Номер 1, страница 28 - гдз по физике 8 класс учебник Громов, Родина

Глава 1. Внутренняя энергия. Параграф 5. Примеры теплопередачи в природе и технике. Обсудить в классе - номер 1, страница 28.

Условие.

1. Как можно объяснить принцип работы центрального отопления?

Решение.

1. Решение

Принцип работы центрального отопления основан на физических явлениях переноса теплоты, в частности на конвекции и тепловом излучении. Весь процесс представляет собой замкнутый цикл, который можно разделить на несколько ключевых этапов:

Генерация тепла. В центральном источнике, таком как котельная или теплоэлектроцентраль (ТЭЦ), происходит сжигание топлива (например, природного газа, угля, мазута). Выделившаяся при сгорании тепловая энергия используется для нагрева теплоносителя. В подавляющем большинстве систем в качестве теплоносителя выступает специально подготовленная вода из-за её высокой удельной теплоёмкости ($c \approx 4200$ Дж/(кг·°C)), что позволяет ей переносить большое количество тепла.

Транспортировка теплоносителя. Нагретая до высокой температуры (в среднем 90-150°C в зависимости от типа системы и погодных условий) вода под давлением по системе магистральных трубопроводов (теплотрассе) подаётся к отапливаемым зданиям. Для минимизации потерь тепла трубы теплотрассы тщательно изолируются.

Теплоотдача в помещениях. Внутри зданий горячая вода поступает в отопительные приборы — радиаторы (батареи). Радиаторы сконструированы таким образом, чтобы иметь большую площадь поверхности для максимально эффективной передачи тепла в помещение. Теплоотдача происходит двумя основными путями:

• Конвекция. Это основной способ обогрева. Воздух, соприкасаясь с горячей поверхностью радиатора, нагревается. Его плотность уменьшается, и он, согласно закону Архимеда, поднимается вверх, к потолку. На его место из нижней части комнаты поступает более холодный и плотный воздух. Таким образом, в помещении возникают непрерывные циркулирующие потоки воздуха (конвекционные потоки), которые равномерно прогревают весь его объём.
• Тепловое излучение. Нагретая поверхность радиатора испускает невидимое глазу инфракрасное (тепловое) излучение. Эти лучи распространяются прямолинейно и, попадая на стены, мебель, людей и другие предметы в комнате, поглощаются ими и нагревают их.

Количество теплоты $\text{Q}$, которое вода отдаёт в помещении, можно описать формулой: $Q = c \cdot m \cdot (t_{1} - t_{2})$, где $\text{c}$ – удельная теплоёмкость воды, $\text{m}$ – масса воды, прошедшей через радиатор, $t_{1}$ и $t_{2}$ – температура воды на входе в радиатор и на выходе из него соответственно.

Возврат теплоносителя. Отдав часть своей тепловой энергии в помещениях, остывшая вода по обратному трубопроводу (так называемой «обратке») возвращается обратно в котельную или на ТЭЦ. Там она снова нагревается до необходимой температуры, и цикл непрерывно повторяется в течение всего отопительного сезона.

Ответ: Принцип работы центрального отопления заключается в централизованном нагреве теплоносителя (обычно воды), его транспортировке по системе изолированных труб к отапливаемым зданиям и передаче тепла в помещения через радиаторы. Теплоотдача происходит главным образом за счёт конвекции (циркуляции нагретого воздуха) и теплового излучения. Остывший теплоноситель возвращается к источнику тепла для повторного нагрева, создавая замкнутый циркуляционный контур.