Теплопроводность 8 класс с ответами

Тесты по физике 8 класс. Тема: «Теплопроводность»

Правильный вариант ответа отмечен знаком +

1. Теплопроводность может присутствовать во многих средах. Но какая из них не может передавать тепло?

+ пустое пространство, полный вакуум.

— газообразная среда.

— жидкостная среда.

— твердая среда (твердое тело).

2. При теплопроводности тело распределяет свою внутреннюю энергию от нагретой части к холодной путем …

— воздействия внешних сил, которые притягивают быстрые молекулы к статичным.

— перемещения быстрых молекул в холодную часть, а молекул статичных в горячую.

— обмена энергий быстрых молекул на энергию статичных.

+ такого взаимодействия молекул тела, при котором энер­гия быстро движущихся молекул передается более медленным.

3. Если металлический прут опустить одним концом в кипящую воду, то что произойдет с изделием?

— Конец металлического прута сильно нагреется, а потом покраснеет.

— Конец металлического прута останется нагретым до состояния комнатной температуры.

+ Прут будет сильно нагреваться с обоих своих концов.

— Прут нагреется только с конца, который не опущен в воду.

4. Что происходит при сильном нагревании какого-либо тела?

— На него перестает действовать сила трения, а скорость молекул внутри начинает уменьшаться.

— На него перестает оказываться атмосферное давление, а скорость молекул внутри начинает увеличиваться.

— Его поверхность сильно нагревается, а скорость молекул внутри уменьшается.

+ Его поверхность сильно нагревается, а скорость молекул внутри увеличивается.

5. Если взять деревянную палку, а потом опустить один ее конце в костер, то дерево не будет нагреваться равномерно. Это говорит о том, что…

+ У дерева плохая теплопроводность.

— У дерева хорошая теплопроводность.

— У дерева молекулы не имеют достаточного запаса кинетической энергии.

— У дерева нет свободных электронов, которые могли бы ускорить процесс нагревания.

6. Внизу перечислены несколько изделий из разных материалов. У какого из них самая высокая теплопроводность?

— Деревянные ложки, которые покрыты лаком.

+ Металлические ножницы, которые покрыты слоем цинка.

— Стеклянная елочная игрушка, которая покрыта сверху побелкой.

— Резиновый футбольный мячик, который покрыт сверху краской.

7. Явление теплопроводности может протекать во многих средах. Но может ли присутствовать теплопроводность в пространстве, где нет частиц?

+ В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

— В пространстве, где нет частиц, теплопроводность может осуществляться частично.

— В пространстве, где нет частиц, теплопроводность зависит от давления.

— В пространстве, где нет частиц, теплопроводность может осуществляться так же, как и в веществе.

8. Почему газы обладают плохой теплопроводностью?

+ расстояние между молекулами газа намного больше, чем в жидкостях и твёрдых телах;

— скорость движения молекул газа меньше, чем в жидкостях и твёрдых телах;

— внутренняя энергия газов меньше, чем жидкостей и твёрдых тел.

— кинетическая энергия отдельных молекул у газов меньше, чем у жидкостей и у твердых тел.

9. В термосе имеется две основных емкости. Первая предназначена для жидкости, а вторая для того, чтобы сберегать тепло. Между первой и второй емкостью всегда есть небольшой воздушный зазор. Какую функцию он выполняет?

— Зазор нужен для того, чтобы уберечь термос от протечки.

+ Зазор выполняет функцию теплоизолятора, так как воздух плохо проводит тепло, оставляя жидкость горячей.

— Зазор нужен для того, чтобы снизить возможные повреждения термоса, ослабить удар о корпус емкости.

— Зазор выполняет функцию «заряда» для молекул жидкости. Они бьются о стенки и ускоряются, что не дает жидкости остыть.

тест 10. На столе лежат три разных тела разной температуры. Что произойдет, если эти три тела смогут контактировать друг с другом довольно продолжительное время?

— Все три тела приобретут температуру равную самой максимальной.

— Все три тела приобретут температуру равную самой минимальной.

+ Все три тела приобретут температуру, которая установится в результате теплового обмена и будет меньше максимальной и больше минимальной.

— Тело №2 полностью поглотит все тепло тел №1 и №3.

11. В кастрюле находится жидкость достаточно высокой температуры. Во что лучше завернуть емкость, чтобы она дольше и лучше сохраняла тепло, оставаясь горячей?

