Каждой группе необходимо:

Для совместного использования со всем классом: (количество ликвидных средств зависит от количества групп)

• 2 литра водопроводной воды
• 35 г морской соли
• Масло растительное 1 л
• Кукурузный сироп 1 литр
• 1 литр кленового сиропа
• Горячие рукавицы или полотенце для работы с горячей стеклянной посудой

Рабочие листы и приложения

Больше подобной учебной программы

Студенты изучают научные концепции температуры, тепла и передачи тепла посредством теплопроводности, конвекции и излучения, которые иллюстрируются сравнением с магическими заклинаниями, найденными в книгах о Гарри Поттере.

С помощью простых демонстрационных упражнений под руководством учителя учащиеся изучают основы физики теплопередачи посредством теплопроводности, конвекции и излучения.Они также узнают о примерах нагревательных и охлаждающих устройств, от печных поверхностей до автомобильных радиаторов, с которыми они сталкиваются в своих домах, scho …

Студенты узнают о природе тепловой энергии, температуре и о том, как материалы накапливают тепловую энергию.Они обсуждают разницу между проводимостью, конвекцией и излучением тепловой энергии, а также полные действия, в которых они исследуют разницу между температурой, тепловой энергией и …

Студенты знакомятся с различными типами энергии с упором на тепловую энергию и типы теплопередачи, поскольку им предлагается разработать лучший дорожный термос, который был бы экономически эффективным, эстетически приятным и отвечал бы задаче проектирования по поддержанию температуры жидкости.

Предварительные знания

Студенты должны быть знакомы с концепцией энергии и законом сохранения энергии. Студенты должны знать, как пользоваться термометром.

Введение / Мотивация

Теплообмен – важное понятие как в науке, так и в технике.Кто может описать мне ситуацию, в которой вам было очень жарко, может быть, в летний день или во время занятий спортом? (Позвольте нескольким студентам ответить; избегайте рассказов и отвлекающих разговоров.) Каким образом вы успокаивались в то время? (Ожидаемые ответы: прыгнул в бассейн, выпил холодного напитка.) Хорошо, вы уже знаете основы теплообмена! Например, когда вам жарко, прыжки в бассейне охлаждают ваше тело, потому что вода холоднее (менее горячая), чем ваше тело, и, таким образом, тепловая энергия перемещается от вашего тела к воде.

Чтобы лучше понять теплопередачу, давайте посмотрим, как мы можем вычислить ее математически. В частности, для теплопроводности уравнение теплопередачи составляет

Q = м * C * ΔT,

где Q – тепло, m – масса материала, C – удельная теплоемкость материала, а ΔT – изменение температуры материала (напишите уравнение на доске).

Прежде чем двигаться дальше, давайте немного поговорим об удельной теплоемкости. Мы знаем, что проводимость – это способность материала передавать тепло по всему телу.Например, хороший проводник быстро передает тепло по всему телу, а плохой проводник медленно передает тепло по всему телу. Удельная теплоемкость – это измерение, используемое для количественной оценки качества проводника материала. Точнее, удельная теплоемкость – это количество тепла, необходимое для поднятия единицы массы материала на один градус. Например, удельная теплоемкость пресной воды составляет 4,19 кДж / кг-K, что означает, что для повышения 1 кг воды на 1 K требуется 4,19 кДж тепла.

Важно, чтобы инженеры понимали удельную теплоемкость материалов, с которыми они работают, особенно если они используют их для приложений, в которых задействовано тепло.Сегодня мы рассмотрим пять различных жидкостей, все с разной теплоемкостью, и посчитаем, сколько тепла добавляется к жидкостям за 10-минутный период. Как только мы получим результаты, каждый из вас станет инженером, который выберет, какая жидкость лучше всего подходит для радиатора автомобиля.

Процедура

Фон

Определение количества тепла, передаваемого в каждой из жидкостей, помогает учащимся увидеть, что одни жидкости сопротивляются передаче тепла больше, чем другие.Это помогает объяснить концепцию удельной теплоемкости и дает учащимся некоторый опыт, позволяющий основывать свое обсуждение на выборе жидкости для использования в радиаторе автомобиля.

заранее

• Определите необходимое количество станций для размещения от двух до четырех студентов на каждой. В зависимости от наличия плиток и места измените количество учащихся на каждой станции.
• Соберите материалы и сделайте копии рабочего листа измерения теплопередачи, по одному на каждого учащегося.

Непосредственно перед мероприятием

• На каждой станции поместите электрическую плиту, термометр и химический стакан.
• Включите конфорки. Температура каждой конфорки должна быть от 150 ⁰C до 200 ⁰C. Важно, чтобы все конфорки были близки к одной и той же температуре, потому что в противном случае полученные расчеты не будут сопоставимы.
• (необязательно) Поместите табличку перед каждой конфоркой с предупреждением «Горячо!»
• Сделайте соленую воду, добавив 35 г морской соли в литр воды.
• На каждой станции налейте 500 мл одной из пяти жидкостей в стакан. Допускается наличие нескольких станций с одной и той же жидкостью. Укажите на станции, какая жидкость находится в стакане (A, B, C, D или E).
• Убедитесь, что все жидкости имеют комнатную или более прохладную температуру. Если деятельность начинается с уже нагретой жидкости, она может достичь точки кипения, что нежелательно.
• Нарисуйте на доске таблицу из двух столбцов с заголовками «Жидкость» и «Теплопередача (кДж).”Рисунок 1: Пример настройки занятия с кленовым сиропом в стакане. Авторское право

  Copyright © 2012 Брэдли Белесс, Хьюстонский университет

Со студентами

1. Раздайте рабочие листы и попросите студентов ответить на первый вопрос, касающийся их мыслей о том, какой тип жидкости лучше всего подходит для использования в радиаторе для охлаждения двигателя автомобиля.
2. Просмотрите и поясните все процедуры работы и инструкции по технике безопасности.
3. Разделите класс на группы от двух до четырех учеников в каждой.
4. Дайте указание группам снять начальные показания температуры, включить секундомеры и поставить мензурки с жидкостью на плиту (как показано на рисунке 1).
5. Попросите группы студентов осторожно перемешивать жидкость каждую минуту с помощью термометра в течение 10 секунд, а затем снимать и записывать показания температуры.
6. Для каждого показания температуры попросите учащихся по очереди выбрать тех, кто измеряет температуру.
7. Через 10 минут попросите все группы выполнить последнее измерение и выключить плиту.
8. Прикажите группам студентов оставить стакан на горячей плите и вернуться на свои места, чтобы заполнить рабочий лист. Рабочий лист требует, чтобы учащиеся построили график зависимости температуры от времени, рассчитали тепло, передаваемое жидкости, и ответили на некоторые вопросы о занятиях. Примечание: количество теплопередачи с течением времени должно оставаться постоянным; поэтому графики зависимости температуры от времени должны быть близкими к линейным для всех жидкостей. Если графики учеников не линейны, потенциальные причины: недостаточное перемешивание, изменение температуры горячей плиты или температура кипения жидкости, что предполагает, что жидкость могла быть теплее комнатной температуры, когда начался эксперимент.
9. Обойдите все станции и снимите мензурки с плиток горячими рукавицами.
10. Попросите учащегося из каждой группы записать свои результаты в таблицу на классной доске, чтобы класс мог видеть все результаты.
11. Проведите обсуждение в классе, чтобы поделиться результатами и выводами группы, как описано в разделе «Оценка». Какую жидкость лучше всего использовать в радиаторе для охлаждения двигателя автомобиля? Раскройте личности пяти «неизвестных» жидкостей.

