Номер 5, страница 85 - гдз по физике 8 класс учебник Пурышева, Важеевская

Глава 3. Тепловые явления. Параграф 22. Конвекция. Задание 21 - номер 5, страница 85.

Условие.

5_д. Подготовьте сообщение об использовании и учёте конвекции в быту и технике, используя различные источники информации, в том числе Интернет.

Решение.

Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится потоками вещества, то есть струями газа или жидкости. Нагретые слои вещества становятся менее плотными и под действием силы Архимеда поднимаются вверх, а более холодные и плотные опускаются вниз, занимая их место. Этот процесс создает постоянное перемешивание вещества, называемое конвекционными потоками. Явление конвекции играет огромную роль в природе, быту и технике.

Использование конвекции в быту

В повседневной жизни мы постоянно сталкиваемся с использованием конвекции. Вот несколько примеров:

Отопление помещений: Радиаторы центрального отопления обычно размещают внизу, часто под окнами. Воздух, соприкасаясь с горячим радиатором, нагревается, его плотность уменьшается, и он поднимается к потолку. На его место сверху опускается более холодный и плотный воздух. Благодаря таким конвекционным потокам происходит постепенное и равномерное прогревание всего воздуха в комнате.

Приготовление пищи: Когда мы кипятим воду в чайнике или кастрюле, нагрев происходит снизу. Нижние слои воды нагреваются, становятся легче и устремляются вверх, а верхние, более холодные и тяжелые, опускаются вниз. За счет этого перемешивания вся масса воды быстро и равномерно прогревается. В современных духовках часто используется режим конвекции, где встроенный вентилятор принудительно гоняет горячий воздух, что ускоряет приготовление пищи и обеспечивает равномерное пропекание.

Работа холодильника: Охлаждающий элемент (морозильная камера) в большинстве холодильников расположен в верхней части. Воздух возле него охлаждается, становится плотнее и тяжелее, поэтому опускается вниз. Теплый воздух от продуктов, находящихся внизу, как более легкий, поднимается вверх к морозильной камере, где охлаждается. Так возникает циркуляция воздуха, охлаждающая все внутреннее пространство холодильника.

Вентиляция и дымоходы: Работа печных и каминных дымоходов основана на естественной конвекции. Горячие продукты сгорания (дым, газы) имеют значительно меньшую плотность, чем окружающий холодный воздух. Поэтому они поднимаются вверх по трубе, создавая тягу, которая, в свою очередь, засасывает в топку свежий воздух, необходимый для горения.

Ответ: В быту конвекция используется для обогрева помещений, приготовления пищи, охлаждения продуктов в холодильнике и для вентиляции через дымоходы, основываясь на движении нагретых и охлажденных потоков воздуха или жидкости.

Использование конвекции в технике

Конвекция является основополагающим принципом работы многих технических устройств и систем.

Системы охлаждения двигателей: В двигателях внутреннего сгорания автомобилей выделяется огромное количество тепла. Для его отвода используется жидкостная система охлаждения. Специальная жидкость (антифриз) при помощи насоса циркулирует по каналам внутри двигателя, забирая тепло. Затем горячая жидкость поступает в радиатор, где она охлаждается потоком встречного воздуха. Это пример принудительной конвекции, так как движение жидкости создается насосом, а воздуха — вентилятором и движением автомобиля.

Охлаждение электроники: Мощные процессоры и видеокарты в компьютерах сильно нагреваются во время работы. Для их охлаждения применяют кулеры — системы из металлического радиатора и вентилятора. Радиатор отводит тепло от чипа за счет теплопроводности, а вентилятор создает поток воздуха (принудительную конвекцию), который обдувает ребра радиатора и уносит тепло прочь.

Теплоэнергетика: На тепловых электростанциях вода в огромных котлах нагревается до состояния пара высокого давления, который вращает турбины генераторов. Нагрев воды и движение пара — это процессы, в которых конвекция играет ключевую роль. Для охлаждения отработанного пара и воды используются градирни (охладительные башни), где также за счет естественной конвекции создается тяга воздуха, уносящая тепло.

Авиация и метеорология: Конвекционные потоки в атмосфере, вызванные неравномерным нагревом земной поверхности Солнцем, являются причиной ветров, образования облаков и гроз. Пилоты планеров и дельтапланов используют восходящие потоки теплого воздуха (термики) для набора высоты и парения. В то же время, мощные конвективные явления могут представлять опасность для самолетов, вызывая турбулентность.

Ответ: В технике конвекция применяется для охлаждения двигателей и электроники, в работе тепловых электростанций, а также учитывается в авиации и метеорологии для навигации и прогнозирования погоды.

Учёт конвекции

В зависимости от задачи, человек стремится либо усилить конвекцию, либо, наоборот, максимально ее ослабить.

Усиление конвекции: Когда естественная конвекция недостаточно эффективна, применяют принудительную. Для этого используют насосы для перекачки жидкостей (в системах отопления и охлаждения) и вентиляторы для перемещения газов (в фенах, кондиционерах, кулерах). Цель — ускорить процесс теплообмена.

Ослабление конвекции: Для сохранения тепла (в домах, одежде) или холода (в термосах, холодильных камерах) необходимо уменьшить все виды теплопередачи, включая конвекцию. Для этого применяют теплоизоляционные материалы: минеральную вату, пенопласт, пробку. Их структура такова, что они содержат множество мелких, изолированных друг от друга полостей с воздухом. Воздух сам по себе плохой проводник тепла, а его разделение на малые объемы препятствует возникновению конвекционных потоков. Таким образом, передача тепла резко сокращается.

Стеклопакеты в окнах: Пространство между двумя или тремя стеклами в современных окнах герметично и заполнено осушенным воздухом или инертным газом (аргоном). Это делается для того, чтобы исключить конвекцию в межстекольном пространстве и тем самым значительно снизить теплопотери из помещения зимой.

Термос: В термосе между внешней стенкой и внутренней колбой откачан воздух, то есть создан вакуум. Поскольку в вакууме нет вещества, перенос тепла путем конвекции (и теплопроводности) становится невозможным. Это позволяет долго сохранять температуру содержимого.

Ответ: Учёт конвекции проявляется в её целенаправленном усилении с помощью вентиляторов и насосов для эффективного охлаждения или нагрева, а также в её ослаблении с помощью теплоизоляционных материалов, вакуума и герметичных воздушных прослоек для сохранения тепла или холода.