ПРАВОСЛАВНАЯ ЦЕРКОВЬ.Православная Церковь не является каким-то чисто земным...
1. только конвекция;
2. только теплопроводность;
3. только излучение
Что называется тепловым движением?
1. упорядоченное движение большого числа молекул;
2. непрерывное беспорядочное движение большого числа молекул;
3. прямолинейное движение отдельной молекулы.
17. Какое из приведенных ниже вариантов является определением внутренней энергии?
1. энергия, которой обладает тело вследствие своего движения;
2. энергия, которая определяется положением взаимодействующего тел или частей одного и того же тела;
3. энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.
От каких физических величин зависит внутренняя энергия тела?
1. от массы и скорости тела;
2. от высоты над землёй и скорости;
3. от температуры и массы тела.
В каком состоянии вещества конвекция протекает быстрее (при одинаковых условиях)?
1. в жидком;
2. в твердом;
3. в газообразном.
Какое движение молекул и атомов в твердом состоянии называется тепловым?
1. беспорядочное движение частиц во всевозможных направлениях с различными скоростями;
2. беспорядочное движение частиц во всевозможных направлениях с одинаковыми скоростями при одинаковой температуре;
3. упорядоченное движение частиц со скоростью, пропорциональной температуре;
4. колебательное движение частиц в различных направлениях около определенных положений равновесия.
В каком, из перечисленных случаев энергия телу передается в основном теплопроводностью?
1. от нагретой Земли верхним слоем атмосферы;
2. человеку, греющемуся у костра;
3. от горячего утюга к разглаживаемому белью;
4. человеку, согревающемуся бегом.
17. Основу структуры биологических мембран составляют:
1. слой белков;
2. углеводы;
3. двойной слой фосфолипидов;
4. аминокислоты;
5. двойная спираль ДНК.
18. Для возникновения трансмембранной разности потенциалов необходимо и достаточно:
1. наличие избирательной проницаемости мембраны;
2. различие концентраций ионов по обе стороны от мембраны;
3. наличие избирательной проницаемости и различие концентраций ионов по обе стороны от мембраны;
4. появление автоволновых процессов;
5. повышенная проницаемость для ионов.
Активный транспорт ионов осуществляется за счет. . .
1. энергии гидролиза макроэргических связей АТФ;
2. процессов диффузии ионов через мембраны;
3. переноса ионов через мембрану с участием молекул – переносчиков;
4. латеральной диффузии молекул в мембране;
5. электродиффузии ионов.
Уравнение Нернста для потенциала покоя показывает, что. . .
1. потенциал покоя возникает в результате активного транспорта;
2. перенос ионов определяется неравномерностью их распределения (градиентом концентрации) и воздействием электрического поля (градиентом электрического потенциал);
3. главная роль в возникновении потенциала покоя принадлежит ионам калия;
4. мембраны обладают избирательной проницаемостью;
5. коэффициент проницаемости веществ через мембрану определяется их подвижностью.
При условии, что мембрана проницаема только для ионов калия, уравнение Гольдмана- Ходжкина-Катца трансформируется в уравнение. . .
1. Нернста для ионов калия;
2. Нернста для ионов натрия;
3. Фика для диффузии ионов калия.
22.Какое трансмембранное перераспределение ионов К⁺ и Na⁺ характерно для начального момента развития потенциала действия?
1. активное проникновение ионов К⁺ внутрь клетки;
2. активное проникновение ионов Na⁺ внутрь клетки;
3. активный выброс ионов К⁺ из клетки;
4. активный выброс ионов Na⁺ из клетки.
Какой знак имеет разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностями клеточных мембран в состоянии покоя?
1. положительный;
2. отрицательный;
3. разность потенциалов равна нулю.
Какие ионы вносят вклад в создание потенциала покоя клеточных мембран?
1. ионы Na⁺ и Cl - ;
2. ионы К⁺
3. ионы Сa 2+ , К⁺ и Cl - ;
4. ионы К⁺, Na⁺ и Cа 2+ .
25.Наличие в биологических мембранах емкостных свойств подтверждается тем, что:
1. сила тока опережает по фазе приложенное напряжение;
2. сила тока отстает по фазе от приложенного напряжения;
3. сила тока совпадает по фазе с приложенным напряжением.
