БИЛИМ БУЛАГЫ

Физика: Тепловая энергия

Тепловую энергию люди используют для обогрева жилья, приготовления пищи. Распространяется тепловая энергия тремя путями:

  • Проводимость
  • Конвекция
  • Излучение

Проводимость

Проводимость - это перенос энергии от одного конца тела к другому или от одного тела к другому.

Если перемешивать чай металлической ложкой, то она нагреется, так как молекулы горячего чая передают часть своей кинетической энергии молекулам холодной ложки, которая является хорошим проводником тепла. Другие материалы, например, древесина и некоторые виды пластмасс – плохие проводники тепла, они называются изоляторами и обладают малой теплопроводностью. Это свойство используется при изготовлении ручек для нагревательных предметов, например, чайников, кастрюль и сковородок.

Teploperedacha v bytu.jpg
Teploperedacha v bytu.jpg

Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так же хорошо, как и кирпичная стена. Это говорит о том, что воздух обладает плохой теплопроводностью. У жидкостей и газов теплопроводность очень мала, но и в газах и жидкостях может передаваться тепло.

Как вам ни покажется странным, но и снег, особенно рыхлый, обладает очень плохой теплопроводностью. Этим объясняется то, что сравнительно тонкий слой снега предохраняет озимые посевы от вымерзания.

Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом.

В начало

Конвекция

Конвекция - это процесс переноса тепловой энергии при перемещении жидкости или газа в пространстве.
Konvekciya.jpg
Konvekciya.jpg

Нагревание и охлаждение жилых помещений основано на явлении конвекции. Так, охлаждающие устройства целесообразно располагать наверху, ближе к потолку, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Обогревательные приборы располагают внизу.

Каким образом доходит до нас энергия Солнца?


Конвекцией объясняется образование бриза на границе суши и воды, так как они нагреваются и остывают по-разному. Вода нагревается и остывает медленнее, чем земля (песок) в 5 раз. Из-за этого днём над сушей образуется область низкого давления, а над морем – область высокого давления. Возникает движение воздушных масс из области высокого давления в область низкого давления, что и называется дневным бризом. Ночью все происходит наоборот.

В начало

Излучение

Излучение - вид теплопередачи, при котором энергия переносится тепловыми лучами (электромагнитными волнами). Происходит всегда и везде. Может осуществляться в полном вакууме. Излучение происходит от всех нагретых тел (от человека, костра, печи). Чем больше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.
Izluchenie koster.gif
Izluchenie koster.gif

Тела не только излучают энергию, но и поглощают ее. Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Солнце - источник энергии на Земле. Как передается солнечное тепло на Землю? Ведь в космическом пространстве нет ни твердых, ни жидких, ни газообразных тел. Следовательно, космическое пространство не может передавать тепло Солнца на Землю ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Дело в том, что тепло от Солнца к Земле передается так же, как сигнал с радиостанции приемнику, - электромагнитными волнами.

Тепловое излучение также находит применение и в технике. Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком.

Например, вспаханная почва, почва с растительностью. На ее нагревание и охлаждение влияет присутствие растительности. Так, темная вспаханная почва сильнее нагревается излучением, но быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью.

На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается – излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения.

В начало

Температура

Если привести в соприкосновение два тела, нагретых по-разному, то более нагретое будет охлаждаться, а холодное станет теплее.

Теплообмен - - это вид перехода энергии.

Про тело, которое отдает тепло (т. е. путем теплообмена отдает энергию), мы говорим: его температура выше температуры того тела, которое забирает это тепло.

Температура - – это мера «нагретости» тела.

Температуру измеряют с помощью термометра. (Фиксики - Термометр | Познавательные образовательные мультики для детей, школьников. https://www.youtube.com/watch?v=xysYgDxQxVs)

Термометр

Абсолютный ноль температуры, начало отсчета температуры по шкале Кельвина, расположен на 273,16 °С ниже температуры замерзания воды, для которой принято значение 0 °С (это температура, при которой прекращается тепловое движение молекул).