Словарь / Определения

теплопроводность: передача тепла атомным движением из-за прямого контакта от систем с высокой температурой к системам с низкой температурой.

тепло: передача тепловой энергии между системами или внутри одной системы.

удельная теплоемкость: количество тепла, необходимое для повышения одной единицы массы материала на один градус.

Оценка

Оценка перед началом деятельности

Прогноз: Попросите учащихся ответить на первый вопрос, касающийся их мыслей о том, какой тип жидкости лучше всего подходит для радиатора для охлаждения двигателя автомобиля.

Встроенная оценка деятельности

Групповая проверка: Обойдите каждую группу по комнате и спросите, какие типы теплопередачи, по мнению учащихся, имеют место во время этого упражнения. (Ответ: В основном проводимость, но также и некоторая конвекция, так как жидкость на дне стакана поднимается вверх. Некоторые студенты могут сказать, что излучение связано с освещением в комнате, но поясняют, что, хотя это правда, количество энергия излучения по сравнению с проводимостью и конвекцией ничтожна.)

Оценка после деятельности

Рабочий лист: Попросите учащихся заполнить Рабочий лист «Измерение теплопередачи». Если учащиеся не могут ответить на все вопросы рабочего листа, назначьте оставшееся домашнее задание. Просмотрите их данные, графики и ответы, чтобы оценить их понимание материала

Заключительное обсуждение: По завершении эксперимента и рабочего листа проведите обсуждение в классе, чтобы поделиться результатами и выводами.

• Какую жидкость вы считаете лучшей для использования в радиаторе для охлаждения двигателя автомобиля? (После того, как студенты поделятся своими выводами и выбором, раскройте личности пяти различных «неизвестных» жидкостей.)
• Почему из этих пяти вариантов лучше всего подходит пресная вода? (Вода отлично работает в радиаторе из-за ее высокой удельной теплоемкости, а это означает, что она имеет высокий потенциал поглощения тепла от двигателя.)
• Является ли удельная теплоемкость жидкости единственным соображением? Какие еще соображения могут потребоваться инженеру при выборе лучшей жидкости? (Хотя удельная теплоемкость жидкости является важным компонентом при выборе жидкости для теплообмена, это не единственный фактор.Другие требования и / или факторы должны быть приняты во внимание, например, насколько хорошо жидкость будет течь в двигателе, оставит ли жидкость какие-либо остатки, если мы хотим, чтобы жидкость помогла предотвратить ржавчину, или если замерзание в холодную погоду будет проблема. Например, в холодном климате вода в радиаторе может замерзнуть и испортить радиатор, когда двигатель не работает. Вот почему добавляется определенное количество антифриза, хотя это снижает удельную теплоемкость воды.)

Вопросы для расследования

Задайте следующий вопрос, чтобы перейти в лабораторию и начать думать о том, какой тип жидкости лучше всего подходит для радиатора. Какой радиатор на машине? И какова его цель? (Ответ: Радиатор автомобиля расположен рядом с передней частью моторного отсека [капот] и используется вместе с водяным насосом для перемещения охлаждающей жидкости через блок цилиндров с целью охлаждения двигателя. Поскольку двигатель нагревается за счет топлива При сгорании тепло передается через теплопроводность охлаждающей жидкости, которая возвращается обратно в радиатор, где охлаждается перед тем, как вернуться в двигатель.)

Вопросы безопасности

• Осторожно, ученики должны быть осторожны, чтобы не пролить и не прикасаться к мензуркам или жидкостям.
• Конфорки сильно нагреваются, поэтому предупредите студентов, чтобы они работали рядом с ними осторожно.
• В зависимости от политики школы или класса попросите учащихся носить защитные очки.

Советы по поиску и устранению неисправностей

На случай, если какая-либо группа прольет стакан, приготовьте еще немного всех жидкостей, чтобы студенты могли быстро возобновить занятие.

Подготовьте чистящие средства на случай разлива. Некоторые масла и сиропы трудно очистить без мыла.

Конфорки потребляют большое количество ватт, поэтому будьте осторожны, чтобы не перегрузить электрические цепи в классе, подключив слишком много конфорок к одному контуру. Классная комната, предназначенная для лабораторных работ, не должна иметь с этим проблем, но помните о такой возможности.

Расширения деятельности

Объясните студентам, что использование воды для охлаждения радиатора является примером второго закона термодинамики. Этот закон говорит нам, что когда два компонента системы (вода и радиатор) при разных температурах объединяются, в результате получается равномерное распределение энергии в системе.Эту энергию можно измерить как температуру. Попросите учащихся провести мозговой штурм и разработать эксперимент, в котором используются те же материалы, что и в этом упражнении, для проверки этого закона. Разрешите учащимся работать в своих группах. Предоставив студентам время для разработки плана, позвольте каждой группе поделиться идеями. Один из вариантов – нагреть один и тот же объем двух разных жидкостей на отдельных конфорках, как в предыдущем эксперименте. Через несколько минут учащиеся должны выключить электрические плиты, снять с плиты каждый стакан с жидкостью и измерить температуру каждой жидкости.Исходя из предыдущего эксперимента, учащиеся должны признать, что эти температуры не должны быть равными. Затем студенты осторожно наливают одну жидкость в стакан с другой жидкостью, осторожно перемешивают их и измеряют температуру объединенных жидкостей. Результирующая температура должна быть между температурой двух жидкостей перед смешиванием и, следовательно, представлять собой равномерное распределение энергии в системе.

