1. Термодинаміка. Теплообмін. Теплообмін - це мимовільний (т. Е. Чинять без примусу) процес передачі...
2. Конвекція. Конвективний теплообмін.
3. Променистий теплообмін.
4. Термодинаміка. Теплообмін.
5. Теплопровідність.
6. Конвекція. Конвективний теплообмін.
7. Променистий теплообмін.
8. Термодинаміка. Теплообмін.
9. Теплопровідність.
10. Конвекція. Конвективний теплообмін.
11. Променистий теплообмін.

Термодинаміка. Теплообмін.

Теплообмін - це мимовільний (т. Е. Чинять без примусу) процес передачі теплоти, що відбувається між тілами з різною температурою .

Можна сказати, що теплообмін - один із способів зміни внутрішньої енергії тіла. Розрізняють три види теплопередачі: теплопровідність , конвекцию і променистий теплообмін .

Теплопровідність.

Теплопровідність - це вид теплопередачі, при якому відбувається безпосередня передача енергії від часток (молекул, атомів ) Більш нагрітої частини тіла до частинкам його менш нагрітої частини.

Розглянемо ряд дослідів з нагріванням твердого тіла, рідини і газу.

Закріпимо в штативі товсту мідну дріт, а до дроту прикріпимо воском або пластиліном кілька цвяхів. При нагріванні вільного кінця дроту в полум'ї спиртівки віск плавиться, і гвоздики поступово відпадають від дроту. Причому спочатку відпадають ті, що знаходяться ближче до полум'я, потім по черзі всі інші. Пояснюється це наступним чином. Спочатку збільшується швидкість руху тих частинок металу, які знаходяться ближче до полум'я. Температура дроту в цьому місці підвищується. При взаємодії цих частинок з сусідніми швидкість останніх також збільшується, в результаті чого підвищується температура наступній частині дроту. Потім збільшується швидкість руху наступних частинок і т. Д., Поки не прогріється вся дріт.

Слід пам'ятати, що при теплопровідності саме речовина не переміщується вздовж тіла, переноситься лише енергія.

Розглянемо тепер теплопровідність рідин. Візьмемо пробірку з водою . Покладемо в неї шматочок льоду і станемо нагрівати верхню частину пробірки. Вода у поверхні скоро закипить. Лід ж на дні пробірки за цей час майже не розтане. Значить, у рідин теплопровідність невелика, за винятком ртуті і рідких металів.

Це пояснюється тим, що в рідинах молекули розташовані на великих відстанях один від одного, ніж в твердих тілах.

Досліджуємо теплопровідність газів. Суху пробірку одягнемо на палець і нагріємо в полум'ї спиртівки денце. Палець при цьому довго не відчуває тепла.

Це пов'язано з тим, що відстань між молекулами газу ще більше, ніж у рідин і твердих тіл. Отже, теплопровідність газів ще менше.

Отже, теплопровідність різних речовин різна.

Найбільшою теплопровідністю володіють метали, особливо срібло і мідь. Якщо теплопровідність різних речовин порівнювати з теплопровідністю міді, то виявиться, що у заліза вона менше приблизно в 5 разів, у води - в 658 разів, у пористого цегли - в 848 разів, в якого щойно випав снігу - майже в 4000 разів, у вати, деревної тирси і овечої вовни - майже в 10 000 разів, а у повітря вона менше приблизно в 20 000 разів. Поганою теплопровідністю володіють також волосся, пір'я, папір, пробка та інші пористі тіла. Це пов'язано з тим, що між волокнами цих речовин міститься повітря. Найнижчою теплопровідністю володіє вакуум (звільнене від повітря простір). Пояснюється це тим, що теплопровідність - це перенесення енергії від однієї частини тіла до іншої, який відбувається при взаємодії молекул або інших частинок. У просторі, де немає часток, теплопровідність здійснюватися не може.