— В бумажную газету, так как ее молекулы достаточно плотные, не пропускают много тепла.

+ В пуховое одеяло, так как между ворсинками есть воздушная прослойка, которая обладает плохой теплопроводностью.

— В фольгу, так как две металлические оболочки будут обмениваться молекулами, не давая теплу проникнут наружу.

— Полотенце, так как оно сможет образовать воздушную прослойку, которая обладает плохой теплопроводностью.

12. Жидкости могут испаряться благодаря…

— Накопленной внутренней энергии, которая отдается воздуху.

+ Границе между средами, на всей поверхности которой происходит отдача молекул жидкостью.

— Кинетической энергии, которой обладают молекулы воздуха.

— Строению вещества сосуда, в котором они находятся.

13. Испарение жидкостей можно отнести к тепловым явлениям, так как…

+ При увеличении температуры процесс ускоряется.

— При изменении температуры процесс не изменяет своей скорости.

— В процессе есть взаимодействие потенциальной и кинетической энергии молекул.

— Во время протекания процесса выделяется тепло.

14. В сосуды налита холодная, теплая и горячая вода. Из какого сосуда вода испаряется наименее интенсивно?

+ из сосуда с холодной водой.

— из сосуда с теплой водой.

— из сосуда с горячей водой.

— из всех сосудов вода испаряется с одинаковой скоростью.

15. В каких телах — твердых, жидких, газообразных — возможна теплопередача конвекцией?

— В жидких и газообразных телах.

— В газообразных и твердых телах.

— Только в твердых телах.

+ Только в жидких телах.

16. Естественная конвекция наблюдается…

+ в воде, когда ее греют в котелке над костром.

— в бульоне при размешивании в нем соли.

— в воздухе при работе вентилятора.

— в воде, когда от брошенного в нее камня расходятся круги

17. Тело будет интенсивнее излучать энергию, если оно

— имеет высокую плотность.

— имеет большой объем.

— находится в равноускоренном движении.

+ имеет высокую температуру.

18. На столе лежат три шара разного цвета. Один черный, другой серый, а третий белый. Какой из этих шаров быстрее нагреется на солнце?

+ Черный шар.

— Серый шар.

— Белый шар.

— Цвет шаров не влияет на степень нагревания.

19. Какой способ теплопередачи позволяет людям греться у костра?

+ Излучение.

— Теплопроводность.

— Конвекция.

— всеми тремя видами теплопередачи.

тест-20. Если воздушный шар поднимается в верхние слои атмосферы, то есть угроза его повреждения солнечными лучами. Каким образом можно это предотвратить?

— Покрасить шар в более темные тона.

+ Покрасить шар в более светлые тона.

— Изменить материл шара на тот, который имеет большую теплопроводность.

— Накрыть шар пуховым одеялом.

21. Под действием каких сил теплые слои воздуха поднимаются вверх?

— Силы тяжести.

— Силы трения.

— Силы притяжения.

+ Силы Архимеда.

22. На какую полку — самую верхнюю или самую нижнюю — надо поставить банку с вареньем в комнате-кладовке, чтобы оно лучше сохранялось?

— На самую верхнюю

+ На самую нижнюю

— Этот фактор не влияет на сохранность варенья.

— Зависит от материала банки (алюминий или стекло).

Тест по физике Виды теплопередачи 8 класс

06.09.2022 Физика Тесты8 класс

Тест по физике Виды теплопередачи 8 класс с ответами. Тест включает два варианта, в каждом по 10 заданий.

Вариант 1

1. На каком из способов теплопередачи основано нагревание твердых тел?

А. теплопроводность
Б. конвекция
В. излучение

2. Какой вид теплопередачи сопровождается переносом вещества?

А. теплопроводность
Б. конвекция
В. излучение

3. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наибольшую теплопроводность?

А. мех
Б. дерево
В. сталь

4. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наименьшую теплопроводность?

А. опилки
Б. свинец
В. медь

5. В какой кастрюле находящаяся в ней жидкость охладится быстрее (рис. 35)?

А. 1
Б. 2
В. жидкость охладится быстрее, если положить лед сбоку

6. Назовите возможный способ теплопередачи между телами, разделенными безвоздушным пространством

А. теплопроводность
Б. конвекция
В. излучение

7. Металлическая ручка и деревянная дверь будут казаться на ощупь одинаково нагретыми при температуре …

А. выше температуры тела
Б. ниже температуры тела
В. равной температуре тела

8. В каком направлении в атмосфере перемещается воздух в жаркий летний день (рис. 36)?