Попросите учащихся провести этот второй эксперимент. Если у какой-либо группы есть другой, но безопасный и выполнимый план эксперимента, позвольте им попробовать свой эксперимент.Убедитесь, что все учащиеся проявляют осторожность при работе с горячими поверхностями и / или жидкостями, и потребуйте, чтобы учащиеся записали все процедурные шаги для этого нового эксперимента и одобрили их перед проведением эксперимента. Если вы используете рекомендуемый вариант эксперимента, вы можете объединить группы, чтобы было достаточно материалов, в частности, горячих плит и стаканов.

Масштабирование активности

Для младших классов попросите учащихся измерять температуру через большие интервалы и удалите графическую часть.Также упростите вопросы на листе.

использованная литература

Жидкости и жидкости – Удельная теплоемкость. Engineering ToolBox. По состоянию на 7 декабря 2012 г. (Источник для удельной теплоемкости жидкостей.) Http://www.engineeringtoolbox.com/specific-heat-fluids-d_151.html

Sonntag, Ричард. Э., Клаус Боргнакке и Гордан Дж. Ван Уилен. Основы термодинамики .7-е издание. Хобокен, Нью-Джерси: John Wiley & Sons, Inc., 2008.

авторское право

Авторы

Программа поддержки

Благодарности

Это содержимое цифровой библиотеки было разработано Инженерным колледжем Хьюстонского университета в рамках гранта Национального научного фонда GK-12 номер DGE 0840889.Однако это содержание не обязательно отражает политику NSF, и вы не должны рассчитывать на одобрение со стороны федерального правительства.

Последнее изменение: 16 октября 2021 г.

Обогрев с помощью змеевиков и рубашек

Другие конфигурации паровых змеевиков

Конструкция и расположение парового змеевика будут зависеть от нагреваемой технологической жидкости. Когда технологическая жидкость, которая должна быть нагрета, представляет собой коррозионно-активный раствор, обычно рекомендуется, чтобы входные и выходные соединения змеевика находились над кромкой резервуара, поскольку обычно не рекомендуется просверливать коррозионно-стойкие футеровки со стороны резервуара.Это гарантирует отсутствие слабых мест в футеровке резервуара, где есть риск утечки агрессивных жидкостей. В этих случаях сам змеевик также может быть изготовлен из коррозионно-стойкого материала, такого как покрытая свинцом сталь или медь, или из сплавов, таких как титан.

Однако там, где нет опасности коррозии, следует избегать подъемов над конструкцией резервуара, а соединения для впуска и выпуска пара могут проходить через боковую часть резервуара. Наличие любого подъемника приведет к заболачиванию части длины змеевика и, возможно, к гидроударам, шуму и утечкам из трубопроводов.

Змеевики для нагрева пара обычно должны иметь плавное опускание от входа к выходу, чтобы конденсат стекал к выходу и не собирался в нижней части теплообменника.

Если подъемник неизбежен, он должен быть спроектирован так, чтобы включать уплотнение в нижней части подъемника и погружную трубу с малым внутренним диаметром, как показано на рисунке 2.10.2.

Конструкция уплотнения позволяет небольшому количеству конденсата собираться, действуя как гидрозатвор, и предотвращает возникновение паровой блокировки.Без этого уплотнения пар может проходить через конденсат, скапливающийся в нижней части трубы, и закрывать конденсатоотводчик в верхней части стояка.

Уровень конденсата тогда поднимется и образует временную гидрозатвор, блокируя пар между дном стояка и конденсатоотводчиком. Конденсатоотводчик остается закрытым до тех пор, пока заблокированный пар не сконденсируется, и в это время змеевик продолжает заболачиваться.

Когда запертый пар конденсируется и конденсатоотводчик открывается, немного воды выходит вверх по стояку.Как только гидрозатвор сломан, пар войдет в поднимающуюся трубу и закроет уловитель, а разорванный столб воды снова упадет, чтобы лечь на дно нагревательного змеевика.

Погружная труба с малым внутренним диаметром позволяет только очень небольшому количеству пара застревать в стояке. Это позволяет легко поддерживать водяной столб без образования пузырьков пара через него, обеспечивая постоянный и непрерывный поток конденсата к выпускному отверстию.

Когда уплотнение окончательно сломано, меньший объем воды вернется в нагревательный змеевик, чем при неограниченном стояке большого диаметра, но поскольку устройство водяного затвора требует меньшего объема конденсата для образования водяного затвора, он немедленно повторно форма.

Если в процессе погружаются предметы в жидкость, может быть неудобно устанавливать змеевик на дне резервуара – он может быть поврежден объектами, погруженными в раствор.
Кроме того, во время определенных процессов на дне резервуара будут оседать тяжелые отложения, которые могут быстро покрыть поверхность нагрева, препятствуя передаче тепла.

По этим причинам катушки с боковой подвеской часто используются в гальванической промышленности. В таких случаях змеевик или пластинчатые змеевики располагаются на боковой стороне резервуара, как показано на рисунке 2.10.3. Эти змеевики также должны иметь опускание на дно с гидрозатвором и погружной трубкой с малым внутренним диаметром. Преимущество такой конструкции состоит в том, что ее часто легче устанавливать, а также легче снимать для периодической очистки, если это необходимо.

Если предметы должны быть погружены в резервуар, может оказаться невозможным использование какого-либо типа мешалки для создания принудительной конвекции и предотвращения температурных градиентов, возникающих в резервуаре. Независимо от того, используются ли нижние или боковые змеевики, важно, чтобы они были расположены с достаточным охватом, чтобы тепло распределялось равномерно по всей массе жидкости.

Диаметр змеевика должен обеспечивать достаточную длину змеевика для хорошего распределения. Короткая длина змеевика при большом диаметре может не обеспечить адекватного распределения температуры. Однако на очень длинной непрерывной длине змеевика может возникать температурный градиент из-за перепада давления от конца к концу, что приводит к неравномерному нагреву жидкости.

В то время как следующие два заголовка, «Определение размера регулирующего клапана» и «Устройство для удаления конденсата» включены в этот модуль, новому читателю следует обратиться к более поздним разделам «Блоки и модули» в Учебном центре для получения полной и исчерпывающей информации, прежде чем пытаться определить размер. и подбор оборудования.

Что нельзя класть рядом с радиатором

Если вы прочтете нашу недавнюю публикацию о том, где поставить радиатор, вы узнаете, что установка радиатора в правильном месте может повлиять на эффективность вашего отопления.

Традиционно рекомендуется устанавливать радиаторы под окнами, чтобы обеспечить нагрев холодного воздуха, просачивающегося через неэффективные отдельные стекла.

Однако с появлением двойных стекол и вертикальных радиаторов стало гораздо больше возможностей для установки радиаторов.

Тем не менее, есть вещи, которые не следует размещать перед радиаторами везде, где это возможно.

Шторы

Шторы должны быть достаточно длинными, чтобы закрывать окно, но не настолько, чтобы они свешивались над батареями отопления.