Якщо виникає необхідність захистити тіло від охолодження або нагрівання, то застосовують речовини з малою теплопровідністю. Так, ручки для каструль, сковорідок виготовляють з пластмаси. Будинки будують з колод або цегли, що володіють поганою теплопровідністю, а значить, захищають приміщення від охолодження. На застосуванні вакууму в якості теплоізоляційного «матеріалу» заснований пристрій термоса, або судини Дьюара, який був винайдений в 1892 р англійським вченим Джеймсом Дьюара.

Конвекція. Конвективний теплообмін.

Конвекція (від лат. Convectio - доставка) - це перенесення маси в результаті переміщення газу або рідини.

Існують різні види конвекції. Ми розглянемо вільну і вимушену конвекції.

Вільна конвекція в газі або рідини виникає тоді, коли є невеликі області, в яких щільність відрізняється від щільності основний навколишнього їх маси речовини. Тоді в умовах земного тяжіння під дією сили Архімеда ці області починають переміщатися. Прикладом вільної конвекції є всім відоме рух повітря в приміщенні, в якому топиться піч, є радіатор або інше джерело тепла.

Пояснимо сказане на прикладах.

Помістивши руку над гарячою плитою або палаючої електричною лампочкою, можна відчути, що над ними піднімаються теплі струмені повітря. Невелика паперова вертушка, поставлена ​​над полум'ям свічки або електричною лампочкою, під дією піднімається нагрітого повітря починає обертатися.

Це явище можна пояснити таким чином. Частина повітря, яка стикається з теплою лампою, нагрівається, розширюється і стає менш щільною, ніж навколишній її більш холодне повітря. Під дією архимедовой (виштовхує) сили ця тепліша частина повітря починає підніматися вгору. Її місце заповнює холодне повітря. Через деякий час, прогрівшись, цей шар повітря також піднімається вгору, поступаючись місцем наступної порції повітря, і т. Д. Це і є конвекція. В результаті переміщення більш теплих шарів повітря відбувається перенесення тепла (т. Е. енергії ), Або конвективний теплообмін.

Точно так же переноситься енергія і при нагріванні рідини. Нагріті шари рідини, менш щільні і тому більш легкі, витісняються вгору більш важкими, холодними шарами. Холодні шари рідини, опустившись вниз, в свою чергу, нагріваються від джерела тепла і знову витісняються менш нагрітої рідиною. Завдяки такому руху рідина рівномірно прогрівається. Це стає наочним, якщо на дно колби з водою кинути кілька кристаликів марганцевокислого калію, який забарвлює воду в фіолетовий колір.

Вимушена конвекція викликається зовнішнім механічним впливом на середу. Прикладами її є звичайне перемішування рідини ложечкою, рух повітря в кімнаті під дією вентилятора, протягом рідини в трубі під дією гидронасоса і т. Д. Фізичні процеси, що відбуваються при вимушеній конвекції, пов'язаної з рухом тіл з великими швидкостями в атмосфері, моделюються в аеродинамічних трубах , де відтворюється обтікання нерухомих моделей потоком повітря.

Таким чином, конвективний теплообмін може здійснюватися в газоподібному і рідкому середовищі за умови, що є різниця температур між частинами цього середовища. Для здійснення ефективного конвективного теплообміну в земних умовах в рідинах і газах їх слід прогрівати знизу. Якщо їх прогрівати зверху, конвекція не відбувається, адже теплі шари і так знаходяться зверху і опуститися нижче холодних, більш важких, вони не можуть.

У відсутності сили тяжіння (В ракеті, супутнику, міжпланетному кораблі) конвекція спостерігатися не буде. Отже, користуватися там, наприклад, сірниками і газовими пальниками можна: продукти згоряння затушат полум'я.

Конвекція в твердих тілах відбуватися не може, оскільки частинки в них коливаються біля певної точки, утримувані сильним взаємним тяжінням. У зв'язку з цим при нагріванні твердих тіл потоки речовини в них утворюватися не можуть. Енергія в твердих тілах передається теплопровідністю .

Променистий теплообмін.