А. АВСD
Б. ADCB

9. Что происходит с температурой тела, если оно поглощает столько же энергии, сколько излучает?

А. тело нагревается
Б. тело охлаждается
В. температура тела не меняется

10. Какой из стаканов (рис. 37) при наливании кипятка с большей вероятностью останется цел?

А. 1
Б. 2

Вариант 2

1. Каким из способов происходит теплопередача в жидкостях?

А. теплопроводность
Б. конвекция
В. излучение

2. Какие виды теплопередачи не сопровождаются переносом вещества?

А. конвекция и теплопроводность
Б. излучение и конвекция
В. теплопроводность и излучение

3. Какое из перечисленных ниже веществ обладает наименьшей теплопроводностью?

А. воздух
Б. чугун
В. алюминий

4. Какое из перечисленных ниже веществ обладает хорошей теплопроводностью?

А. солома
Б. вата
В. железо

5. В каком чайнике кипяток остынет быстрее (рис. 38)?

А. 1
Б. 2

6. В каких случаях теплопередача может происходить путем конвекции?

А. в песке

Б. в воздухе
В. в камне

7. Металлическая ручка будет казаться на ощупь холоднее деревянной двери при температуре …

А. выше температуры тела
Б. ниже температуры тела
В. равной температуре тела

8. Верхнюю часть пробирки со льдом поместили в пламя. Расплавится ли лед в нижней части пробирки (рис. 39)?

А. не расплавится
Б. расплавится

9. Что происходит с температурой тела, если оно больше поглощает энергии, чем излучает?

А. тело нагревается
Б. тело охлаждается
В. температура тела не меняется

10. При сравнении теплопроводности металлов для опыта были выбраны медный и стальной стержни, к которым прикреплены пластилином кнопки (рис. 40). Какой стержень обладает большей теплопроводностью?

А. стальной
Б. медный

Ответы на тест по физике Виды теплопередачи 8 класс
Вариант 1
1-А
2-В
3-В
4-А
5-Б
6-В
7-В
8-Б
9-В
10-Б
Вариант 2
1-Б
2-В
3-А
4-В
5-Б
6-Б
7-Б
8-А
9-А
10-Б

PDF версия для печати
Тест Виды теплопередачи 8 класс
(181 Кб)

Опубликовано: 06.09.2022 Обновлено: 06.09.2022

Поделись с друзьями

Найти:

Примеры задач по теплопроводности

Тепло может передаваться через любое вещество, состоящее из атомов и молекул. В любой момент времени атомы находятся во многих состояниях движения. Тепло или тепловая энергия производится движением молекул и атомов и присутствует во всей материи.

Чем больше молекул движется, тем больше выделяется тепловой энергии. Однако когда дело доходит до теплопередачи, это просто относится к акту передачи тепла от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Тепло может перемещаться из одного места в другое различными путями. Между тем, если две системы имеют разность температур, тепло найдет способ перетекать из верхней системы в нижнюю.

Способы передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение.

Что такое проводимость?

Процесс передачи тепла от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкими температурами называется теплопроводностью.

Тепловая энергия передается из области с более высокой кинетической энергией в область с более низкой кинетической энергией. Когда высокоскоростные частицы сталкиваются с медленно движущимися частицами, кинетическая энергия медленно движущихся частиц увеличивается. Проводимость может происходить в твердых телах, жидкостях и газах.

Когда тепло передается от одной молекулы к другой путем теплопроводности, тепловая энергия обычно передается от одной молекулы к другой, поскольку они находятся в непосредственном контакте. Однако расположение молекул остается неизменным. Они просто резонируют друг с другом.

Уравнение проводимости

Когда дело доходит до проводимости, коэффициент теплопроводности показывает, что металлическое тело лучше передает тепло.

Для расчета скорости проводимости можно использовать следующее уравнение:

q = Q ⁄ t = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

где K – коэффициент теплопроводности, q – скорость теплопередачи, t – время переноса, Q – величина теплопередачи, А — площадь поверхности — толщина тела, T _h — температура горячей области и T _c — температура холодной области.