Хотя очень маловероятно, что занавеска загорится от нагрева до высокой температуры, вы действительно хотите рискнуть. Это особенно важно, если у вас старые электрические радиаторы, где неисправный рад может вызвать искру.

Кроме того, толстые шторы, нависающие над радом, могут фактически препятствовать равномерной циркуляции тепла по вашей комнате и заставлять вас увеличивать тепло для компенсации. Увеличение потребления энергии увеличит ваши счета за отопление.

Декоративные висячие шторы также не следует приближать к батареям отопления.

Лампы

Лучше всего держать лампы на расстоянии от радиаторов, чтобы они не перегрелись.

Лампы, очевидно, питаются от электричества, и за ними свисают провода.Чрезвычайно важно не допускать контакта проводки с радиаторами, так как высокие температуры могут в конечном итоге расплавить внешнюю оболочку провода.

Некоторые абажуры сделаны из бумаги, поэтому всегда рекомендуется держать их на безопасном расстоянии от источников тепла.

Крупные предметы мебели

Из-за ограниченного пространства вы неизбежно столкнетесь с проблемой размещения большого предмета мебели перед радиатором.

Если вам все же нужно это сделать, убедитесь, что вы оставили несколько дюймов между радиатором и мебелью.

Диван

Такие вещи, как диван или комод, придвинутые вплотную к радиатору, могут блокировать попадание тепла в комнату, а это означает, что вы тратите много денег, чтобы нагреть их заднюю часть. Отодвинув их на несколько дюймов от радиатора, можно создать канал, по которому тепло будет подниматься вверх и в комнату.

Книжная полка

Если вы думаете, стоит ли ставить книжную полку перед радиатором, то позаботьтесь о здоровье ваших книг.

Не только высокая температура и бумага представляют потенциальную опасность пожара, повторное воздействие может также высушить корешок ваших книг, что приведет к выпадению страниц.

Кровать

Кровати также должны иметь небольшой зазор между ними и радиатором.

Есть вероятность перевернуться и обжечься ночью на горячем радаре. Кроме того, сон слишком близко к батарее отопления может вызвать бессонницу или головную боль от перегрева.

Радиаторы подвижные

Бывают случаи, когда вам может потребоваться переместить радиатор, чтобы лучше использовать пространство, разместить мебель или потому что вам нужно украсить его.

Иногда это можно сделать относительно легко, в то время как в некоторых ситуациях это может потребовать взятия половиц и перенаправления некоторых трубопроводов.

В идеале мы рекомендуем доверить эту работу профессионалу, однако, если у вас есть опыт работы в домашних условиях, посмотрите видео ниже, чтобы узнать, как перемещать радиатор по комнате.

СТАТЬИ ПО ТЕМЕ

• Горизонтально или вертикально? Выбор подходящего радиатора

• Советы по обновлению комнаты без большого бюджета

• Лучшее расположение радиатора в комнате

У нас в холле стоит французский комод, примерно в двух нишах перед радиатором центрального отопления.Мой муж настаивает, что тепло от радиатора тратится на обогрев комода. Я утверждаю, что сам комод находится в холле, и от него будет исходить тепло, поэтому не тратится зря. Кто прав? | Примечания и запросы

Содержание 2020 Справочник ASHRAE – Системы и оборудование HVAC

Описание Справочника ASHRAE 2020 г. – Системы и оборудование HVAC

Участники

Технические комитеты, рабочие группы и группы технических ресурсов ASHRAE

Исследование ASHRAE: улучшение качества жизни

Предисловие

СИСТЕМЫ КОНДИЦИОНИРОВАНИЯ И ОТОПЛЕНИЯ

1. Анализ и выбор системы HVAC (TC 9.1, Системы кондиционирования больших зданий)
2. Децентрализованное охлаждение и обогрев (TC 9.1)
3. Установки центрального охлаждения и отопления (ТК 9.1)
4. Обработка и распределение воздуха (TC 9.1)
5. Терминальные системы для помещений (TC 9.1)
6. Лучистое отопление и охлаждение (TC 6.5, Лучистое отопление и охлаждение)
7. Комбинированные теплоэнергетические системы (ТК 1.10, Когенерационные системы)
8. Охлаждение на входе турбины внутреннего сгорания (TC 1.10)
9. Применяемые системы теплового насоса и рекуперации тепла
   (TC 6.8, Геотермальные тепловые насосы и рекуперация энергии)
10. Малые системы воздушного отопления и охлаждения
    (TC 6.3, Центральные системы принудительного воздушного отопления и охлаждения)
11. Паровые системы (ТК 6.1, Гидравлическое и паровое оборудование и системы)
12. Централизованное теплоснабжение и охлаждение (ТК 6.2, Централизованная энергетика)
13. Система водяного отопления и охлаждения (TC 6.1)
14. Водяные системы конденсатора (TC 6.1)
15. Средне- и высокотемпературное водяное отопление (TC 6.1)
16. Инфракрасное лучистое отопление (TC 6.5)
17. Системы ультрафиолетовых ламп (TC 2.9, Ультрафиолетовая обработка воздуха и поверхности)
18. Переменный поток хладагента (TC 8.7, переменный поток хладагента [VRF])

ВОЗДУШНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И КОМПОНЕНТЫ

19. Конструкция воздуховода (TC 5.2, Конструкция воздуховода)
20. Оборудование для распределения воздуха в помещении (TC 5.3, Распределение воздуха в помещении)
21. Вентиляторы (TC 5.1, Вентиляторы)
22. Увлажнители (TC 5.11, Увлажняющее оборудование)
23. Змеевики воздушного охлаждения и осушения (TC 8.4, Оборудование для передачи тепла от воздуха к хладагенту)
24. Оборудование для осушения адсорбентом и сушки под давлением
    (TC 8.12, Оборудование и компоненты для осушения адсорбентом)
25. Механические осушители воздуха и связанные с ними компоненты
    (TC 8.10, Механическое оборудование для осушения воздуха и тепловые трубы)
26. Оборудование для рекуперации энергии воздух-воздух (TC 5.5, рекуперация энергии воздух-воздух)
27. Воздухонагревательные змеевики (TC 8.4)
28. Агрегаты вентиляции, агрегаты нагревателя и агрегаты подпиточного воздуха
    (TC 6.1 и ТК 5.8, Промышленная вентиляция)
29. Воздухоочистители от твердых частиц (TC 2.4, Твердые загрязнения воздуха и
    Оборудование для удаления твердых частиц)
30. Промышленная очистка газов и контроль загрязнения воздуха
    (ТК 5.4, Промышленная очистка воздуха [Контроль загрязнения воздуха])

ОТОПИТЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ И КОМПОНЕНТЫ

31. Автоматические системы сжигания топлива (ТК 6.10, топливо и сжигание)
32. Котлы (ТК 6.1)
33. Печи (ТК 6.3)
34. Оборудование для обогрева жилых помещений (TC 6.5)
35. Системы дымохода, вентиляции и камина (TC 6.10)
36. Гидравлические теплораспределительные агрегаты и радиаторы (TC 6.1)
37. Оборудование для солнечной энергии (TC 6.7, Использование солнечной энергии)

ОХЛАЖДАЮЩЕЕ ОБОРУДОВАНИЕ И КОМПОНЕНТЫ

38. Компрессоры (TC 8.1, компрессоры прямого вытеснения и TC 8.2, центробежные машины)
Конденсаторы
39. (TC 8.4, TC 8.5, теплообменники жидкость-хладагент и
    TC 8.6, Градирни и испарительные конденсаторы)
40. Градирни (TC 8.6)
41. Испарительное воздушное охлаждение (TC 5.7, Испарительное охлаждение)
42. Охладители жидкости (TC 8.5)
43. Системы жидкостного охлаждения (TC 8.1 и TC 8.2)

ОБЩИЕ КОМПОНЕНТЫ

44. Центробежные насосы (TC 6.1)
45. Двигатели, устройства управления двигателями и частотно-регулируемые приводы
    (TC 1.11, Электродвигатели и управление двигателями)
46. Клапаны (TC 6.1)
47. Теплообменники (ТК 6.1)

УПАКОВАННОЕ, УНИТАРНОЕ И РАЗДЕЛЬНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

48. Унитарные кондиционеры и тепловые насосы (ТК 8.11, Унитарные и комнатные кондиционеры
    и тепловые насосы)
49. Комнатные кондиционеры и блочные кондиционеры оконечных устройств (TC 8.11)

ОБЩЕЕ

50. Тепловой накопитель (TC 6.9, Тепловой накопитель)
51. Коды и стандарты

Дополнения и исправления

Индекс
Составной индекс по основам 2017 г., Холодильное оборудование 2018 г., Приложения HVAC 2019 г. и объемы систем и оборудования HVAC 2020 г.

Страницы комментариев

13.1 Отопление как передача энергии | Тепло: передача энергии

Отопление как передача энергии

В предыдущей главе мы рассмотрели тепловые системы. Тепловая энергия объекта – это количество энергии, которое он имеет внутри, другими словами, его внутренняя энергия. В тепловой системе тепловая энергия передается от одного объекта к другому. Тепло – это передача тепловой энергии от системы к окружающей среде или от одного объекта к другому.Эта передача энергии происходит от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.

Очень важно знать, что в науке тепло и температура – это не одно и то же.

• Тепло – это передача тепловой энергии от системы к ее окружению или от одного объекта к другому в результате разницы температур. Теплота измеряется в джоулях (Дж). Это потому, что тепло – это передача энергии.

• Температура – это мера того, насколько горячим или холодным является вещество, которое измеряется в градусах Цельсия (° C). Температура – это мера средней кинетической энергии частиц в объекте или системе. Мы используем термометр для измерения температуры объекта или вещества.

Заполните следующую таблицу, чтобы суммировать разницу между теплом и температурой

Вот заполненная таблица:

Тепло – это передача энергии.Во время передачи энергии энергия перемещается от более горячего объекта к более холодному. Это означает, что более горячий объект остынет, а более холодный – нагреется. Передача энергии будет продолжаться до тех пор, пока оба объекта не достигнут одинаковой температуры.

Существует 3 способа передачи тепловой энергии от одного объекта / вещества к другому или от системы к окружающей среде:

1. Проводимость
2. Конвекция
3. Радиация

Рэп-песня, которая познакомит вас (и поможет запомнить!) Проводимости, конвекции и излучения.

Давайте посмотрим на них подробнее.

Проводимость

• проводимость
• проводник
• изолятор

Предлагается ввести эту тему: спросить учащихся, что происходит с металлической чайной ложкой, когда они кладут ее в свой горячий напиток. Если возможно, кратко продемонстрируйте это в классе, даже используя стакан с горячей водой и металлический стержень.Кроме того, используйте пластиковую чайную ложку, чтобы продемонстрировать разницу, поскольку пластик является изолятором.

Вы замечали, что когда вы кладете холодную металлическую чайную ложку в чашку горячего чая, ручка чайной ложки через некоторое время также нагревается? Вы когда-нибудь задумывались, как это тепло «переходило» от горячего чая к холодной чайной ложке и согревало ее? Это один из способов передачи энергии, который называется проводимостью . Давайте узнаем, как это работает.

Когда энергия передается объекту, энергия частиц увеличивается. Это означает, что частицы обладают большей кинетической энергией, и они начинают двигаться и вибрировать быстрее. По мере того, как частицы движутся быстрее, они «натыкаются» на другие частицы и передают часть своей энергии этим соседним частицам. Таким образом, энергия передается через вещество на другой конец. Этот процесс называется проводимостью .Частицы проводят энергию через вещество, как показано на схеме.

Продемонстрируем это практически.

Установите эту демонстрацию перед классом, когда вы начнете говорить о дирижировании.

МАТЕРИАЛЫ:

• Горелка Бунзена
• металлический стержень
• Вазелин
• канцелярские скрепки, канцелярские кнопки или английские булавки
• две деревянные подставки или стопка книг или деревянных блоков для создания двух подставок с обеих сторон
• 2 колышка

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Установите устройство, как показано на схеме.
2. Покройте стержень вазелином и поместите его между двумя стойками с колышками, чтобы он не скатился, и удерживайте его на месте. Стержень должен выходить за левую стойку, и здесь должна быть размещена горелка Бунзена, чтобы вазелин не плавился из-за излучения горелки Бунзена, а проводился вдоль металлического стержня.
3. Прикрепите канцелярские скрепки или булавки к стержню, воткнув их в вазелин.
4. Зажгите горелку Бунзена и нагрейте один конец стержня.
5. Наблюдайте, как бумажные булавки или булавки одна за другой выпадают, когда энергия проходит через стержень.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Ваш учитель настроит демонстрацию, как показано на схеме ниже.
2. Понаблюдайте, что происходит с булавками или скрепками, когда зажигается горелка Бунзена и к одному концу металлического стержня прикладывается тепло.