Променистий теплообмін - це теплообмін, при якому енергія переноситься різними променями.

Це можуть бути сонячні промені, а також промені, що випускаються нагрітими тілами, які перебувають навколо нас.

Так, наприклад, сидячи біля багаття, ми відчуваємо, як тепло передається від вогню нашого тіла. Однак причиною такої теплопередачі не може бути ні теплопровідність (яка у повітря, що знаходиться між полум'ям і тілом, дуже мала), ні конвекція (так як конвекційні потоки завжди спрямовані вгору). Тут має місце третій вид теплообміну - променистий теплообмін.

Візьмемо невелику, закопчену з одного боку, колбу.

Через пробку в неї вставимо вигнуту під прямим кутом скляну трубку. У цю трубку, що має вузький канал, введемо підфарбовану рідину. Зміцнивши на трубці шкалу, отримаємо прилад - термоскоп. Цей прилад дозволяє виявити навіть незначне нагрівання повітря в закопченої колбі.

Якщо до темної поверхні термоскопа піднести шматок металу, нагрітий до високої температури, то стовпчик рідини переміститься вправо. Очевидно, повітря в колбі нагрівся і розширився. Швидке нагрівання повітря в термоскопе можна пояснити лише передачею йому енергії від нагрітого тіла. Як і у випадку з багаттям, енергія тут передаються не теплопровідністю і не конвективним теплообміном. Енергія в даному випадку передалася за допомогою невидимих ​​променів, що випускаються нагрітим тілом. Ці промені називають тепловим випромінюванням.

Променистий теплообмін може відбуватися в повному вакуумі. Цим він відрізняється від інших видів теплообміну.

Випромінюють енергію все тіла: і сильно нагріті, і слабо, наприклад, тіло людини, піч, електрична лампочка. Але чим вище температура тіла, тим сильніше його теплове випромінювання. Випроменена енергія, досягнувши інших тіл, частково поглинається ними, а частково відбивається. При поглинанні енергія теплового випромінювання перетворюється у внутрішню енергію тіл, і вони нагріваються.

Світлі і темні поверхні поглинають енергію по-різному. Так, якщо в досвіді з термоскопом повернути колбу до нагрітого тіла спочатку закопченої, а потім світлою стороною, то стовпчик рідини в першому випадку переміститься на більшу відстань, ніж у другому (див. Малюнок вище). З цього випливає, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію (і, отже, сильніше нагріваються), ніж тіла зі світлою або дзеркальною поверхнею.

Тіла з темною поверхнею не тільки краще поглинають, а й краще випромінюють енергію.

Здатність по-різному поглинати енергію випромінювання знаходить широке застосування в техніці. Наприклад, повітряні кулі та крила літаків часто фарбують сріблястою фарбою, щоб вони менше нагрівалися сонячними променями.

Якщо ж потрібно використовувати сонячну енергію (наприклад, для нагрівання деяких приладів, встановлених на штучних супутниках), то ці пристрої фарбують в темний колір.

Термодинаміка. Теплообмін.

Теплообмін - це мимовільний (т. Е. Чинять без примусу) процес передачі теплоти, що відбувається між тілами з різною температурою .

Можна сказати, що теплообмін - один із способів зміни внутрішньої енергії тіла. Розрізняють три види теплопередачі: теплопровідність , конвекцию і променистий теплообмін .

Теплопровідність.

Теплопровідність - це вид теплопередачі, при якому відбувається безпосередня передача енергії від часток (молекул, атомів ) Більш нагрітої частини тіла до частинкам його менш нагрітої частини.

Розглянемо ряд дослідів з нагріванням твердого тіла, рідини і газу.