Примеры задач

Задача 1. Глыба льда толщиной 10 см с температурой 0 °С лежит на верхней поверхности 2400 см ² каменная плита. Сляб обрабатывают паром на нижней поверхности при температуре 100 °С. Найти теплопроводность камня, если 4000 г льда расплавляется за 1 час, если скрытая теплота плавления льда равна 80 кал/г.

Решение:

Дано:

Площадь плиты, A = 2400 см ²

Толщина льда, D = 10 см

100 °С – 0 °С = 100 °С

Время теплопередачи, t = 1 час = 3600 с

Количество теплопередачи, Q = м L = 4000 × 80 = 320000 кал

Скорость теплопередачи, q = Q ⁄ t = 320000 кал ⁄ 3600 с = 89 кал ⁄ с

Формула для скорости теплопередачи имеет вид:

q = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

Преобразуйте приведенную выше формулу в терминах K.

K = q d ⁄ A (T _h – T _c )

= (89 × 10) ⁄ (2400 × 100) кал ⁄ см с °C

= 3,7 × 10 ^-3 кал ⁄ см с °C

Следовательно, теплопроводность камня равна 3,7 × 10 ^-3 кал ⁄ см с °C .

Задача 2. Металлический стержень длиной 0,4 м и диаметром 0,04 м имеет один конец при температуре 373 К, а другой конец при 273 К. Рассчитайте общее количество тепла, переданного за 1 минуту. (Дано K = 385 Дж ⁄ м с °C)

Решение:

Дано:

Теплопроводность, K = 385 Дж ⁄ м с °C

Длина стержня, d = 0,4 м

Диаметр стержня, D = 0,04 м

Площадь плиты, A = π D ² ⁄ 4 = 0,001256 м – T _c = 373 K – 273 K = 100 K

Время теплопередачи, t = 1 мин = 60 с

Формула для скорости теплопередачи:

Q ⁄ t = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

Q = K A t (T _h – T _c ) ⁄ d

= (385 × 0,001256 × 60 × 100) ⁄ 0,4 Дж

= 7,25 × 10 ³ Дж

Отсюда общее количество теплопередачи равно 7,25 × 103 1 905 ³

Задача 3: Алюминиевый стержень и медный стержень одинаковой длины 2,0 м и площадью поперечного сечения 2 см ² сварены параллельно. Один конец выдерживают при температуре 10 °С, а другой — при 30 °С. Рассчитайте количество тепла, отводимого за секунду от горячего конца. (Теплопроводность алюминия составляет 200 Вт ⁄ м °C, а меди — 390 Вт ⁄ м °C).

Решение:

Дано:

Термическая проводимость алюминия, K _AL = 200 Вт M ° C

Термическая проводимость алюминия, K _CU = 390 Вт. Суммарная теплопроводность для параллельного соединения, K = 200 Вт ⁄ м °C + 390 Вт ⁄ м °C = 590 Вт ⁄ м °C

Длина стержня, d = 2 м

Площадь стержня, A = 2 см ² = 2 × 10 ^-4 м ²

Разность температур, Тл _h – T _c = 30 °C – 10 °C = 20 °C

Формула для скорости теплопередачи:

= (590 × 2 × 10 ^-4 × 20) ⁄ 2 Вт

= 1,18 Вт

Следовательно, общее количество теплопередачи равно 1,18 Вт .

Задача 4: Средняя скорость, с которой энергия передается наружу через поверхность земли в данном месте, составляет 50,0 мВт ⁄ м ² , а средняя теплопроводность приповерхностных пород составляет 2,00 Вт ⁄ м К. Приняв температуру поверхности 20,0 °С, найти температуру на глубине 25,0 км.

Решение:

Дано:

Средняя теплопроводность, k = 2,00 Вт м. M K

Глубина D = 25,0 км = 2,50 × 100044 4 M

Температура поверхности, T _C = 20,0 °C = (20 + 273) K = 293 K

Коэффициент теплопередачи на единицу площади, q ⁄ A = 50,0 мВт ⁄ м ² = 50,0 × 10 ^-3 Вт ⁄ м ²

3

2

5

5 Формула для скорости теплопередачи имеет вид:

q = K A (T _ч – T _c ) ⁄ d

Преобразуйте приведенную выше формулу в виде T _h .

T _H = Q D ± Ka + T _C

= ((50,0 × 10 ^-3 × 2,00 × 10 ⁴ ) ⁄ 2,00) + 293

= (500 + 293) K

= 893 – 273 К

= 520 °С

Отсюда температура на глубине 25,0 км составляет 520 °С .

