Номер 12, страница 72, часть 1 - гдз по физике 8 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 1. Глава 1. Строение и свойства вещества. Тепловые явления. Параграф 17. Лабораторные и исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 12, страница 72.

Условие.

• Теплопередача в быту и технике.

Решение.

Процессы конвекции в природе.

Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится потоками вещества (жидкости или газа). Этот процесс играет фундаментальную роль во многих природных явлениях на Земле и за её пределами.

Принцип конвекции основан на том, что при нагревании вещество расширяется, его плотность уменьшается, и под действием силы Архимеда оно поднимается вверх. На его место опускаются более холодные и плотные слои. Этот непрерывный циклический процесс называется конвекционным течением.

Примеры конвекции в природе:

1. Образование ветров. Неравномерный нагрев земной поверхности Солнцем является основной причиной ветров. Воздух над более теплыми участками (например, над сушей днем) нагревается, становится легче и поднимается вверх, создавая область низкого давления. На его место устремляется более холодный и плотный воздух из областей высокого давления (например, со стороны моря). Так возникают местные ветры, такие как бризы. Глобальная циркуляция атмосферы, формирующая пассаты и муссоны, также является результатом масштабных конвекционных потоков.

2. Океанические течения. Вода в океанах, как и воздух в атмосфере, нагревается неравномерно. Теплая вода у экватора менее плотная и стремится к поверхности, в то время как холодная вода у полюсов более плотная и опускается на глубину. Это, в сочетании с различиями в солености, создает гигантские конвекционные потоки — океанические течения (например, Гольфстрим), которые переносят тепло по всей планете, влияя на климат.

3. Движение литосферных плит. В мантии Земли, которая находится в вязко-текучем состоянии, существуют мощные конвекционные потоки. Вещество мантии, разогретое от ядра Земли, медленно поднимается к коре, затем остывает и опускается обратно. Эти движения приводят в движение литосферные плиты на поверхности, что является причиной землетрясений, извержений вулканов и образования гор.

4. Грануляция на Солнце. Поверхность Солнца (фотосфера) имеет ячеистую структуру, называемую грануляцией. Каждая гранула — это вершина конвекционной ячейки, где горячая плазма из недр поднимается на поверхность, излучает энергию, остывает и опускается обратно по темным краям гранулы.

Ответ: Конвекция в природе — это процесс переноса тепла потоками жидкости или газа, обусловленный разницей температур и плотностей. Основные примеры включают формирование ветров в атмосфере, океанические течения, движение литосферных плит из-за конвекции в мантии Земли и грануляцию на поверхности Солнца.

Теплопередача в быту и технике.

Теплопередача, или теплообмен, — это процесс переноса тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому. Существует три основных вида теплопередачи, которые постоянно встречаются в нашей повседневной жизни и широко используются в технике: теплопроводность, конвекция и излучение.

1. Теплопроводность — это перенос тепла при непосредственном контакте частиц тела (атомов, молекул). Энергия передается от более энергичных частиц к менее энергичным. Этот вид теплопередачи характерен в основном для твердых тел.

Примеры: Нагревание ручки металлической кастрюли на плите; охлаждение горячего напитка через стенки чашки; работа паяльника.

2. Конвекция — это перенос тепла потоками жидкости или газа. Нагретые, менее плотные слои поднимаются вверх, а холодные, более плотные, опускаются вниз.

Примеры: Обогрев комнаты радиатором отопления (батареей), который нагревает воздух, создавая циркуляцию; кипение воды в чайнике; работа фена для волос.

3. Тепловое излучение — это перенос тепла с помощью электромагнитных волн (в основном в инфракрасном диапазоне). Излучение может происходить даже в вакууме.

Примеры: Тепло, которое мы чувствуем от Солнца, костра или раскаленной плиты; работа инфракрасного обогревателя; приготовление пищи в микроволновой печи (особый вид излучения).

Применение в быту и технике:

• Системы отопления: Радиаторы (батареи) используют конвекцию для обогрева воздуха в помещении и частично излучение. Системы "теплый пол" греют покрытие через теплопроводность, а затем воздух в комнате нагревается конвекцией и излучением от пола.

• Приготовление пищи: При жарке на сковороде тепло передается от плиты к сковороде и далее к продуктам за счет теплопроводности. Внутри кипящего супа тепло распределяется конвекцией. В духовке еда готовится благодаря конвекции горячего воздуха и излучению от нагревательных элементов.

• Системы охлаждения: В холодильнике хладагент забирает тепло из внутренней камеры, а радиатор на задней стенке отдает это тепло в окружающую среду с помощью конвекции и излучения. В компьютерах кулеры (вентиляторы) используют принудительную конвекцию для отвода тепла от радиаторов процессора.

• Теплоизоляция: Термос минимизирует все три вида теплопередачи: вакуум между стенками препятствует теплопроводности и конвекции, а зеркальные поверхности отражают тепловое излучение. Утеплители для домов (пенопласт, минеральная вата) содержат много воздуха в замкнутых порах, что плохо проводит тепло и предотвращает конвекцию.

• Одежда: Многослойная одежда удерживает слои воздуха, который является плохим теплопроводником, и уменьшает потерю тепла тела. Светлая одежда летом отражает солнечное излучение, а темная зимой — лучше поглощает его.

Ответ: Теплопередача в быту и технике используется для нагрева (отопление, приготовление пищи) и охлаждения (холодильники, кондиционеры), а также для предотвращения теплообмена (теплоизоляция домов, термосы). Это достигается за счет использования и контроля трех основных механизмов: теплопроводности (прямой контакт), конвекции (потоки жидкости/газа) и излучения (электромагнитные волны).