В качестве упражнения на удлинение вы можете включить еще одно исследование, в котором вы измеряете скорость передачи энергии по металлическому стержню.Повторите эксперимент, поместив булавки с интервалом 5 см на длинный металлический стержень. Зажмите металлический стержень и нагрейте один конец над горелкой Бунзена. Используйте секундомер, чтобы отследить, сколько времени требуется, чтобы каждая канцелярская булавка упала, и запишите результаты на графике. Это можно было бы еще больше расширить, используя разные металлы и поместив все результаты на один набор осей. Градиент графиков дает скорость теплопроводности.

ВОПРОСЫ:

Что происходит со стержнем над ней, когда горит горелка Бунзена?

Энергия передается металлу стержня прямо над ним.Тепловая энергия этой части стержня увеличивается, и стержень нагревается.

Какая булавка или скрепка упала с металлического стержня первой? Ближайший или самый дальний от горелки Бунзена?

Ближайший к горелке Бунзена упал первым.

Что это говорит нам о том, как тепло проходит по стержню?

Тепло передается от наиболее горячего к более холодному концу стержня.

Давайте снова подумаем о чайной ложке в чае.Чай горячий, а металлическая ложка холодная. Когда вы кладете металлическую чайную ложку в горячий чай, часть тепловой энергии чая передается металлическим частицам. Частицы металла начинают быстрее вибрировать и сталкиваться с соседними частицами. Эти столкновения распространяют тепловую энергию вверх через чайную ложку. От этого ручка чайной ложки становится горячей.

Проводимость – это передача тепловой энергии между соприкасающимися объектами. В примере с чайной ложкой частицы чая соприкасаются с частицами металлической ложки, которые, в свою очередь, соприкасаются друг с другом, и именно так тепло передается от одного объекта к другому.

Все ли материалы проводят тепло одинаково? Давайте разберемся.

Заблуждения о температуре. Как вы думаете, почему ваш ковер зимой теплее плитки? Посмотрите это видео, чтобы узнать.

В ответ на видео в поле на полях о том, почему ваш ковер зимой теплее плитки, вы можете вернуться к этому вопросу после того, как проведете следующее расследование, а также посмотрите на пример формы для торта и торта. прямо из духовки.Вы можете вести обсуждение следующим образом:

• Начните с того, что спросите учащихся, почему они предпочли бы стоять зимой на ковре, а не на плитке. Они, наверное, ответят, что ковер теплее.
• Затем спросите их, какова, по их мнению, температура каждой поверхности. Учащиеся могут сказать, что им кажется, что плитка имеет более низкую температуру, чем ковер, потому что он кажется более холодным. Это неверно, так как плитка и ковер будут иметь одинаковую температуру, поскольку они оба некоторое время находились в одной и той же среде, и поэтому будут иметь одинаковую температуру.
• Однако, если вы снова зададите этот вопрос учащимся после проведения следующего исследования, а также после просмотра примера с тортами и тортами, они могут тогда понять, что это еще один пример разницы в проводимости.
• А именно, плитка и ковер имеют одинаковую температуру, но плитка лучше проводит энергию и поэтому отводит тепло от ваших ног с большей скоростью, чем ковер, из-за чего плитка становится холоднее в помещении. на самом деле они находятся при одинаковой температуре.

Это исследование покажет учащимся, что металлы проводят тепло лучше, чем неметаллы. Если возможно, посмотрите видео Veritasium, предоставленное по ссылке для посещения, перед занятием о заблуждениях, связанных с температурой, и которое демонстрирует эту деятельность. Начните с того, что попросите учащихся почувствовать блоки и спросите, какой из них холоднее. Алюминиевый блок будет холоднее.Затем спросите их, какой блок, по их мнению, растопит кубик льда быстрее всего. Как и на видео, большинство людей думают, что кубик льда на пластиковом блоке тает быстрее, так как он кажется более теплым, чем алюминиевый блок. Однако это заблуждение, и на занятиях будет продемонстрировано, что на самом деле именно алюминиевый блок заставляет кубик льда плавиться быстрее, поскольку металлы являются лучшими проводниками тепла.

AIM: Исследовать, какие материалы являются лучшими проводниками тепла.

В этом исследовании мы разместим кубик льда на пластиковом блоке и на алюминиевом блоке и будем наблюдать, какой кубик льда тает быстрее всего.

ГИПОТЕЗА: Напишите гипотезу для этого исследования. Как вы думаете, какой блок растопит кубик льда быстрее всего?

Учащиеся могут предположить, что кубик льда тает на пластике быстрее, чем на алюминиевом блоке.Если они это сделают, убедитесь, что они вернутся, чтобы отвергнуть свою гипотезу и пересмотреть ее.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• пластиковый блок
• алюминиевый блок
• кубиков льда
• пластиковое кольцо для удержания кубика льда на блоке

Вы можете использовать любой кусок пластика и алюминия (или другого металла), который сможете найти.по возможности используйте круглое кольцо, чтобы не пролить талую воду.

МЕТОД:

Сначала почувствуйте пластиковый блок и алюминиевый блок. Опишите, что они чувствуют.

Учащиеся заметят, что пластиковый блок на ощупь теплее металлического.

1. Поместите кубик льда на каждый блок и наблюдайте, что происходит.

НАБЛЮДЕНИЯ:

Какой кубик льда начинает таять первым и самым быстрым?

Сначала тает кубик льда на алюминиево-металлическом блоке.

Это то, что вы думали? Вернитесь к своей гипотезе.

Ответ, зависящий от учащегося. Большинство людей ошибочно считают, что кубик льда тает быстрее на пластиковом блоке, чем на металлическом.

ВЫВОДЫ:

Металл лучше проводит тепло, чем пластик, поскольку кубик льда на металле плавится первым.

Мы обсудим это в следующем абзаце о том, почему это происходит.

Так как это работает? Это связано с теплопроводностью и – скоростью, с которой тепло передается от одного объекта к другому.

Когда вы изначально почувствовали блоки, вы почувствовали, что пластиковый блок теплее.Но мы заметили, что алюминиевый или металлический блок растопил кубик льда быстрее. Это потому, что металлический блок быстрее проводит тепло к кубику льда. Пластиковый блок является худшим проводником тепла, поэтому кубику льда передается меньше тепла, и он не тает так быстро.

Почему тогда алюминиевый блок холоднее пластикового?

Это связано с тем, что алюминий быстрее отводит тепло от руки, чем пластик.Поэтому алюминиевый блок кажется холоднее, а пластиковый – теплее. Когда вы касаетесь чего-либо, вы на самом деле не чувствуете температуру. Скорее вы чувствуете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Давайте подумаем о другом примере выпечки торта. Представьте, что вы только что закончили печь пирог в духовке при температуре 180 ° C.

Когда вы вынимаете торт из духовки, что, скорее всего, обожжет вас больше: металлическая форма для выпечки или торт?

Скорее всего, форма для торта вызовет более серьезные ожоги.