Задача 5. Энергия, теряемая стальным листом толщиной 10 см, составляет 50 Вт. Принимая разницу температур в 10,0 К, найдите площадь листа. (Теплопроводность стали = 45 Вт ⁄ м К).

Решение:

Дано:

Теплопроводность, К = 45 Вт/м·К

Толщина плиты, d = 10 см = 0,1 м = 10,0 К

Потери энергии в секунду, q = 50 Вт

Формула для скорости теплопередачи: формула через A.

A = q d ⁄ K (T _H — T _C )

= (50 × 0,1) ⁄ (45 × 10,0) M ²

= 0,011 M ²

Отсутствие зоны районы сослови .

Задача 6: Одна грань алюминиевого куба со стороной 5 метров поддерживается при 60 ºC, а другой конец поддерживается при 0 ºC. Все остальные поверхности покрыты адиабатическими стенками. Найдите количество теплоты, прошедшее через куб за 2 с. (Теплопроводность алюминия 209Вт ⁄ м ºC).

Решение:

Дано:

Длина ребра куба, d = 5 м

Площадь поверхности куба, A = d ² = (5 м) 2 9 9 0 44 2

Разность температур, T _ч – T _c = 60 ºC – 0 ºC = 60 ºC

Теплопроводность, K = 209 Вт ⁄ м ºC

Время теплопередачи, t = 2 с

3 Формула для

скорость теплопередачи определяется как:

q = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

= (209 × 25 × 60) ⁄ 5 Дж

= 62700 Дж

= 62,7 кДж

КДж .

Задача 7: Алюминиевый стержень и медный стержень одинаковой длины 2,0 м и площадью поперечного сечения 2 см ² последовательно сварены. Один конец выдерживают при температуре 10 °С, а другой — при 30 °С. Рассчитайте количество тепла, отводимого за секунду от горячего конца. (Теплопроводность алюминия составляет 200 Вт ⁄ м °C, а меди — 390 Вт ⁄ м °C).

Решение:

Дано:

Термическая проводимость алюминия, K _AL = 200 Вт M ° C

Термическая проводимость алюминия, K _CU = 390 Вт. Комбинированная теплопроводность для параллельного соединения, 1 ⁄ K = 1 ⁄ 200 Вт ⁄ м °C + 1 ⁄ 390 Вт ⁄ м °C

K = (200 × 390) ⁄ (200 + 390) Вт ⁄ м °C

= 132,2 Вт ⁄ м °C

Длина стержня, d = 2 м

Площадь стержня, A = 2 см ² = 2 × 10 ^-4 м ²

Разность температур, T _ч – T _c = 30 °C – 10 °C = 20 °C

Формула для скорости теплопередачи дается как:

q = K A (T _h – T _c ) ⁄ d

= (132,2 × 2 × 10 ^-4 × 20) ⁄ 2 W

9003 W 90,9064 = 0,2 общая сумма теплопередачи 0,2644 Вт .

Учебное пособие по физике

На предыдущих страницах этого урока мы узнали, что тепло — это форма передачи энергии из места с высокой температурой в место с низкой температурой. Три основных метода передачи тепла — теплопроводность, конвекция и излучение — подробно обсуждались на предыдущей странице. Теперь мы исследуем тему скорости теплопередачи. Эта тема имеет большое значение из-за частой необходимости либо увеличивать, либо уменьшать скорость, с которой тепло перемещается между двумя точками. Например, те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, постоянно ищут способы согреть свои дома, не тратя слишком много денег. Тепло уходит из дома с более высокой температурой на улицу с более низкой температурой через стены, потолки, окна и двери. Мы прилагаем усилия, чтобы уменьшить эту потерю тепла, улучшая изоляцию стен и чердаков, заделывая окна и двери и покупая высокоэффективные окна и двери. В качестве другого примера рассмотрим производство электроэнергии. Бытовая электроэнергия чаще всего произвел с использованием ископаемого топлива или ядерного топлива . Способ включает выделение тепла в реакторе. Тепло передается воде, и вода переносит тепло к паровой турбине (или другому типу электрогенератора), где производится электричество . Задача состоит в том, чтобы эффективно передать тепло воде и паровой турбине с минимальными потерями. Следует обратить внимание на увеличение скоростей теплообмена в реакторе и турбине и уменьшение скоростей теплообмена в трубах между реактором и турбиной.