26. Укажите правильные высказывания:
1) Диффузия заряженных частиц через мембрану подчиняется уравнению Фика.
2) Диффузия заряженных частиц через мембрану подчиняется уравнению Нернста;
3) Диффузия незаряженных частиц через мембрану подчиняется уравнению Нернста.
27. Укажите правильные высказывания:
1) Коэффициент проницаемости мембраны для ионов калия выше, чем для ионов натрия или хлора, когда на мембране клетки генерируется потенциал покоя.
2) При возникновении потенциала действия коэффициент проницаемости мембраны для ионов натрия имеет самое высокое значение.
3) При возникновении потенциала действия коэффициент проницаемости мембраны для ионов хлора имеет самое высокое значение.
28. Укажите правильные высказывания:
1) Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца описывает возникновение только потенциала покоя, но не потенциала действия.
2) Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца описывает возникновение только потенциала действия, но не потенциала покоя.
3) Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца описывает возникновение трансмембранной разности потенциалов на мембранах как в случае генерации потенциалов покоя, так и потенциалов действия.
Пусть отношение концентраций ионов калия по разные стороны от мембраны равно 10 и мембрана избирательно проницаема для калия. Возникающая при этом трансмембранная разность потенциалов равна 60 мВ. Чему будет равна разность потенциалов, если заменить ионы калия ионами кальция в тех же концентрациях и сделать мембрану избирательно проницаемой для кальция?
30.В покое мембрана клеток:
1.непроницаема для ионов Na⁺ и К⁺;
2.проницаема для ионов Na⁺ в 25 раз больше, чем для ионов К⁺;
3.проницаема для ионов К⁺ в 25 раз больше, чем для ионов Na⁺;
4.одинаково проницаема для ионов Na⁺ и К⁺.
31. Na⁺ - К⁺ насос переносит:
1. 3 К⁺ наружу, 2 Na⁺ внутрь клетки;
2. 3 Na⁺ внутрь клетки, 2 К⁺ наружу;
3. 3 Na⁺ наружу, 2 К⁺ внутрь клетки;
4. 3 К⁺ внутрь клетки, 2 Nа⁺ наружу.
32. Уравнение Фика описывает:
1. пассивный транспорт;
2. транспорт неэлектролитов;
3. транспорт ионов;
4. активный транспорт.
33. Для возникновения трансмембранной разности потенциалов необходимо и достаточно выполнения следующих двух условий:
1) мембрана должна содержать интегральные белки;
2) мембрана должна содержать поверхностные белки;
3) должна существовать избирательная проницаемость ионов через мембрану;
4) концентрации ионов по обе стороны от мембраны должны различаться;
1. Методы исследования проницаемости мембран:
A. Осмотический метод
B. Калориметрический метод
C. Индикаторный метод
D. Электронно-микроскопический метод
E. Радиоизотопный метод
F. Метод измерения электропроводности
2. Понятие транспорта включает:
A. Способность мембраны пропускать данное вещество
B. Способ проникновения вещества через мембрану
C. Кинетику проникновения вещества через мембрану
3. Транспорт, осуществляемый против градиента с затратой энергии макроэргов, называется:
A. Активный
B. Пассивный
C. Электрогенный
4. Активный от пассивного вида транспорта отличается:
A. Направлением относительно градиента концентрации
B. Использованием энергии
C. Видом переносимых ионов
5. Перенос ион-транспортирующей системой двух ионов в противоположных направлениях называется:
A. Унипорт
B. Симпорт
C. Антипорт
6. Простая диффузия – это:
7. Облегченная диффузия – это:
A. Процесс самопроизвольного проникновения вещества через мембрану по градиенту концентрации
B. Процесс самопроизвольного проникновения вещества через мембрану против градиента концентрации
C. Процесс проникновения вещества через мембрану по градиенту концентрации с участием белка-переносчика
8. Кинетика процесса диффузии вещества через клеточную мембрану описывается:
A. Уравнением Коллендера-Берлунда
B. Уравнением Фика
C. Уравнением Бернулли
9. Кинетика процесса облегченной диффузии описывается уравнением:
B. Коллендера-Берлунда
C. Михаэлиса-Ментен
10. Механизмы проникновения воды через клеточную мембрану:
A. Через поры, сформированные интегральными белками
B. Через структурные дефекты в мембране – кинки
C. Посредством растворения в липидном бислое
11. Осмос – это движение воды через мембрану:
12. Онкотическое давление – это:
A. Осмотическое давление внутри клетки
B. Компонент осмотического давления, обусловленный белками
C. Осмотическое давление в клетках злокачественной опухоли
13. Фильтрация – это движение воды через мембрану:
A. В область меньшего гидростатического давления
B. В область меньшей концентрации растворенных веществ
C. В область большей концентрации растворенных веществ
14. Клеточные мембраны выполняют следующие функции:
A. Компартментация
B. Рецепторная
C. Транспортная
D. Проведение нервного импульса
E. Мышечное сокращение
F. Межклеточные взаимодействия
15. В состав биомембран входят:
C. Гликопротеиды
16. Мембранные липиды представлены следующими классами:
A. Фосфолипилы
B. Гликопротеиды
C. Гликолипиды
D. Стероиды
17. Липидные молекулы являются:
A. Гидрофобными соединениями
B. Гидрофильными соединениями
C. Амфифильными соединениями
18. Фазовые переходы в мембране осуществляются между следующими состояниями:
A. Гель – золь
B. Гель – жидкая фаза
C. Жидкий кристалл – гель
19. По расположению в мембране белки делятся на:
A. Переферические
B. Интегральные
C. Ферментативные
D. Полуинтегральные
E. Монотопические
20. Белки мембран составляют следующие функциональные группы (укажите неправильный ответ):
A. Ферментативные
B. Белки цитоскелета
C. Сократительные
D. Рецепторы
21. Липиды могут модифицировать структуру мембранных белков:
A. Вторичную
B. Третичную
C. Четвертичную
22. Мозаичную модель мембраны предложили:
A. Синжер и Николсон
B. Даниэли и Девсон
C. Варбург и Нигилейн
D. Гортер и Грендель
23. Современным представлениям о структуре мембран соответствует:
A. Модель липидного бислоя
B. Мозаичная модель
C. Унитарная модель
ТЕМА : повторение темы «Виды теплопередачи»
ЦЕЛИ УРОКА:
1. Повторить пройденный по теме материал.
2. Проверить приобретённые по теме знания.
3. Научиться, с помощью полученных знаний, объяснять различные физические явления, происходящие в природе, быту и технике.
План УРОКА.
I. Организационный момент.
II. Повторение пройденного материала.
Мы завершили изучение темы «Виды теплопередачи». Мы узнали, что теплопередача играет огромную роль в природе быту и технике, поэтому человеку необходимо хорошо разбираться в этой теме, чтобы правильно, с пользой для себя применять эти знания в нашей повседневной жизни. Именно для этого мы сегодня ещё раз поговорим о различных видах теплопередачи.
Давайте сначала повторим основные понятия темы.
(ЗАПУСК ПРЕЗЕНТАЦИИ)
Вспомним (учащиеся для ответов на вопросы об основных понятиях могут использовать рабочую тетрадь)
1. Что такое теплопередача? (вопросы дублируются на экране с помощью презентации).
2. Какие виды теплопередачи вы знаете?
3. Что такое теплопроводность?
4. Одинаковая ли теплопроводность у разных тел?
5. У каких тел она самая большая?
6. Что обладает самой маленькой теплопроводностью?
7. Где теплопроводность не возможна? Почему?
8. Что такое конвекция?
9. Что такое излучение?
III. Ну а теперь попробуем ответить на вопросы, связанные с проявлениями разных видов теплопроводности в природе, быту и технике.
1. В чашку налит горячий чай. Каким видом теплопередачи осуществляется теплообмен между чаем и стенками чашки?
2. Почему мы обжигаем губы, когда пьём горячий чай из металлической кружки, и не обжигаем, когда пьём из фарфоровой кружки?
3. Почему форточки располагают в верхней части окна?
4. Два одинаковых по размеру чайника наполнили водой и нагрели воду до кипения. В Каком чайнике вода быстрее остынет, в белом или чёрном?
5. Почему выражение «шуба греет»
не верно?