Основные проблемы, решаемые криогенной физикой:

  • Сжижение газов (азота, кислорода, гелия и др.), их хранение и транспортировка в жидком состоянии;
  • Конструирование холодильных машин, создающих и поддерживающих температуру ниже 120 К (-153°С);
  • Охлаждение до криогенных температур электротехнических устройств, электронных приборов, биологических объектов и т.д.

Применение криогенных температур в ряде областей науки и техники привело к возникновению целых самостоятельных направлений, например криоэлектроники, криобиологии.

Жидкий азот
В начало

Тепловая энергия в жизни

  • Теплица

    Теплицы. Одним из средств повышения температуры почвы и припочвенного воздуха служат теплицы. Участок почвы покрывают стеклянными рамами или прозрачными пленками. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее. Также пленка (стекло) препятствует движению теплого воздуха вверх, т.е. осуществлению конвекции. Таким образом, стекла теплиц действуют как «ловушка» энергии. Внутри теплиц температура выше, чем на незащищенном грунте, примерно на 10° С.

  • Теплопередача в быту

    Термос. Нужен он для продолжительного сохранения более высокой или низкой температуры продуктов питания, по сравнению с температурой окружающей среды, т.е. решает задачу, как уберечь энергию.

В начало

Двигатели внутреннего сгорания

Запасы внутренней энергии огромны. Очень важно умело и грамотно использовать её запасы, содержащиеся в топливе. Использовать внутреннюю энергию – значит, совершить за счёт неё полезную работу.

Tri chasti dvigat.jpg
Tri chasti dvigat.jpg

Тепловой двигатель - это система, совершающая многократно круговой процесс (цикл), при котором за счёт подведённого извне тепла совершается механическая работа. Для этого необходимо рабочему веществу в начале цикла сообщать некоторое количество теплоты Q1, а в конце цикла отнимать количество теплоты Q2.

Применение тепловых двигателей чрезвычайно разнообразно. Они приводят в движение самолёты, ракеты, тепловозы, паровозы, наземный и водный транспорт. В настоящее время наибольшее распространение имеют двигатели внутреннего сгорания.

Двигатель внутреннего сгорания

КПД теплового двигателя 20-40%. Это значит, что всего 20% энергии топлива идет на совершение полезной механической работы, а 80% - бесполезные потери энергии. Значит, 6,4 л. из 8 л. сгорели только для того, чтобы загрязнить атмосферу теплом и газами.

Kpd dvigat.jpg
Kpd dvigat.jpg

Ученые ведут работу, направленную на снижение и ликвидацию последствий загрязнений воздуха. Это всевозможное газоочистное и пылеулавливающее оборудование. Использование тепловых двигателей дает человеку огромные возможности, но в то же время это один из главных факторов в разрушении природы.

Ученые работают над усовершенствованием двигателей внутреннего сгорания, совершенствуя конструкции, повышая их КПД и предлагая новые виды топлива.

Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены. Тепловое расширение нашло свое применение в различных тепловых двигателях, т. е. в двигателях внутреннего и внешнего сгорания:

  • Роторных двигателях;
  • Реактивных двигателях;
  • Турбореактивных двигателях;
  • Газотурбинные установки;
  • Двигателях Ванкеля;
  • Двигателях Стирлинга;
  • Ядерные силовые установки.

Тепловое расширение воды используется в паровых турбинах и т. д. Все это в свою очередь нашло широкое распространение в различных отраслях народного хозяйства. Например, двигатели внутреннего сгорания наиболее широко используются:

  • Транспортные установки;
  • Сельскохозяйственные машины.

В стационарной энергетике двигатели внутреннего сгорания широко используются:

  • На небольших электростанциях;
  • Энергопоезда;
  • Аварийные энергоустановки.

ДВС получили большое распространение также в качестве привода компрессоров и насосов для подачи газа, нефти, жидкого топлива и т. п. по трубопроводам, при производстве разведочных работ, для привода бурильных установок при бурении скважин на газовых и нефтяных промыслах.

Турбореактивные двигатели широко распространены в авиации. Паровые турбины – основной двигатель для привода электрогенераторов на ТЭС. Применяют паровые турбины также для привода центробежных воздуходувок, компрессоров и насосов.

Существуют даже паровые автомобили, но они не получили распространения из-за конструктивной сложности.