Итак, какие переменные влияют на скорость теплопередачи? Как можно регулировать скорость теплопередачи? Эти вопросы будут обсуждаться на этой странице Урока 1. Наше обсуждение будет ограничено переменными, влияющими на скорость теплопередачи путем теплопроводности . После обсуждения переменных, влияющих на скорость теплопередачи, мы рассмотрим математическое уравнение, выражающее зависимость скорости от этих переменных.

 

Разница температур

При теплопроводности тепло передается от места с высокой температурой к месту с низкой температурой. Передача тепла будет продолжаться до тех пор, пока существует разница температур между двумя точками. Как только в двух точках достигается одинаковая температура, устанавливается тепловое равновесие, и теплопередача прекращается. Ранее в этом уроке мы обсуждали передачу тепла в ситуации, когда металлическая банка с водой высокой температуры была помещена в чашку из пенопласта с водой низкой температуры. Если две пробы воды снабжены датчиками температуры, регистрирующими изменения температуры во времени, то получаются следующие графики.

На приведенных выше графиках наклон линии представляет собой скорость изменения температуры каждой отдельной пробы воды. Температура меняется из-за теплопередачи от горячей воды к холодной. Горячая вода теряет энергию, поэтому ее наклон отрицательный. Холодная вода набирает энергию, поэтому ее наклон положительный. Скорость изменения температуры пропорциональна скорости передачи тепла. Температура образца изменяется быстрее, если тепло передается с высокой скоростью, и медленнее, если тепло передается с низкой скоростью. Когда два образца достигают теплового равновесия, теплопередача прекращается и наклон равен нулю. Таким образом, мы можем рассматривать уклоны как меру скорости теплопередачи. С течением времени скорость теплопередачи уменьшается. Первоначально тепло передается с высокой скоростью, что отражается в более крутых склонах. И с течением времени наклоны линий становятся менее крутыми и более пологими.

Какая переменная способствует этому уменьшению скорости теплопередачи с течением времени? Ответ: разница температур двух емкостей с водой. Первоначально, когда скорость теплопередачи высока, горячая вода имеет температуру 70°C, а холодная вода имеет температуру 5°C. Два контейнера имеют разницу температур в 65°C. По мере того, как горячая вода начинает остывать, а холодная вода начинает нагреваться, разница в их температурах уменьшается и скорость теплообмена уменьшается. По мере приближения к тепловому равновесию их температуры приближаются к одному и тому же значению. При приближении разности температур к нулю скорость теплообмена приближается к нулю. В заключение, на скорость кондуктивной теплопередачи между двумя точками влияет разница температур между двумя точками.

 

Материал

Первая переменная, которую мы определили как влияющую на скорость кондуктивной теплопередачи, — это разница температур между двумя точками. Второй важной переменной являются материалы, участвующие в передаче. В предыдущем обсуждаемом сценарии металлическая банка с водой высокой температуры была помещена в чашку из пенопласта с водой низкой температуры. Тепло передавалось от воды через металл к воде. Важными материалами были вода, металл и вода. Что произойдет, если передать теплоту от горячей воды через стекло к холодной воде? Что произойдет, если теплота будет передаваться от горячей воды через пенопласт к холодной воде? Ответ: скорость теплообмена была бы другой. Замена внутренней металлической банки стеклянной банкой или чашкой из пенопласта изменит скорость теплопередачи. Скорость теплопередачи зависит от материала, через который передается тепло.

Влияние материала на скорость теплопередачи часто выражается числом, известным как теплопроводность. Значения теплопроводности представляют собой числовые значения, которые определяются экспериментальным путем. Чем выше это значение для конкретного материала, тем быстрее тепло будет передаваться через этот материал. Материалы с относительно высокой теплопроводностью называют теплопроводниками. Материалы с относительно низкими значениями теплопроводности называются теплоизоляторами. В таблице ниже приведены значения теплопроводности (k) для различных материалов в единицах Вт/м/°C.