IV. Мы основательно повторили тему «Виды теплопередачи». А теперь проверим, как хорошо вы усвоили материал. Для этого вы ответите на вопросы теста.
ТЕСТ.
1. Как осуществляется передача энергии от Солнца к Земле?
а) теплопроводностью; б) излучением;
в)конвекцией; г) работой.
а) чтобы их не повредили; б) чтобы они не мешались; в) чтобы в них не замёрзла вода;
г) чтобы на них не падал солнечный свет.
3. В каком направлении дует ветер в жаркий летний день на берегу моря?
а) с моря на сушу; б) с суши на море;
в) с запада на восток г) с востока на запад.
4.какие виды теплопередачи учтены при создании термоса?
а) теплопроводность и излучение; б) излучение и конвекция;
в) теплопроводность; г) конвекция.
5. Почему подвал самое холодное место в доме?
а) потому что там темно; б) потому что близко к земле; в) туда не проникает тёплый воздух;
г) туда опускается холодный воздух из-за конвекции.
6.Почему в ясные зимние ночи мороз сильнее, чем в облачную погоду?
а)потому что ночью темно; б) потому что облака передают земле свою энергию; в) в безоблачную погоду энергия легче излучается в космос и земля быстрей остывает;
г) нет правильного ответа.
7.Какой вид теплопередачи сопровождается переносом вещества?
а) теплопроводность; б) излучение;
в)теплопроводность и излучение; г) конвекция.
8.Почему батареи отопления ставят обычно под окнами?
а) чтобы удобнее было их мыть;
б) чтобы холодный воздух из форточки опускался вниз и нагреваясь, поднимался вверх;
в) чтобы заполнить место под подоконником;
г) нет правильных ответов.
9. Каким способом нагревается пища в микроволновой печи?
а) излучением; б) работой; в) теплопроводностью; г) конвекцией;
10.Какое из перечисленных веществ имеет наименьшую теплопроводность?
а) серебро; б) воздух; в) вода; г) дерево.
V. Взаимопроверка теста.
ОТВЕТЫ К ТЕСТУ
ОЦЕНКА ОТВЕТА.
Правильные ответы Оценка
менее 5 оценка не ставится
VI. Подведение итогов урока.
Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.
Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Теплопроводность
Теплопроводность - это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная пе¬редача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.
Теплопроводность не сопровождается переносом вещества! Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, пере¬носится лишь энергия.
Теплопроводность различных веществ разная.
Можно провести следующий опыт – взят стакан с горячей водой и положить туда ложки из различных матераиалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и пластмассовую) Через 3 минуты посмотреть, одинаково ли нагрелись ложки?? Проанализируйте результат
Из таблицы видно, что металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается.
Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.
Рассмотрим опыт с теплопроводностью жидкостей. Если в бочку с водой опустить на дно лед, а верхний слой воды нагревать кипятильником. То вода у поверхности скоро закипит, а лед внизу не растает. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.
Плохой теплопроводностью обладают также воло¬сы, перья, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность - это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Металлы - твердые тела - жидкости - газы
Ослабление теплопроводности
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применя¬ют вещества с малой теплопроводностью. Так, ручки у кранов на батарее делают из пластмассы, также из аналогичного сплава делают ручки для кастрюль. Дома строят из бревен или пористого кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а зна¬чит, предохраняют помещения от охлаждения.
В настоящее время во многих регионах здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Сваи делают из прочного твердого материала, а внутри они заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
Теплопередача - это один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.
Существует 3 вида теплопередачи:
Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.
Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Это является частным случаем закона сохранения энергии.
ИНТЕРЕСНО
Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма!
Теплопроводность - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.
Не сопровождается переносом вещества!
Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.
Теплопроводность различных веществ разная.
Металлы обладают самой высокой теплопроводностью,
причем у разных металлов теплопроводность отличается.
Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.
При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.
Интересно, что можно было бы поднести руку почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура больше 1000 градусов) и не обжечь ее, если бы …
А что если бы?
Газ, как правило, очень плохой проводник тепла, поэтому достаточно было бы лишь небольшой прослойки воздуха между рукой и пламенем. Но!
Но существует такое явление, как конвекция в газах, поэтому вблизи пламени руку сильно жжет.
ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ
Знаешь ли ты, что...
Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
Это не сказка, не фантастика!
Такой проект реально разработан и испытан!
Итальянские ученые изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Ученые обещают, что летом в ней не будет жарко, а зимой – холодно, поскольку она сшита из специальных материалов. Подобные материалы уже используются при космических полетах.
В старых пулеметах "Максим" нагревание воды предохраняло оружие от расплавления.
На кухне, поднимая посуду, наполненную горячей жидкостью, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все прмежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной - водой. Смотри, не обожгись!
Огонь в решете
Явление, о котором рассказано ниже демонстрирует свойство металлов хорошо проводить тепло.
Если изготовить сетку из проволоки, обеспечив хорошее соединение металла в местах перекрещивания проволоки, и поместить ее над газовой горелкой, то можно при включенном вентиле поджечь газ над сеткой, в то время как под сеткой он гореть не будет. А если зажечь газ под сеткой, то наверх через сетку огонь « не просочится»!
В те времена, когда еще не было электрических шахтерских лампочек, пользовались лампой Дэви.
Это была свеча, «посаженная» в металлическую клетку. И даже, если шахта наполнялась легковоспламеняющимися газами, лампа Дэви была безопасна и не вызывала взрыва - пламя не выходило за пределы лампы,благодаря металлической сетке.
Положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало - холоднее.
Почему?
Ведь температура окружающего воздуха одинаковая!
Стекло - хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет "отбирать" от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет, нагреваясь, "отбирать" тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.
ДОМАШНИЕ ОПЫТЫ
Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Объясните, почему бумага загорелась не сразу.
Используйте свои руки как термодатчики – обследуйте окружающие вас предметы. Найдите самые холодные на ощупь, сделайте вывод об их теплопроводности. По своим ощущениям составьте список веществ, обладающих разной теплопроводностью, от самой хорошей до самой плохой.
Подберите ложки из разных материалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и т.д.). Опустите их наполовину в сосуд с горячей водой. Через 1–2 мин проверьте, одинаково ли нагрелись их ручки. Проанализируйте результат.
Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий– в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу.
Приготовьте в морозилке лед. Сложите его в целлофановый пакет и оберните пуховым платком или обложите ватой. Можно дополнительно завернуть в шубу. Оставьте этот сверток на 5–7 ч,затем проверьте сохранность льда. Объясните наблюдаемое состояние. Предложите дома способ сохранения замороженных продуктов при размораживании холодильника.
ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ
(или " покумекаем"?)
1. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая? Почему?
2. Почему толстый человек в холодной воде меньше мерзнет, чем худой?
3. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20 градусов Цельсия, но в воде мерзнет при температуре 25 градусов Цельсия. Почему?
4. Если зимой к замерзшему стеклу(покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше.
Почему?
Теплопередача - это важный физический процесс. Он предполагает перенос теплоты и является сложным процессом, который состоит из совокупности простых превращений.
Существуют определенные виды теплопередачи: конвекция, теплопроводность, тепловое излучение.
Особенности процесса
Теория теплообмена является наукой об особенностях передачи теплоты. Теплопередача - это перенос энергии в газообразных, жидких, твердых средах.
Теория о теплоте появилась в середине XVIII века. Ее автором стал М. В. Ломоносов, который сформулировал механическую теорию теплоты, воспользовавшись законом сохранения и превращения энергии.
Варианты теплообмена
Теплопередача - это составная часть теплотехники. Разные тела могут обмениваться своей внутренней энергией в форме теплоты. Вариант теплообмена является самопроизвольным процессом передачи теплоты в свободном пространстве, который наблюдается при неравномерном распределении температур.
Разность в значениях температур является обязательным условием проведения теплообмена. Распространение тепла происходит от тел, имеющих более высокую температуру, к телам, обладающим меньшим ее показателем.
Результаты исследований
Теплопередача - это процесс переноса тепла и внутри твердого тела, но при условии, что есть разность температур.
Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что теплопередача ограждающих конструкций является сложным процессом. Для того чтобы упростить изучение сути явлений, связанных с передачей тепла, выделяют элементарные операции: кондукцию, излучение, конвекцию.
