Виды теплопередачи
⚡ Физика · 8 класс
Теплопроводность, конвекция и излучение.
Что такое теплопередача
Теплопередача — это процесс перехода внутренней энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения механической работы. Энергия всегда идёт «сверху вниз» по температуре: от горячего к холодному, и никогда наоборот сама по себе. Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекцию и излучение.
Теплопроводность
Теплопроводность — перенос энергии от частицы к частице при их непосредственном соприкосновении, без переноса самого вещества. Когда вы держите ложку в горячем чае, быстрые молекулы у горячего конца сталкиваются с соседними, передают им часть энергии, и нагрев распространяется по всей ложке.
Лучше всего проводят тепло металлы, хуже — жидкости, а газы почти не проводят тепло. Поэтому шерсть, пух и пенопласт греют: между их волокнами заперт воздух, плохой проводник тепла.
Конвекция
Конвекция — перенос энергии самими струями (потоками) жидкости или газа. Нагретый снизу слой воздуха или воды расширяется, становится легче и поднимается вверх, а на его место опускается холодный. Так образуется круговорот. В твёрдых телах конвекции нет — там частицы не могут свободно перемещаться.
Именно конвекцией батарея отопления прогревает всю комнату, а ветер возникает из-за неравномерного нагрева воздуха над сушей и морем.
Излучение
Излучение — перенос энергии электромагнитными волнами. Это единственный способ, которым тепло доходит от Солнца к Земле через безвоздушное пространство. Излучают все тела: чем выше температура, тём больше энергии. Тёмные шероховатые поверхности излучают и поглощают энергию сильнее, чем светлые и блестящие.
Сравнение видов теплопередачи
| Признак | Теплопроводность | Конвекция | Излучение |
|---|---|---|---|
| Переносится вещество | Нет | Да, потоками | Нет |
| В каких средах | Твёрдые тела | Жидкости и газы | Любая среда и вакуум |
| Нужна ли среда | Да | Да | Нет |
| Пример | Нагрев ложки | Кипение воды | Тепло от Солнца |
Разбор примера
Почему термос долго хранит горячий чай? Нужно перекрыть все три вида теплопередачи:
1) Двойные стенки с вакуумом между ними — нет вещества, значит, нет ни теплопроводности, ни конвекции.
2) Зеркальное напыление на стенках — отражает тепловое излучение обратно внутрь.
3) Плотная пробка — мешает конвекции воздуха через горлышко.
Итог: энергия почти не уходит наружу, чай остывает медленно.
Частые ошибки: путают конвекцию и теплопроводность — запомните, что при конвекции вещество движется потоками, а при теплопроводности остаётся на месте. Ещё ошибка — считать, что излучение бывает только у очень горячих тел: излучают абсолютно все тела, даже лёд.
Кратко о главном
- Теплопередача идёт от горячего тела к холодному без совершения работы.
- Теплопроводность — передача энергии без переноса вещества, сильнее всего у металлов.
- Конвекция — перенос энергии потоками жидкости или газа; в твёрдых телах её нет.
- Излучение переносит энергию волнами и работает даже в вакууме.
- Тёмные шероховатые поверхности излучают и поглощают энергию лучше светлых.