Закріпимо в штативі товсту мідну дріт, а до дроту прикріпимо воском або пластиліном кілька цвяхів. При нагріванні вільного кінця дроту в полум'ї спиртівки віск плавиться, і гвоздики поступово відпадають від дроту. Причому спочатку відпадають ті, що знаходяться ближче до полум'я, потім по черзі всі інші. Пояснюється це наступним чином. Спочатку збільшується швидкість руху тих частинок металу, які знаходяться ближче до полум'я. Температура дроту в цьому місці підвищується. При взаємодії цих частинок з сусідніми швидкість останніх також збільшується, в результаті чого підвищується температура наступній частині дроту. Потім збільшується швидкість руху наступних частинок і т. Д., Поки не прогріється вся дріт.

Слід пам'ятати, що при теплопровідності саме речовина не переміщується вздовж тіла, переноситься лише енергія.

Розглянемо тепер теплопровідність рідин. Візьмемо пробірку з водою . Покладемо в неї шматочок льоду і станемо нагрівати верхню частину пробірки. Вода у поверхні скоро закипить. Лід ж на дні пробірки за цей час майже не розтане. Значить, у рідин теплопровідність невелика, за винятком ртуті і рідких металів.

Це пояснюється тим, що в рідинах молекули розташовані на великих відстанях один від одного, ніж в твердих тілах.

Досліджуємо теплопровідність газів. Суху пробірку одягнемо на палець і нагріємо в полум'ї спиртівки денце. Палець при цьому довго не відчуває тепла.

Це пов'язано з тим, що відстань між молекулами газу ще більше, ніж у рідин і твердих тіл. Отже, теплопровідність газів ще менше.

Отже, теплопровідність різних речовин різна.

Найбільшою теплопровідністю володіють метали, особливо срібло і мідь. Якщо теплопровідність різних речовин порівнювати з теплопровідністю міді, то виявиться, що у заліза вона менше приблизно в 5 разів, у води - в 658 разів, у пористого цегли - в 848 разів, в якого щойно випав снігу - майже в 4000 разів, у вати, деревної тирси і овечої вовни - майже в 10 000 разів, а у повітря вона менше приблизно в 20 000 разів. Поганою теплопровідністю володіють також волосся, пір'я, папір, пробка та інші пористі тіла. Це пов'язано з тим, що між волокнами цих речовин міститься повітря. Найнижчою теплопровідністю володіє вакуум (звільнене від повітря простір). Пояснюється це тим, що теплопровідність - це перенесення енергії від однієї частини тіла до іншої, який відбувається при взаємодії молекул або інших частинок. У просторі, де немає часток, теплопровідність здійснюватися не може.

Якщо виникає необхідність захистити тіло від охолодження або нагрівання, то застосовують речовини з малою теплопровідністю. Так, ручки для каструль, сковорідок виготовляють з пластмаси. Будинки будують з колод або цегли, що володіють поганою теплопровідністю, а значить, захищають приміщення від охолодження. На застосуванні вакууму в якості теплоізоляційного «матеріалу» заснований пристрій термоса, або судини Дьюара, який був винайдений в 1892 р англійським вченим Джеймсом Дьюара.

Конвекція. Конвективний теплообмін.

Конвекція (від лат. Convectio - доставка) - це перенесення маси в результаті переміщення газу або рідини.

Існують різні види конвекції. Ми розглянемо вільну і вимушену конвекції.

Вільна конвекція в газі або рідини виникає тоді, коли є невеликі області, в яких щільність відрізняється від щільності основний навколишнього їх маси речовини. Тоді в умовах земного тяжіння під дією сили Архімеда ці області починають переміщатися. Прикладом вільної конвекції є всім відоме рух повітря в приміщенні, в якому топиться піч, є радіатор або інше джерело тепла.

Пояснимо сказане на прикладах.

Помістивши руку над гарячою плитою або палаючої електричною лампочкою, можна відчути, що над ними піднімаються теплі струмені повітря. Невелика паперова вертушка, поставлена ​​над полум'ям свічки або електричною лампочкою, під дією піднімається нагрітого повітря починає обертатися.

