Основным источником тепла на Земле является Солнце. Солнце — ближайшая к Земле звезда, свет и тепло от которой перездаются через практически пустое космическое пространство. Каким же способом оно передаётся? Это не может быть теплопроводность, так как Земя и Солнце не касаются друг друга; это не может быть конвекция, так как нет потоков вещества, переносящих тепло.

Энергия от Солнца к Земле передаётся посредством излучения.

 Солнце испускает электромагнитные волны различных диапазонов — те, что находятся в видимой части спектра, мы видим, а те, что находятся в инфракрасном диапазоне, несут тепло.

Излучением называют вид теплопередачи, при котором энергия передаётся с помощью электромагнитных волн.

Все нагретые тела излучают тепло, но с разной интенсивностью. При испускании излучения внутренняя энергия тела уменьшается, а при поглощении — увеличивается.

 Опытная проверка нагревания излучением

Проведём опыт, демонстрирующий, что при поглощении излучения внутренняя энергия тела увеличивается. Если поднести излучатель, например, раскалённый металл, к чёрной поверхности, то излучение будет поглощаться, а температура увеличиваться (это видно по более сильному расширению воздуха в манометре). Если такой же излучатель поднести к белой или к зеркальной поверхности, то большая часть излучения не поглощается, а отражается и увеличение температуры будет меньше.

Чёрная поверхность поглощает излучение лучше, чем блестящая. Чёрная поверхность и испускает излучение интенсивнее, чем блестящая или белая. 

Передача энергии излучением

Очень важное значение имеет этот способ передачи тепла имеет в случаях, когда тела нагреты до высоких температур. Солнце излучает тепло, раскалённая кочерга тоже излучает тепло. 

В теплицах солнечный свет проходит через прозрачные стенки и поглощается растениями. Тепло, которое излучают растения, не выходит наружу, так как стекло его не пропускает.

 Парниковый эффект на Земле и других планетах приводит к разогреванию атмосферы. 

Сравните результат парникового эффекта на Земле и на Венере: на Земле из-за него температура приемлема для жизни, инае было бы слишком холодно; на Венере же слишком жарко.

 Метеозонды делают белого цвета, чтобы они не нагревались на солнце.

Сочетание способов теплопередачи

Тепло обычно передаётся не одним каким-то способом, а несколькими. Например, котёл с горящим топливом внутри нагревает то, что с ним соприкасается, путём теплопроводности, воздух выше наревается за счёт конвекции, а то, что рядом — излучением.

В термосе происходит сложный теплообмен: он представляет собой стеклянную колбу с двойными стенками, покрытыми изнутри и снаружи блестящим металлическим слоем. В термосе пространство между стенками колбы лишено воздуха, что препятствует передаче энергии путём теплопроводности. Блестящее покрытие колбы препятствует передаче энергии излучением. Колбу помещают в  пластмассовый или металлический футляр, чтобы защитить от повреждений, и закрывают пробкой.

Информация о материале

Просмотров: 7

Внутреннюю энергию тела можно изменить путём теплопередачи. Передать тепло от одного тела другому можно тремя способами.

 Теплопроводность

Чтобы узнать, как передаётся тепло, проделаем опыт. К металлическому стержню с помощью воска приклеим кнопки. Будем нагревать один конец стержня и наблюдать, как под действием распространяющегося по стержню тепла воск плавится и кнопки отваливаются.

Значит, тепло постепенно передаётся от одной части стержня к другим. Чем дальше часть стержня от источника тепла, тем больше времени нужно для её нагрева.

Объяснение теплопроводности

При нагревании одного конца стержня его молекулы начинают колебаться сильнее и толкают соседние молекулы. Те в свою очередь толкают своих соседей и так колебания распространяются по всему стержню. Так постепенно весь стержень нагревается.

Тепло может передаваться не только от одной части тела другой, но и от одного тела другому. Опустим холодную ложку в стакан с горячим чаем. Постепенно ложка нагреется, а чай немного остынет. Что произошло? Быстрые молекулы горячего чая толкали медленные молекулы холодной ложки, заставляя их двигаться быстрее и нагреваться. А сами отдавали энергию и охлаждались.

Теплопроводность — процесс, при котором энергия передаётся от одного тела к другому или от одной части тела к другой за счёт теплового движения частиц и их взаимодействия между собой. 

При теплопроводности происходит перенос тепла (энергии), а переноса вещества не происходит. Ведь толщина стержня не меняется, а металлическая ложка не передаёт свои молекулы чаю.