Теплопроводность: общая информация
Чаще всего используется какой вид теплопередачи? Переносом вещества внутри тела можно изменить температуру, например, нагревая металлический стержень, увеличить скорость теплового движения атомов, молекул, повысить показатель внутренней энергии, увеличить теплопроводность материала. По мере соударения частиц происходит постепенная передача энергии, в результате чего весь стержень меняет свою температуру.
Если рассматривать газообразные и жидкие вещества, то передача энергии путем теплопроводности в них имеет незначительные показатели.
Конвекция
Такие способы теплопередачи связаны с переносом теплоты при движении в газах или жидкостях из области с одним температурным значением в область с другим ее показателем. Существует подразделение конвекции на два вида: вынужденную и свободную.
Во втором случае происходит перемещение жидкости под воздействием разности в плотностях ее отдельных частей из-за нагревания. К примеру, в помещении от горячей поверхности радиатора холодный воздух поднимается вверх, получая от батареи дополнительное тепло.
В тех случаях, когда для перемещения тепла необходимо применение насоса, вентилятора, мешалки, ведут речь о вынужденной конвекции. Прогревание по всему объему жидкости в этом случае происходит существенно быстрее, нежели при свободной конвекции.
Излучение
Какой вид теплопередачи характеризует изменение температурного показателя в газообразной среде? Речь идет о тепловом излучении.
Именно оно предполагает перенос тепла в виде электромагнитных волн, подразумевающий двойной переход тепловой энергии в излучение, затем обратно.
Особенности передачи тепла
Для того чтобы проводить расчет теплопередачи, необходимо иметь представление о том, что для теплопроводности и конвекции нужна материальная среда, а для излучения в этом нет необходимости. В процессе теплообмена между телами наблюдается уменьшение температуры у того тела, у которого этот показатель имел большую величину.
На такую же точно величину повышается температура холодного тела, что подтверждает полноценный процесс обмена энергией.
Интенсивность теплообмена зависит от разности в температурах между телами, которые обмениваются энергией. Если она практически отсутствует, процесс завершается, устанавливается тепловое равновесие.
Характеристика процесса теплопроводности
Коэффициент теплопередачи связан со степенью нагретости тела. Температурным полем называют сумму показателей температур для разных точек пространства в определенный момент времени. При изменении значения температуры в единицу времени поле является нестационарным, для неизменной величины - стационарным видом.
Изотермическая поверхность
Независимо от температурного поля, всегда можно выявить точки, имеющие одинаковое температурное значение. Геометрическое расположение их образует определенную изотермическую поверхность.
В одной точке пространства не допускается одновременного нахождения двух разных температур, поэтому изотермические поверхности не могут пересекаться между собой. Можно сделать вывод о том, что изменение в теле значения температуры проявляется лишь в тех направлениях, которые пересекают изотермические поверхности.
Максимальный скачок отмечается в направлении нормали к поверхности. Температурный градиент представляет собой отношение наибольшего показателя температур к промежутку между изотермами и является векторной величиной.
Он показывает интенсивность изменения температуры внутри тела, определяет коэффициент теплопередачи. То количество теплоты, которое будет переноситься через любую изотермическую поверхность, называют тепловым потоком.
Под его плотностью подразумевают отношение к единице площади самой изотермической поверхности. Эти величины являются векторами, противоположными по направлению.
Закон Фурье
Он является основным законом теплопроводности. Суть его заключается в пропорциональности плотности теплового потока градиенту температуры.
Коэффициент теплопроводности характеризует способность тел пропускать теплоту, он зависит от физических свойств вещества и его химического состава, влажности, температуры, пористости. Влага при заполнении пор стимулирует повышение теплопроводности. При высокой пористости внутри тела содержится повышенное количество воздуха, что сказывается на уменьшении показателя теплопроводности.
Определенный коэффициент сопротивления теплопередаче есть у всех материалов, найти его можно в справочниках.
Теплопроводность в твердой стенке
В качестве обязательного условия для данного процесса считается разность температур поверхностей стенки. В такой ситуации образуется поток теплоты, который направлен от стенки с большим значением температуры к поверхности стенки с небольшой температурой.
По закону Фурье тепловой поток будет пропорционален площади стенки, а также температурному напору, и обратно пропорционален толщине этой стенки.