Материал		к		Материал	к
Алюминий(и)		237		Песок(и)	0,06
Латунь (и)		110		Целлюлоза (ы)	0,039
Медь(и)		398		Стекловата(и)	0,040
Золото (а)		315		Вата (вата)	0,029
Чугун(ы)		55		Овечья шерсть(и)	0,038
Лид(ы)		35,2		Целлюлоза (ы)	0,039
Серебро (ы)		427		Пенополистирол (ы)	0,03
Цинк (ы)		113		Древесина (и)	0,13
Полиэтилен (HDPE) (s)		0,5		Ацетон (л)	0,16
Поливинилхлорид (ПВХ)		0,19		Вода (л)	0,58
Плотный кирпич (и)		1,6		Воздух (г)	0,024
Бетон (низкой плотности) (s)		0,2		Аргон (г)	0,016
Бетон (высокой плотности) (s)		1,5		Гелий (г)	0,142
Лед (ы)		2,18		Кислород (г)	0,024
Фарфор(ы)		1,05		Азот (г)	0,024

Источник: http://www. roymech.co.uk/Related/Thermos/Thermos_HeatTransfer.html

Как видно из таблицы, теплопроводность обычно передается со значительно большей скоростью через твердые тела (вещества) в сравнение с жидкостями (l) и газами (g). Теплопередача происходит с наивысшей скоростью для металлов (первые восемь элементов в левой колонке), потому что механизм проводимости включает подвижные электроны (как обсуждалось на предыдущей странице). Некоторые твердые вещества в правой колонке имеют очень низкие значения теплопроводности и считаются изоляторами. Структура этих твердых тел характеризуется карманами захваченного воздуха, перемежающимися между волокнами твердого тела. Поскольку воздух является отличным изолятором, воздушные карманы, расположенные между этими твердыми волокнами, придают этим твердым телам низкие значения теплопроводности. Одним из таких твердых изоляторов является пенополистирол, материал, используемый в изделиях из пенополистирола. Такие изделия из пенополистирола изготавливаются путем вдувания инертного газа под высоким давлением в полистирол перед впрыскиванием в форму. Газ заставляет полистирол расширяться, оставляя заполненные воздухом карманы, которые способствуют изолирующей способности готового продукта. Пенополистирол используется в кулерах, изоляторах для банок, термосах и даже пенопластовых плитах для домашней изоляции. Еще одним твердым изолятором является целлюлоза. Целлюлозный утеплитель используется для утепления чердаков и стен в домах. Он изолирует дома от потерь тепла, а также от проникновения звука. Его часто задувает на чердаки как сыпучий целлюлозный утеплитель . Он также применяется в виде стекловолоконных плит (длинных листов бумаги с изоляцией) для заполнения пространства между стойками 2×4 наружных (а иногда и внутренних) стен домов.

Площадь

Другой переменной, влияющей на скорость кондуктивной теплопередачи, является площадь, через которую передается тепло. Например, передача тепла через окна домов зависит от размера окна. Через большое окно из дома будет теряться больше тепла, чем через меньшее окно того же состава и толщины. Через большую крышу дом будет терять больше тепла, чем через меньшую крышу с такими же изоляционными характеристиками. Каждая отдельная частица на поверхности объекта участвует в процессе теплопроводности. Объект с большей площадью имеет больше поверхностных частиц, работающих для проведения тепла. Таким образом, скорость теплопередачи прямо пропорциональна площади поверхности, через которую проходит тепло.

Толщина или расстояние

Последней переменной, влияющей на скорость кондуктивной теплопередачи, является расстояние, на которое должно передаваться тепло. Тепло, выходящее через чашку из пенопласта, будет выходить быстрее через чашку с тонкими стенками, чем через чашку с толстыми стенками. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине чашки. Аналогичное утверждение можно сделать и для тепла, проводимого через слой целлюлозной изоляции в стене дома. Чем толще изоляция, тем ниже скорость теплопередачи. Те из нас, кто живет в более холодном зимнем климате, хорошо знают этот принцип. Нам говорят одеваться слоями перед выходом на улицу. Это увеличивает толщину материалов, через которые передается тепло, а также задерживает воздушные карманы (с высокой изоляционной способностью) между отдельными слоями.

