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

Глава 3. Тепловые явления. Параграф 22. Конвекция. Вопросы для самопроверки - номер 5, страница 85.

Условие.

5. Сравните механизм конвекции и теплопроводности.

Решение.

Теплопроводность и конвекция — это два различных механизма переноса тепловой энергии. Хотя оба процесса приводят к выравниванию температуры в системе, их природа и условия протекания принципиально отличаются.

Механизм теплопроводности

Теплопроводность — это процесс переноса внутренней энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счёт хаотического движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, свободных электронов). Важнейшей особенностью этого механизма является то, что перенос энергии происходит без переноса самого вещества. Частицы, колеблясь около своих положений равновесия (в твердых телах) или двигаясь хаотично (в жидкостях и газах), сталкиваются с соседними частицами и передают им часть своей кинетической энергии. Этот процесс распространяется по всему объему тела.

Теплопроводность свойственна всем агрегатным состояниям вещества: твердым телам, жидкостям и газам. Наиболее эффективно она проявляется в твердых телах, особенно в металлах, где основную роль в переносе тепла играют свободные электроны. В газах и жидкостях теплопроводность значительно слабее из-за больших расстояний между молекулами и менее интенсивного их взаимодействия.

Механизм конвекции

Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится потоками или струями самого вещества (жидкости или газа). В отличие от теплопроводности, здесь происходит макроскопический перенос вещества. Механизм естественной конвекции основан на явлении теплового расширения и действии силы тяжести.

Например, при нагревании жидкости или газа снизу, нижние слои расширяются, их плотность уменьшается. Под действием архимедовой силы эти более легкие слои поднимаются вверх, а на их место опускаются более холодные и плотные верхние слои. В результате возникают циркулирующие потоки, называемые конвекционными, которые эффективно переносят тепло по всему объему.

Конвекция возможна только в средах, где вещество может перемещаться, то есть в жидкостях и газах. Она не может происходить в твердых телах (где частицы жестко связаны) и в вакууме (где нет вещества).

Сравнение ключевых параметров

Основной принцип:
Теплопроводность: Передача энергии через взаимодействие частиц без переноса вещества.
Конвекция: Передача энергии путем перемещения масс вещества.

Среда распространения:
Теплопроводность: Твердые тела, жидкости, газы.
Конвекция: Только жидкости и газы.

Зависимость от внешних сил:
Теплопроводность: Не зависит от силы тяжести.
Конвекция (естественная): Невозможна без силы тяжести (или другой массовой силы), так как именно она создает подъемную силу для нагретых, менее плотных слоев.

Эффективность в жидкостях и газах:
Теплопроводность: Относительно низкая.
Конвекция: Как правило, значительно более эффективный механизм переноса тепла.

Таким образом, ключевое различие между теплопроводностью и конвекцией заключается в наличии или отсутствии макроскопического переноса вещества в процессе передачи тепла.

Ответ: Теплопроводность — это перенос тепла за счёт взаимодействия микрочастиц без переноса самого вещества, происходящий во всех агрегатных состояниях. Конвекция — это перенос тепла потоками самого вещества (жидкости или газа), который невозможен в твердых телах и вакууме. Основное отличие состоит в том, что при конвекции происходит перенос вещества, а при теплопроводности — нет.