Приведенное сопротивление теплопередаче зависит от теплопроводности материала, из которого изготовлены стенки. Если они включают в себя несколько разных слоев, их считают многослойными поверхностями.
В качестве примера подобных материалов можно назвать стены домов, где на кирпичный слой наносят внутреннюю штукатурку, а также внешнюю облицовку. В случае загрязнения наружной поверхности передающей тепловую энергию, к примеру, радиаторов либо двигателей, грязь можно рассмотреть как наложение нового слоя, имеющего незначительный коэффициент теплопроводности.
Именно из-за этого снижается теплообмен, возникает угроза перегревания работающего двигателя. Аналогичный эффект вызывает нагар и накипь. При увеличении количества слоев стенки растет ее максимальное термическое сопротивление, уменьшается величина теплового потока.
Для многослойных стенок распределение температуры является ломаной линией. Во многих теплообменных аппаратах осуществляется прохождение теплового потока через стенки круглых трубок. Если нагревающее тело движется внутри таких трубок, то в таком случае тепловой поток направлен к наружным стенкам от внутренних частей. При наружном варианте наблюдается обратный процесс.
Теплопередача: особенности процесса
Существует взаимодействие между тепловым излучением, конвекцией, теплопроводностью. Например, в процессе конвекции происходит тепловое излучение. Теплопроводность в пористых материалах невозможна без излучения и конвекции.
При проведении практических вычислений деление сложных процессов на отдельные явления не всегда целесообразно и возможно. В основном результат суммарного воздействия нескольких простейших явлений приписывают тому процессу, который считается основным в конкретном случае.
Второстепенные процессы при таком подходе учитывают только для количественных вычислений.
В современных теплообменных аппаратах происходит передача теплоты от одного вида жидкости к другой жидкости через стенку, которая их разделяет. Важным фактором, который влияет на коэффициент теплообмена, является форма стенки. Если она плоская, в таком случае можно выделить три этапа теплопередачи:
- к поверхности стенки от нагревающей жидкости;
- теплопроводностью через стенку;
- к нагреваемой жидкости к поверхности стенки.
Полное термическое сопротивление теплопередачи является величиной, которая обратна коэффициенту теплопередачи.
Заключение
Теплопроводность является процессом передачи внутренней энергии от нагретых участков тела к его холодным частям. Подобный процесс осуществляется с помощью беспорядочно движущихся атомов, молекул, электронов. Такой процесс может происходить в телах, которые имеют неоднородное распределение значений температур, но будет отличаться в зависимости от агрегатного состояния рассматриваемого вещества.
Можно рассматривать данную величину в качестве количественной характеристики способности тела к провождению тепла. Удельной теплопроводностью называют количество тепла, которое может проходить через материал, имеющий толщину 1м, площадь 1 м²/сек.
Долгое время считали, что существует взаимосвязь между передачей тепловой энергии и перетеканием от тела к телу теплорода. Но после проведения многочисленных экспериментов была выявлена зависимость подобных процессов от температуры.
В реальности при проведении математических расчетов, касающихся определения количества теплоты, передаваемой разными способами, учитывают проводимость путем конвекции, а также проникающее излучение. Коэффициент теплопередачи связан со скоростью передвижения жидкости, характером движения, его природой, а также с физическими параметрами движущейся среды.
В качестве носителей лучистой энергии выступают электромагнитные колебания, имеющие разную длину волн. Излучать их могут любые тела, температура которых превышает нулевое значение.
Излучение является результатом процессов, происходящих внутри тела. При попадании его на другие тела наблюдается частичное ее поглощение и частичное поглощение телом.
Закон Планка определяет зависимость плотности поверхностного потока излучения черного тела от абсолютной температуры и длины волны.
Простейшие виды теплообмена, которые были рассмотрены выше, не существуют по отдельности, они взаимосвязаны друг с другом. Сочетание их является сложным теплообменом, который предполагает серьезное изучение и детальное рассмотрение.
В теплотехнических расчетах используют суммарный коэффициент передачи тепла, который представляет собой совокупность коэффициентов теплоотдачи соприкосновением, которое учитывает теплопроводность, конвекцию, излучение.
При правильном подходе и учете отдельных тепловых явлений можно с высокой достоверностью рассчитать количество теплоты, переданное телу.