 

Математическое уравнение

Итак, мы узнали о четырех переменных, влияющих на скорость теплопередачи между двумя точками. Переменными являются разница температур между двумя точками, материал, присутствующий между двумя точками, площадь, через которую будет передаваться тепло, и расстояние, на которое оно должно быть передано. Как это часто бывает в физике, математическая связь между этими переменными и скоростью теплопередачи может быть выражена в виде уравнения. Рассмотрим передачу тепла через стеклянное окно изнутри дома с температурой Т ₁ снаружи дома с температурой T ₂ . Окно имеет площадь поверхности А и толщину d. Значение теплопроводности оконного стекла равно k. Уравнение, связывающее скорость теплопередачи с этими переменными, имеет вид ватт. Это уравнение применимо к любой ситуации, когда тепло передается в одном и том же направлении через плоский прямоугольник 9.0454 стена . Оно применимо к проводимости через окна, плоские стены, наклонные крыши (без кривизны) и т. д. Немного другое уравнение применимо к проводимости через изогнутые стены, такие как стенки банок, чашек, стаканов и труб. Мы не будем обсуждать это уравнение здесь.

Пример задачи

Чтобы проиллюстрировать использование приведенного выше уравнения, рассчитаем скорость теплопередачи в холодный день через прямоугольное окно шириной 1,2 м и высотой 1,8 м, толщиной 6,2 мм, значение теплопроводности 0,27 Вт/м/°C. Температура внутри дома 21°С, снаружи дома -4°С.

Чтобы решить эту задачу, нам нужно знать площадь поверхности окна. Будучи прямоугольником, мы можем вычислить площадь как ширина • высота.

Площадь = (1,2 м)•(1,8 м) = 2,16 м ² .

Нам также необходимо обратить внимание на единицу толщины (d). Дается в единицах см; нам нужно будет преобразовать единицы в метры, чтобы единицы соответствовали единицам k и A.

d = 6,2 мм = 0,0062 м

Теперь мы готовы рассчитать скорость теплопередачи путем подстановки известных значений в приведенное выше уравнение.

Скорость = (0,27 Вт/м/°C)•(2,16 м ² )•(21°C — -4°C)/(0,0062 м)
Норма = 2400 Вт (округлено от 2352 Вт)

Полезно отметить, что значение теплопроводности окна дома намного ниже, чем значение теплопроводности самого стекла. Теплопроводность стекла составляет около 0,96 Вт/м/°С. Стеклянные окна изготавливаются в виде двойных и тройных окон со слоем инертного газа низкого давления между стеклами. Кроме того, на окна наносят покрытия для повышения эффективности. В результате получается ряд веществ, через которые должно последовательно проходить тепло, чтобы быть переданным из дома (или в него). Подобно последовательно соединенным электрическим резисторам, ряд теплоизоляционных материалов оказывает аддитивное влияние на общее сопротивление, оказываемое тепловому потоку. Суммарный эффект различных слоев материалов в окне приводит к тому, что общая проводимость намного меньше, чем у одного стекла без покрытия.

 

Урок 1 этой главы по теплофизике был посвящен значению температуры и тепла. Особое внимание уделялось разработке модели частиц материалов, способной объяснить макроскопические наблюдения. Были предприняты усилия для разработки прочного концептуального понимания темы в отсутствие математических формул. Это прочное концептуальное понимание сослужит вам хорошую службу по мере приближения к Уроку 2. Глава станет немного более математической, поскольку мы будем исследовать вопрос: как можно измерить количество тепла, выделяемого или получаемого системой? Урок 2 будет относиться к науке калориметрии.

 

Проверьте свое понимание

1. Предскажите влияние следующих изменений на скорость, с которой тепло передается через прямоугольный объект, заполнив пропуски.

а. Если площадь, через которую передается теплота, увеличить в 2 раза, то скорость теплопередачи ________________ (увеличилась, уменьшилась) в _________ раз (число).

б. Если толщину материала, через который передается тепло, увеличить в 2 раза, то скорость теплопередачи составит ________________ в _________ раз.

в. Если толщину материала, через который передается тепло, уменьшить в 3 раза, то скорость теплопередачи будет ________________ в _________ раз.

д. Если теплопроводность материала, через который передается теплота, увеличить в 5 раз, то скорость теплопередачи будет ________________ в _________ раз.

эл. Если теплопроводность материала, через который передается тепло, уменьшить в 10 раз, то скорость теплопередачи будет ________________ в _________ раз.

ф. Если разность температур на противоположных сторонах материала, через который передается тепло, увеличить в 2 раза, то скорость теплопередачи будет ________________ в _________ раз.

2. Используйте информацию на этой странице, чтобы объяснить, почему слой жира толщиной 2-4 дюйма помогает согревать белых медведей в холодную арктическую погоду.