилегающего к земле, и поверхностного слоя почвы влияет на развитие растений. Днем почва поглощает энергию и нагревается, ночью, наоборот, охлаждается. Причем темная, вспаханная почва сильней нагревается излучением, но быстрее охлаждается, чем почва, покрытая растительностью. На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода. Значительные изменения в тепловой баланс Земли вносят облака. Они задерживают лучи, поэтому в пасмурный день прохладнее, чем в ясный. Зато в ясную ночь холоднее, чем в пасмурную. Заморозки могут наступить только в ясную, безоблачную ночь, когда тепловое излучение почвы больше, чем тепловое излучение атмосферы, и оно не задерживается облаками.

Перенос тепла в атмосфере

Полному использованию излучения Солнца в целях повышения температуры почвы и прилегающего к ней воздуха способствуют теплицы. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками, которые хорошо пропускают внутрь видимое солнечное излучение. Попадая на темную почву, эти лучи нагревают ее. Тепловая энергия, излучаемая нагретой поверхностью земли, плохо проходит через стекло или пленку. Кроме того, такая поверхность препятствует осуществлению конвекции и действует как “ловушка” энергии. Внутри теплиц температура выше примерно на 10°С, чем на открытом грунте. Примеры теплопередачи в природе Перенос тепла в атмосфере не подобен конвекции в комнате — от горячей печи к холодному окну. Движения воздуха в атмосфере носят очень сложный характер. Основная причина этого — большая скорость вращения Земли вокруг своей оси. Примером возникновения конвективного течения в атмосфере является образование ветров с больших водоемов к суше и наоборот — морских и береговых бризов. В течение дня температура земли становится выше, чем моря. Теплый воздух расширяется, становится менее плотным. Этот воздух поднимается вверх, а более холодный воздух над морем замещает его. Возникает циркулирующее течение. Циркуляция воздуха Ночью происходит обратный процесс. Земля быстрее охлаждается до температуры ниже температуры моря. Поэтому воздух над морем теплее воздуха над землей. Возникает циркуляционный конвективный поток в обратном направлении. Днем ветер дует с моря на сушу — морской бриз, ночью — с суши на море — береговой бриз.
Ось Воейкова
В Казахстане на западе между Аралом и Каспием и на юго-востоке имеются области, где постоянно дуют сильные ветры. Одним из таких известных мест являются Жетысуские (прежнее название — Джунгарские) ворота, находящиеся на юго-востоке республики. Воздушные массы попадают с севера в расщелину Жетысуских горных хребтов, начинающихся на границе между Тянь-Шанем и Жетысуским Алатау. Здесь формируется область высокого атмосферного давления. Более плотные холодные воздушные массы перемещаются в область менее плотного воздуха. Дуя с юго-востока в течение всего года, эти ветры особенно усиливаются зимой. Прорываясь через Жетысуские ворота на запад, они обусловливают резкое понижение температуры на всем пути следования воздушных масс. Эти ветры холодные и как следствие — сухие. Зимой они формируют очень холодную и малоснежную погоду. Древние казахи и монголы назвали их “ветрами Эби”. Позже это явление исследовал русский естествоиспытатель А. И. Воейков, в честь которого воздушная трасса от Жетысуских ворот в Центральной Азии до Европы названа осью Воейкова.

Теплопередача в термосе

Для предотвращения таяния льда, мороженого, сохранения горячей пищи и воды пользуются термосом. Колба термоса — очень полезное изобретение, почти полностью исключающее теплопроводность, конвекцию и излучение. Она состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками и пробки. Из пространства между стенками выкачивается воздух и создается вакуум. Внутренние поверхности стенок, между которыми создан вакуум, до зеркального блеска посеребрены для уменьшения потерь тепловой энергии через излучение. Причем внутренняя стенка — плохой излучатель, а внешняя — плохой поглотитель энергии.
Устройство термоса
Устройство термоса
Безвоздушное пространство между стенками не может передавать тепловую энергию ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Важна роль пробки 2. Она предотвращает передачу тепла, устанавливающегося над поверхностью жидкости, помещенной в колбу термоса, или наоборот — извне в данный объем. Чтобы защитить хрупкое стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр 4. Сверху футляра навинчивают колпачок 1. Передача тепловой энергии — это двусторонний процесс, и колба термоса используется для сохранения как холодных, так и горячих веществ. Читайте наши темы по физике:
Оцените статью
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Литература, математика, русский язык, физика, география, история, астрономия и обществознание
Подписаться
Уведомить о
9 комментариев
Старые
Новые Популярные
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
владимир

прям школьный курс физики вспомнился…

Виталий

Статья довольно познавательная для школьников в первую очередь и для остальных людей в целях расширения познания.

Иван

Полезная статья,дам почитать сынуле.

Сергей

По радиаторам для домашнего обогрева. А что излучением они совсем не отдают тепло?

Алла

Теплоотдача еще с кирпичами работает.

иван

похоже учителем работает

Владимир

Очень интересная статья — про теплопередачу всё подробно рассказано.

владимир

интересная статейка-можно почитать

Олег

Статья про теплопередачу познавательная но может про это есть еще что нибудь актуальное