Це явище можна пояснити таким чином. Частина повітря, яка стикається з теплою лампою, нагрівається, розширюється і стає менш щільною, ніж навколишній її більш холодне повітря. Під дією архимедовой (виштовхує) сили ця тепліша частина повітря починає підніматися вгору. Її місце заповнює холодне повітря. Через деякий час, прогрівшись, цей шар повітря також піднімається вгору, поступаючись місцем наступної порції повітря, і т. Д. Це і є конвекція. В результаті переміщення більш теплих шарів повітря відбувається перенесення тепла (т. Е. енергії ), Або конвективний теплообмін.

Точно так же переноситься енергія і при нагріванні рідини. Нагріті шари рідини, менш щільні і тому більш легкі, витісняються вгору більш важкими, холодними шарами. Холодні шари рідини, опустившись вниз, в свою чергу, нагріваються від джерела тепла і знову витісняються менш нагрітої рідиною. Завдяки такому руху рідина рівномірно прогрівається. Це стає наочним, якщо на дно колби з водою кинути кілька кристаликів марганцевокислого калію, який забарвлює воду в фіолетовий колір.

Вимушена конвекція викликається зовнішнім механічним впливом на середу. Прикладами її є звичайне перемішування рідини ложечкою, рух повітря в кімнаті під дією вентилятора, протягом рідини в трубі під дією гидронасоса і т. Д. Фізичні процеси, що відбуваються при вимушеній конвекції, пов'язаної з рухом тіл з великими швидкостями в атмосфері, моделюються в аеродинамічних трубах , де відтворюється обтікання нерухомих моделей потоком повітря.

Таким чином, конвективний теплообмін може здійснюватися в газоподібному і рідкому середовищі за умови, що є різниця температур між частинами цього середовища. Для здійснення ефективного конвективного теплообміну в земних умовах в рідинах і газах їх слід прогрівати знизу. Якщо їх прогрівати зверху, конвекція не відбувається, адже теплі шари і так знаходяться зверху і опуститися нижче холодних, більш важких, вони не можуть.

У відсутності сили тяжіння (В ракеті, супутнику, міжпланетному кораблі) конвекція спостерігатися не буде. Отже, користуватися там, наприклад, сірниками і газовими пальниками можна: продукти згоряння затушат полум'я.

Конвекція в твердих тілах відбуватися не може, оскільки частинки в них коливаються біля певної точки, утримувані сильним взаємним тяжінням. У зв'язку з цим при нагріванні твердих тіл потоки речовини в них утворюватися не можуть. Енергія в твердих тілах передається теплопровідністю .

Променистий теплообмін.

Променистий теплообмін - це теплообмін, при якому енергія переноситься різними променями.

Це можуть бути сонячні промені, а також промені, що випускаються нагрітими тілами, які перебувають навколо нас.

Так, наприклад, сидячи біля багаття, ми відчуваємо, як тепло передається від вогню нашого тіла. Однак причиною такої теплопередачі не може бути ні теплопровідність (яка у повітря, що знаходиться між полум'ям і тілом, дуже мала), ні конвекція (так як конвекційні потоки завжди спрямовані вгору). Тут має місце третій вид теплообміну - променистий теплообмін.

Візьмемо невелику, закопчену з одного боку, колбу.

Через пробку в неї вставимо вигнуту під прямим кутом скляну трубку. У цю трубку, що має вузький канал, введемо підфарбовану рідину. Зміцнивши на трубці шкалу, отримаємо прилад - термоскоп. Цей прилад дозволяє виявити навіть незначне нагрівання повітря в закопченої колбі.

Якщо до темної поверхні термоскопа піднести шматок металу, нагрітий до високої температури, то стовпчик рідини переміститься вправо. Очевидно, повітря в колбі нагрівся і розширився. Швидке нагрівання повітря в термоскопе можна пояснити лише передачею йому енергії від нагрітого тіла. Як і у випадку з багаттям, енергія тут передаються не теплопровідністю і не конвективним теплообміном. Енергія в даному випадку передалася за допомогою невидимих ​​променів, що випускаються нагрітим тілом. Ці промені називають тепловим випромінюванням.

