Номер 4, страница 21 - гдз по физике 8 класс учебник Пёрышкин, Иванов

4. Почему конвекцию невозможно наблюдать в твёрдых телах?

4. Почему конвекцию невозможно наблюдать в твёрдых телах?

Конвекция — это вид теплопередачи, который осуществляется путём переноса самого вещества, то есть потоками жидкости или газа. Для возникновения конвекционных потоков необходимо, чтобы частицы вещества (атомы или молекулы) могли свободно перемещаться друг относительно друга.

В жидкостях и газах (флюидах) частицы не связаны жестко и обладают подвижностью. При нагревании, например, нижних слоёв жидкости или газа, они расширяются, их плотность уменьшается, и под действием архимедовой (выталкивающей) силы они поднимаются вверх. На их место опускаются более холодные и, следовательно, более плотные верхние слои. Этот непрерывный процесс перемешивания вещества и есть конвекция, которая эффективно переносит тепловую энергию по всему объёму.

В твёрдых телах, в отличие от жидкостей и газов, атомы или ионы жёстко зафиксированы в определённых положениях, образуя кристаллическую решётку. Они могут лишь совершать колебательные движения около этих положений равновесия, но не могут свободно перемещаться по всему объёму тела. Поскольку отсутствует возможность перемещения масс вещества, то и механизм конвекции в твёрдых телах невозможен. Передача тепла в них происходит в основном за счёт теплопроводности — передачи энергии колебательного движения от одних частиц к другим по цепочке.

Ответ: Конвекция невозможна в твёрдых телах, потому что она представляет собой перенос энергии потоками самого вещества, а в твёрдых телах частицы лишены свободы передвижения, будучи зафиксированными в узлах кристаллической решётки.

5. Приведите примеры использования конвекции в быту и технике.

Конвекционные явления лежат в основе работы многих бытовых и технических устройств. Вот несколько примеров:

• Отопление помещений. Радиаторы центрального отопления обычно располагают внизу, под окнами. Они нагревают прилегающий к ним воздух. Тёплый воздух как менее плотный поднимается вверх, а его место занимает более холодный и плотный воздух, опускающийся сверху. Эта циркуляция (конвекционный поток) постепенно прогревает всё помещение.
• Кипячение воды. В чайнике или кастрюле нагрев происходит снизу. Нижние слои воды, нагреваясь, становятся легче и поднимаются, а верхние, более холодные и тяжёлые, опускаются на их место. Благодаря такому перемешиванию вся вода прогревается быстро и равномерно.
• Работа дымохода в печи или камине. Горячие продукты сгорания (дым) имеют значительно меньшую плотность, чем окружающий холодный воздух. За счёт этой разницы возникает естественная тяга — мощный восходящий конвекционный поток, который выводит дым наружу через трубу.
• Охлаждение в холодильнике. Охлаждающий элемент (морозильная камера) чаще всего расположен в верхней части. Воздух рядом с ним охлаждается, становится плотнее и опускается вниз. Тёплый воздух от продуктов, наоборот, поднимается вверх, где охлаждается. Так создаётся естественная циркуляция воздуха, поддерживающая низкую температуру во всём объёме холодильника.
• Технические системы охлаждения. В компьютерах используются кулеры — радиаторы с вентиляторами. Вентилятор создаёт принудительный поток воздуха (принудительная конвекция), который эффективно отводит тепло от горячих компонентов (процессора, видеокарты). В системе охлаждения двигателя автомобиля насос (помпа) заставляет циркулировать охлаждающую жидкость, которая забирает тепло от двигателя и отдаёт его в радиаторе, обдуваемом потоком воздуха.

Ответ: Примерами использования конвекции являются отопление комнат, кипячение воды, работа дымоходов, принцип действия холодильника, а также системы охлаждения в компьютерной технике и автомобильных двигателях.