 Различная теплопроводность

Разные тела могут по-разному проводить тепло. Если провести опыт по нагреванию стержней из разрых металлов, то в этом можно убедиться.

Металлы обладают наилучшей теплопроводностью.

Теплопроводность жидкостей проверим на опыте. Поместим кусочки льда в пробирку с водой и не дадим им всплывать. если теперь греть верхнюю часть пробирки, то лёд таять не будет, потому что вода плохо передаёт тепло.

Жидкости (не металлы!) обладают плохой теплопроводностью.

Чтобы проверить, как проводят тепло газы, проведём опыт. Пробирку разместим над пламенем закрытым концом вверх. Пальцу не будет горячо, так как воздух ещё хуже проводит тепло, чем жидкость.

То, что воздух, как и другие газы, плохо проводит тепло, используют для теплоизоляции. Например, надевая пушистую одежду мы защищаемся от холода; теплоизолирующие материалы содержат в своём составе много воздуха.

Также тепло плохо проводит дерево: горящую спичку можно держать пальцами.

Самую плохую теплопроводность имеет вакуум — сильно разреженный газ. 

Чем дальше друг от друга расположены частицы в веществе, тем хуже они передают тепло и тем меньше их теплопроводность.

Применение теплоизоляции

Информация о материале

Просмотров: 56

Жидкости и газы обладают плохой теплопроводностью. Означает ли это, что их нельзя нагреть? Нет, можно, но другим способом. Вода в кастрюле, воздух от батареи нагреваются с помощью конвекции.

 Механизм конвекции

Если в колбу налить подкрашенную воду и начать нагревать, то мы сможем увидеть потоки, перемещающиеся от нагретой части вверх. Это происходит потому, что нагретая вода расширяется, становится легче и поднимается. Затем остывает и снова опускается вниз. Процесс будет продолжаться, пока есть разность температур между нижней и верхней частями колбы.

Так образуется циркуляция жидкости, и  в  результате вся она равномерно прогревается.

Перенос энергии потоками жидкости и газа называют конвекцией.

 Конвекция в газах

Убедиться в том, что в газах тоже тепло переносится с помощью конвекции, можно с помощью вертушки. Под действием нагретого лампой воздуха она будет вращаться. Нагреваясь, воздух уменьшает плотность и поднимается вверх. Затем, соприкасаясь с более холодными слоями, охлаждается и снова опускается. Движение воздуха заставляет вращаться вертушку.

В отличие от теплопроводности при конвекции происходит перенос вещества.

В твёрдых телах конвекция не происходит, так как в них невозможен перенос вещества. А вот в газах и жидкостях — происходит. Например, обогрев комнаты батареей или нагревателем происходит именно с помощью конвекции.

Использование конвекции

Конвекцию используют не только при отоплении или нагревании воды в кастрюле. С помощью конвекции создают тягу в печах, обеспечивающую приток воздуха при горении, проветривание помещений. Кроме естественной применяется принудительная конвекция: перемешивание с помощью насосов и мешалок.

Информация о материале

Просмотров: 55

 Давайте сравним механическую и внутреннюю энергии самолёта, стоящего не земле и летящего. Будем считать, что температура воздуха (и самолёта) в обоих случаях одинаковы. 

  Как же можно изменить внутреннюю энергию?

 Совершением работы

Над телом можно совершить работу, например, ударить по нему молотком, или потереть палочкой, или заставить быстро двигаться. Во свех этих случаях внутренняя энергия тела будет увеличиваться.

Если внешние силы совершают над телом работу, то его внутренняя энергия увеличивается.

Однако тело может само совершать работу. Если взять банку, закртыую пробкой, и накачивать в неё воздух, то в конце концов пробка вылетит, а внутренняя энергия воздуха в банке уменьшится. Это происходит потому, что воздух совершает работу по выталкиванию пробки и сообщению ей кинетической энергии.

Внутренняя энергия уменьшается, если тело само совершает работу.

 Путём теплопередачи

Изменить внутреннюю энергия можно также путём нагревания или охлаждения, то есть путём теплопередачи.

Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы называют теплопередачей.

Если к одному концу металлического стержня поднести пламя, то скоро нагреется весь стержень. При нагревании молекулы стрежня начинают двигаться быстрее, то есть увеличивается их кинетическая энергия. А значит, увеличивается и внутренняя энергия стержня.

Если нагретый стержень опустить в стакан с водой, то он остынет, а вода нагреется.

Теплообен (теплопередача) происходит только если есть разность температур.

Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами: совершением работы и теплопередачей.

Информация о материале

Просмотров: 65