Променистий теплообмін може відбуватися в повному вакуумі. Цим він відрізняється від інших видів теплообміну.

Випромінюють енергію все тіла: і сильно нагріті, і слабо, наприклад, тіло людини, піч, електрична лампочка. Але чим вище температура тіла, тим сильніше його теплове випромінювання. Випроменена енергія, досягнувши інших тіл, частково поглинається ними, а частково відбивається. При поглинанні енергія теплового випромінювання перетворюється у внутрішню енергію тіл, і вони нагріваються.

Світлі і темні поверхні поглинають енергію по-різному. Так, якщо в досвіді з термоскопом повернути колбу до нагрітого тіла спочатку закопченої, а потім світлою стороною, то стовпчик рідини в першому випадку переміститься на більшу відстань, ніж у другому (див. Малюнок вище). З цього випливає, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію (і, отже, сильніше нагріваються), ніж тіла зі світлою або дзеркальною поверхнею.

Тіла з темною поверхнею не тільки краще поглинають, а й краще випромінюють енергію.

Здатність по-різному поглинати енергію випромінювання знаходить широке застосування в техніці. Наприклад, повітряні кулі та крила літаків часто фарбують сріблястою фарбою, щоб вони менше нагрівалися сонячними променями.

Якщо ж потрібно використовувати сонячну енергію (наприклад, для нагрівання деяких приладів, встановлених на штучних супутниках), то ці пристрої фарбують в темний колір.

Термодинаміка. Теплообмін.

Теплообмін - це мимовільний (т. Е. Чинять без примусу) процес передачі теплоти, що відбувається між тілами з різною температурою .

Можна сказати, що теплообмін - один із способів зміни внутрішньої енергії тіла. Розрізняють три види теплопередачі: теплопровідність , конвекцию і променистий теплообмін .

Теплопровідність.

Теплопровідність - це вид теплопередачі, при якому відбувається безпосередня передача енергії від часток (молекул, атомів ) Більш нагрітої частини тіла до частинкам його менш нагрітої частини.

Розглянемо ряд дослідів з нагріванням твердого тіла, рідини і газу.

Закріпимо в штативі товсту мідну дріт, а до дроту прикріпимо воском або пластиліном кілька цвяхів. При нагріванні вільного кінця дроту в полум'ї спиртівки віск плавиться, і гвоздики поступово відпадають від дроту. Причому спочатку відпадають ті, що знаходяться ближче до полум'я, потім по черзі всі інші. Пояснюється це наступним чином. Спочатку збільшується швидкість руху тих частинок металу, які знаходяться ближче до полум'я. Температура дроту в цьому місці підвищується. При взаємодії цих частинок з сусідніми швидкість останніх також збільшується, в результаті чого підвищується температура наступній частині дроту. Потім збільшується швидкість руху наступних частинок і т. Д., Поки не прогріється вся дріт.

Слід пам'ятати, що при теплопровідності саме речовина не переміщується вздовж тіла, переноситься лише енергія.

Розглянемо тепер теплопровідність рідин. Візьмемо пробірку з водою . Покладемо в неї шматочок льоду і станемо нагрівати верхню частину пробірки. Вода у поверхні скоро закипить. Лід ж на дні пробірки за цей час майже не розтане. Значить, у рідин теплопровідність невелика, за винятком ртуті і рідких металів.

Це пояснюється тим, що в рідинах молекули розташовані на великих відстанях один від одного, ніж в твердих тілах.

Досліджуємо теплопровідність газів. Суху пробірку одягнемо на палець і нагріємо в полум'ї спиртівки денце. Палець при цьому довго не відчуває тепла.

Це пов'язано з тим, що відстань між молекулами газу ще більше, ніж у рідин і твердих тіл. Отже, теплопровідність газів ще менше.

Отже, теплопровідність різних речовин різна.