В качестве следующего вопроса предложите учащимся поразмышлять о том, что они думают о температуре формы для торта и самой емкости. Многие люди ошибочно полагают, что олово горячее, чем торт, поскольку оно на на горячее. На самом деле они имеют одинаковую температуру, так как они оба выпекали при 180 ° C.

Вы думаете, что торт и форма имеют одинаковую температуру, когда вы вынимаете их из духовки? Почему?

Да, пирог и форма имеют одинаковую температуру, так как выпекались при 180 oC.Учащиеся могут сказать, что олово имеет более высокую температуру, чем торт, поскольку оно кажется более горячим, а металлическое олово вызовет более серьезные ожоги, чем настоящий торт. Это заблуждение, и вы должны это обсудить. Как и в случае с алюминиево-пластиковым блоком, форма для выпечки и пирог имеют одинаковую температуру. Но металлическое олово проводит тепло к вашей руке быстрее, чем торт. Таким образом, металлическая банка будет более горячей на ощупь и с большей вероятностью вызовет серьезный ожог, чем торт.Когда вы касаетесь чего-либо, вы на самом деле не чувствуете температуру. Скорее вы чувствуете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Если у вас есть возможность, посмотрите видео в поле Посетите , набрав ссылку в своем интернет-браузере, даже на мобильном телефоне. В этом видео демонстрируется пример формы для торта и торта.

Мы видели еще один пример теплопроводности.Форма будет проводить тепло к вашей руке намного быстрее, чем торт, поэтому форма обожжет вас, а торт – нет. Форма и пирог имеют одинаковую температуру.

Итак, что мы узнали? Металлы проводят тепло лучше неметаллов.

• Существуют вещества, через которые проходит тепловая энергия, поэтому они называются проводниками .

• Существуют вещества, которые не позволяют проводить через них тепловую энергию, поэтому они называются изоляторами .

Это ссылка на то, что мы узнали из книги «Материя и материалы» о свойствах материалов и о том, как их свойства определяют их использование. Напомните учащимся о действиях, которые они выполняли в разделе «Материя и материалы», особенно связанных с проводимостью.

Помните, что то, что материал на холоднее, не означает, что он имеет более низкую температуру.Возможно, он быстрее отводит тепло от вашей руки.

Теперь, когда мы знаем, что металлы являются хорошими проводниками тепла, считаете ли вы, что все металлы одинаково хорошо проводят тепло? Давайте разберемся, какие металлы являются лучшими проводниками.

Посмотрим, какой металл лучше проводит тепловую энергию. Для этого посмотрим, какой металл нагревается первым.

Убедитесь, что вы знаете, как безопасно пользоваться горелкой Бунзена.

Теперь, когда мы установили, что металлы проводят тепловую энергию лучше, чем неметаллы, учащиеся будут исследовать, какие металлы являются лучшими проводниками тепла. Это исследование требует большего количества тепла, чем предыдущее, поэтому учащиеся не должны проверять проводимость пальцами.

Потратьте несколько минут, прежде чем учащиеся начнут, демонстрируя правильную процедуру зажигания горелки Бунзена.В Интернете есть много различных обучающих видео, например, тот, который указан в поле для посещения на полях. Вот список инструкций для вашей справки:

1. Убедитесь, что вы работаете на подходящей поверхности, например, на огнестойком коврике, и что она чистая и не загромождена.
2. Убедитесь, что газовая трубка в хорошем состоянии и не погибнет.
3. Надежно подсоедините газоотводную трубку и убедитесь, что она не будет легко отсоединена при перемещении горелки Бунзена.
4. Убедитесь, что воротник у основания горелки Бунзена и отверстие для воздуха закрыты.
5. Сначала зажгите спичку, держа ее подальше от горелки Бунзена.
6. Включите газ другой рукой и поднесите спичку к горелке Бунзена, чтобы зажечь ее.
7. Отрегулируйте отверстие для воздуха, открыв его так, чтобы пламя стало сильнее.
8. Отрегулируйте интенсивность пламени с помощью воротника внизу.

Вы можете попросить учащихся нарисовать плакаты, объясняющие, как зажечь горелку Бунзена, в качестве дополнительного упражнения, если вы чувствуете, что им нужна дополнительная практика и напоминания.

Помните, что штативы и металлические стержни, которые используют учащиеся, сильно нагреваются во время этого эксперимента. Обязательно дайте устройству остыть перед тем, как упаковать его.

AIM: Определить, являются ли некоторые металлы лучшими проводниками тепла, чем другие металлы.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПЕРЕМЕННЫХ:

Прочтите метод и внимательно посмотрите на схему исследования, чтобы определить различные требуемые переменные.

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Тестируемый материал i.е. железо, медь, латунь или алюминий

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь изменить?

Это будет независимая переменная

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Время, необходимое для того, чтобы булавка упала.

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь измерять?

Какие переменные должны оставаться неизменными?

Длина и толщина материала должны быть одинаковыми для каждого используемого материала.Расстояние канцелярской кнопки от источника тепла.

Как мы называем переменные, которые должны оставаться неизменными?

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Учащиеся могут предположить, какой металл, по их мнению, будет лучшим проводником, например, медный стержень будет лучшим проводником.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• Горелка Бунзена
• Вазелин
• катанка из меди, железа, латуни и алюминия
• секундомер
• канцелярские кнопки
• штатив
• картон или бумага
• совпадений

Материалы, перечисленные здесь, являются рекомендациями.Вы можете использовать альтернативный аппарат, чтобы продолжить расследование. Например, для нагрева стержней можно использовать спиртовку. Если у вас нет подставки для штатива, вы можете поместить металлические стержни на другую подставку, например на деревянный брусок, так чтобы их концы выступали с одной стороны, чтобы они по-прежнему доходили до горелки Бунзена. Скрепки также можно использовать вместо булавок для рисования. Тип металла не имеет значения, если у вас есть разные металлы одинаковой длины.

МЕТОД:

1. Приклейте плоский конец канцелярской кнопки к концу каждого из металлических стержней с помощью вазелина.Постарайтесь использовать одинаковое количество вазелина для каждой канцелярской кнопки.
2. Поместите картон на штатив.
3. Выровняйте металлические стержни на картоне так, чтобы один конец каждого находился над горелкой Бунзена.
4. Зажгите горелку Бунзена.
5. Используя секундомер, измерьте, сколько времени требуется, чтобы каждый из штифтов упал.
6. Запишите результаты в таблицу.
7. Нарисуйте гистограмму, чтобы проиллюстрировать ваши результаты.

Картон является изолятором и препятствует передаче тепла от стержней к штативу. Потеря тепла стержнями может повлиять на результаты.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Запишите результаты в следующую таблицу.