Тепловое расширение применяется также в различных тепловых реле, принцип действия, которых основан на линейном расширении трубки и стержня, изготовленных из материалов с различным температурным коэффициентом линейного расширения.

В начало

Глоссарий

  • Двигатель внутреннего сгорания — двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно в рабочей камере (внутри) двигателя. ДВС преобразует тепловую энергию от сгорания топлива в механическую работу.
  • Коэффициент полезного действия (КПД) — характеристика эффективности системы (устройства, машины) в отношении преобразования или передачи энергии.
  • Тепловая энергия – одна из форм энергии, связанная с движением атомов, молекул или других частиц, из которых состоит тело.
  • Термометр - прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее. Существует несколько видов термометров: жидкостные; механические; электронные; оптические; газовые; инфракрасные.
В начало

Полезные ссылки

В начало

Библиография

В начало

Шкала Цельсия.
Что такое шкала Фаренгейта?
Факты о двигателях внутреннего сгорания.
А знаете ли вы, что:
  • КПД в первых конструкциях паровой машины Уатта достигал всего 2,8%.
  • во время такта рабочий ход при сгорании рабочей смеси давление газов составляет 5-7 МПа, а температура 1500-2200°С.
  • в современных машинах коленчатый вал может совершать от 3000 до 8000 оборотов в минуту.
  • кроме двигателя внутреннего сгорания, который работает по четырехтактной схеме, есть и двухтактные двигатели, но они не нашли широкого применения.
  • генераторный газ - газ, полученный превращением твердого топлива в газообразное. В качестве твердого топлива используются: уголь, торф, древесина.
  • немецкий изобретатель Отто, построил в 1878 г. первый четырехтактный двигатель внутреннего сгорания. КПД такого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов.
Связь температурных шкал Цельсия и Фаренгейта
Полезные советы
Polezniy sovet fleshka.png

Если не хотите долго ждать охлаждения напитков в холодильнике, то просто оберните бутылку влажной салфеткой или полотенцем, и уберите в морозильник.

3. Способы передачи тепла в пословицах.
  • За горячее железо не хватайся. Затем кузнец клещи кует, чтоб рук не ожечь. (теплопроводность)
  • Наша изба неравного тепла. На печи тепло, на полу холодно. (конвекция)
  • Красное солнышко на белом свете черную землю греет. (излучение)


4. Опыты
Возьмите в руку медный провод небольшой длины и нагрейте свободный конец. Вскоре Вы ощутите тепло. Это и есть теплопередача. Нагретый участок проволоки передает тепло холодным участкам. Поднесите горящую свечу в открытой форточке. Наверху форточки огонек отклоняется наружу - уходит теплый воздух. Внизу - отклоняется вовнутрь - внутрь течет холодный наружный воздух. Это конвекция.


5. Эксперимент (конвекция).
  • Демонстрация горения свечи, которую частично накрывают стеклянным цилиндром без дна (внизу оставляют свободное пространство) и прекращение горения свечи при полном опускании стеклянного цилиндра.
  • На столе два стакана с горячей водой, один стоит на льду, а на крышке другого лежит лед. Можно наблюдать, в каком стакане вода остынет быстрее (конвекция в жидкостях). И чтобы кипяток быстрее остыл, мы ложечкой размешиваем (вынужденная конвекция)
Стихотворение
52 Стихотворения.jpg

Про теплоту начнем рассказ

Всё вспомним, обобщим сейчас

Энергия работа до кипения.

Чтоб лени наблюдалось испарение

Мозги не доведём мы до плавления,

Их тренируем до изнеможения.

В учении проявляем мы старание,

Идей научных видя обоняние!

Задачу мы любую одолеем,

И другу подсобить всегда сумеем.

Историю науки изучаем

И Ломоносова великим почитаем,

И проявляем мы себя в труде

Как двигатель с высоким КПД!

Но как же жизнь бывает непроста

С той дамой, что зовётся Теплота!

Кроссворд
  • Кроссворд физика.png
  • По горизонтали.png
  • По вертикали.png
  • Кроссворд ответ.png
Пройди тестирование
Пройди тестирование

Источник — «https://bb.edu.gov.kg/index.php?title=Физика:_Тепловая_энергия&oldid=27475»