Найбільшою теплопровідністю володіють метали, особливо срібло і мідь. Якщо теплопровідність різних речовин порівнювати з теплопровідністю міді, то виявиться, що у заліза вона менше приблизно в 5 разів, у води - в 658 разів, у пористого цегли - в 848 разів, в якого щойно випав снігу - майже в 4000 разів, у вати, деревної тирси і овечої вовни - майже в 10 000 разів, а у повітря вона менше приблизно в 20 000 разів. Поганою теплопровідністю володіють також волосся, пір'я, папір, пробка та інші пористі тіла. Це пов'язано з тим, що між волокнами цих речовин міститься повітря. Найнижчою теплопровідністю володіє вакуум (звільнене від повітря простір). Пояснюється це тим, що теплопровідність - це перенесення енергії від однієї частини тіла до іншої, який відбувається при взаємодії молекул або інших частинок. У просторі, де немає часток, теплопровідність здійснюватися не може.

Якщо виникає необхідність захистити тіло від охолодження або нагрівання, то застосовують речовини з малою теплопровідністю. Так, ручки для каструль, сковорідок виготовляють з пластмаси. Будинки будують з колод або цегли, що володіють поганою теплопровідністю, а значить, захищають приміщення від охолодження. На застосуванні вакууму в якості теплоізоляційного «матеріалу» заснований пристрій термоса, або судини Дьюара, який був винайдений в 1892 р англійським вченим Джеймсом Дьюара.

Конвекція. Конвективний теплообмін.

Конвекція (від лат. Convectio - доставка) - це перенесення маси в результаті переміщення газу або рідини.

Існують різні види конвекції. Ми розглянемо вільну і вимушену конвекції.

Вільна конвекція в газі або рідини виникає тоді, коли є невеликі області, в яких щільність відрізняється від щільності основний навколишнього їх маси речовини. Тоді в умовах земного тяжіння під дією сили Архімеда ці області починають переміщатися. Прикладом вільної конвекції є всім відоме рух повітря в приміщенні, в якому топиться піч, є радіатор або інше джерело тепла.

Пояснимо сказане на прикладах.

Помістивши руку над гарячою плитою або палаючої електричною лампочкою, можна відчути, що над ними піднімаються теплі струмені повітря. Невелика паперова вертушка, поставлена ​​над полум'ям свічки або електричною лампочкою, під дією піднімається нагрітого повітря починає обертатися.

Це явище можна пояснити таким чином. Частина повітря, яка стикається з теплою лампою, нагрівається, розширюється і стає менш щільною, ніж навколишній її більш холодне повітря. Під дією архимедовой (виштовхує) сили ця тепліша частина повітря починає підніматися вгору. Її місце заповнює холодне повітря. Через деякий час, прогрівшись, цей шар повітря також піднімається вгору, поступаючись місцем наступної порції повітря, і т. Д. Це і є конвекція. В результаті переміщення більш теплих шарів повітря відбувається перенесення тепла (т. Е. енергії ), Або конвективний теплообмін.

Точно так же переноситься енергія і при нагріванні рідини. Нагріті шари рідини, менш щільні і тому більш легкі, витісняються вгору більш важкими, холодними шарами. Холодні шари рідини, опустившись вниз, в свою чергу, нагріваються від джерела тепла і знову витісняються менш нагрітої рідиною. Завдяки такому руху рідина рівномірно прогрівається. Це стає наочним, якщо на дно колби з водою кинути кілька кристаликів марганцевокислого калію, який забарвлює воду в фіолетовий колір.

Вимушена конвекція викликається зовнішнім механічним впливом на середу. Прикладами її є звичайне перемішування рідини ложечкою, рух повітря в кімнаті під дією вентилятора, протягом рідини в трубі під дією гидронасоса і т. Д. Фізичні процеси, що відбуваються при вимушеній конвекції, пов'язаної з рухом тіл з великими швидкостями в атмосфері, моделюються в аеродинамічних трубах , де відтворюється обтікання нерухомих моделей потоком повітря.

Таким чином, конвективний теплообмін може здійснюватися в газоподібному і рідкому середовищі за умови, що є різниця температур між частинами цього середовища. Для здійснення ефективного конвективного теплообміну в земних умовах в рідинах і газах їх слід прогрівати знизу. Якщо їх прогрівати зверху, конвекція не відбувається, адже теплі шари і так знаходяться зверху і опуститися нижче холодних, більш важких, вони не можуть.

У відсутності сили тяжіння (В ракеті, супутнику, міжпланетному кораблі) конвекція спостерігатися не буде. Отже, користуватися там, наприклад, сірниками і газовими пальниками можна: продукти згоряння затушат полум'я.

Конвекція в твердих тілах відбуватися не може, оскільки частинки в них коливаються біля певної точки, утримувані сильним взаємним тяжінням. У зв'язку з цим при нагріванні твердих тіл потоки речовини в них утворюватися не можуть. Енергія в твердих тілах передається теплопровідністю .

Променистий теплообмін.

Променистий теплообмін - це теплообмін, при якому енергія переноситься різними променями.

Це можуть бути сонячні промені, а також промені, що випускаються нагрітими тілами, які перебувають навколо нас.

Так, наприклад, сидячи біля багаття, ми відчуваємо, як тепло передається від вогню нашого тіла. Однак причиною такої теплопередачі не може бути ні теплопровідність (яка у повітря, що знаходиться між полум'ям і тілом, дуже мала), ні конвекція (так як конвекційні потоки завжди спрямовані вгору). Тут має місце третій вид теплообміну - променистий теплообмін.

Візьмемо невелику, закопчену з одного боку, колбу.

Через пробку в неї вставимо вигнуту під прямим кутом скляну трубку. У цю трубку, що має вузький канал, введемо підфарбовану рідину. Зміцнивши на трубці шкалу, отримаємо прилад - термоскоп. Цей прилад дозволяє виявити навіть незначне нагрівання повітря в закопченої колбі.

Якщо до темної поверхні термоскопа піднести шматок металу, нагрітий до високої температури, то стовпчик рідини переміститься вправо. Очевидно, повітря в колбі нагрівся і розширився. Швидке нагрівання повітря в термоскопе можна пояснити лише передачею йому енергії від нагрітого тіла. Як і у випадку з багаттям, енергія тут передаються не теплопровідністю і не конвективним теплообміном. Енергія в даному випадку передалася за допомогою невидимих ​​променів, що випускаються нагрітим тілом. Ці промені називають тепловим випромінюванням.

Променистий теплообмін може відбуватися в повному вакуумі. Цим він відрізняється від інших видів теплообміну.

Випромінюють енергію все тіла: і сильно нагріті, і слабо, наприклад, тіло людини, піч, електрична лампочка. Але чим вище температура тіла, тим сильніше його теплове випромінювання. Випроменена енергія, досягнувши інших тіл, частково поглинається ними, а частково відбивається. При поглинанні енергія теплового випромінювання перетворюється у внутрішню енергію тіл, і вони нагріваються.

Світлі і темні поверхні поглинають енергію по-різному. Так, якщо в досвіді з термоскопом повернути колбу до нагрітого тіла спочатку закопченої, а потім світлою стороною, то стовпчик рідини в першому випадку переміститься на більшу відстань, ніж у другому (див. Малюнок вище). З цього випливає, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію (і, отже, сильніше нагріваються), ніж тіла зі світлою або дзеркальною поверхнею.

Тіла з темною поверхнею не тільки краще поглинають, а й краще випромінюють енергію.

Здатність по-різному поглинати енергію випромінювання знаходить широке застосування в техніці. Наприклад, повітряні кулі та крила літаків часто фарбують сріблястою фарбою, щоб вони менше нагрівалися сонячними променями.

Якщо ж потрібно використовувати сонячну енергію (наприклад, для нагрівання деяких приладів, встановлених на штучних супутниках), то ці пристрої фарбують в темний колір.