Теперь нарисуйте гистограмму, чтобы показать свои результаты.Не забудьте дать своему графику заголовок, чтобы описать, что он представляет.

Какая переменная должна быть на горизонтальной оси абсцисс?

Тип материала должен быть на горизонтальной оси. Это независимая переменная.

Какая переменная должна быть на вертикальной оси?

Время, необходимое для того, чтобы канцелярская булавка упала, должно относиться к вертикальной оси. Это зависимая переменная.

Как вы думаете, почему гистограмма подходит для этого расследования?

Независимая переменная / тип материала не является числовым значением, поэтому для него не требуется числовая строка.Гистограмма используется для представления нечисловых или прерывистых данных.

Независимая переменная всегда отображается по оси x, а зависимая переменная – по оси y. Обе оси должны быть помечены и показывать единицы измерения. График должен иметь заголовок.

Здесь приведен примерный набор данных с гистограммой для справки.Ваши результаты могут отличаться от представленных здесь.

АНАЛИЗ:

Какой столбец на вашем графике самый длинный?

Самым длинным стержнем должен быть утюг.

Какой столбик самый короткий?

Самым коротким стержнем должен быть медный стержень.

Запишите материалы в порядке отвода тепла от самого быстрого к самому медленному.

Ответ, зависящий от активности.

Почему плавится вазелин?

Тепло передается посредством теплопроводности через металлический стержень к вазелину, вызывая повышение его температуры и затем изменение состояния (твердое состояние на жидкое).

Как вы думаете, почему нужно было положить кусок картона или бумаги на штатив под металлические стержни. Подсказка: подставка для штатива также сделана из металла.

Картон действует как изолятор, предотвращая передачу тепла на подставку от стержней.В рамках этого эксперимента тепло должно передаваться только к различным металлическим стержням.

Как вы думаете, почему необходимо использовать одинаковое количество вазелина на концах каждого стержня?

Это сделано для того, чтобы тест был честным, в противном случае некоторые канцелярские кнопки могут застрять лучше, чем другие, что приведет к неточным результатам.

Как вы думаете, мы могли бы провести это расследование, если бы наши стержни были разной длины? Почему?

Нет, в противном случае это было бы нечестное испытание, поскольку нагревание одних стержней придется проводить дальше, чем других, что приведет к неточным результатам.

ОЦЕНКА:

Всегда важно оценивать наши исследования, чтобы увидеть, есть ли что-то, что мы могли бы изменить или улучшить.

Есть ли что-то, что пошло не так в вашем расследовании, что вы могли бы предотвратить?

Ответ, зависящий от учащегося.

Если бы вам пришлось повторить это расследование, что бы вы изменили?

Ответ, зависящий от учащегося. Примеры включают: повторение одного и того же эксперимента три раза и усреднение результатов, увеличение количества тестируемых металлов.

ВЫВОДЫ:

Этот ответ будет зависеть от результатов их экспериментов и конкретных металлов, которые вы использовали в исследовании.

В этом разделе мы рассмотрели, как тепло проходит через металлические стержни и другие предметы. Это все твердый объекта. Как энергия передается через жидкости или газы? Давайте узнаем в следующем разделе.

Конвекция

• конвекция
• конвекционный ток

В качестве введения к этому разделу вы можете смоделировать концепцию «сидения в ванне», наполнив прямоугольную пластиковую ванну или небольшой резервуар для воды холодной водой, а затем налив горячей водой с одной стороны.Предложите учащимся почувствовать холодную сторону ванны, а затем почувствовать ее через несколько минут.

Если вам удастся раздобыть лавовую лампу, это может стать очень увлекательным вступлением к уроку. Вы можете выключить свет и поставить лавовую лампу на стол, когда ученики войдут в класс. Затем вы можете объяснить, что собираетесь выяснить, почему капли поднимаются, а затем падают обратно в лавовую лампу. Если у вас нет лавовой лампы, вы также можете посмотреть это видео:

Представьте горшок с водой на плите.Только дно кастрюли касается плиты, но вся вода внутри кастрюли, даже вода, не касающаяся стенок, становится теплее. Как энергия передается по воде в горшке? Передача энергии происходит из-за конвекции .

Давайте выполним упражнение, которое поможет нам визуализировать, как происходит конвекция.

Цветные конвекционные токи (видео)

МАТЕРИАЛЫ:

• Стеклянный стакан 200 мл
• перманганат калия
• Горелка Бунзена или спирта, штатив, проволочная сетка

Учтите, что вам нужно всего несколько гранул перманганата калия, иначе вы ничего не увидите.

Альтернативой вышеуказанным материалам является:

1. Отрежьте горлышко прозрачной емкости 4 или 5 л.
2. Наполните емкость на три четверти холодной водопроводной водой.
3. Налейте цветную горячую воду (может быть окрашена пищевым красителем) в небольшую бутылку с легко снимаемой крышкой. Закройте крышку.
4. Опустите маленькую бутылку в контейнер.
5. После опускания осторожно откройте его, затем осторожно выньте руку из контейнера с крышкой.
6. Обратите внимание на то, что цветная горячая вода поднимается из маленькой бутылки через холодную воду, а затем снова падает вниз, охлаждая на своем пути вверх – наблюдайте за конвекционными потоками.

ИНСТРУКЦИЯ:

Учащиеся не должны просто бросать перманганат калия в воду. Важно, чтобы они аккуратно поместили его на дно стакана с одной стороны, чтобы они могли видеть, как движутся потоки в воде.

1. Наполовину заполните стакан холодной водопроводной водой.
2. Осторожно нанесите небольшое количество перманганата калия на одну сторону стакана. НЕ РАЗМЕШАТЬ.
3. Нагрейте воду с перманганатом калия непосредственно под стенкой стакана с помощью бунзеновской / спиртовой горелки и наблюдайте, что происходит.
4. Поставьте контрольный эксперимент и поместите несколько зерен перманганата калия на дно стакана, наполненного водой.Не нагревайте этот стакан и наблюдайте, что происходит.

ВОПРОСЫ:

Что вы увидели, когда вода в нагретом стакане начала нагреваться? Нарисуйте картинку, чтобы показать то, что вы видите.

Учащиеся должны увидеть фиолетовый цвет растворенного перманганата калия, движущийся по кругу вверх через воду.

Что происходит с перманганатом калия в этом стакане?

По мере того, как перманганат калия растворяется в воде, он протаскивается через воду.

Вы можете объяснить узор, который вы видели?

Теплая вода поднимается и заменяется более холодной водой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

На данный момент учащиеся не знакомы с теорией конвективных токов, поэтому их ответы будут довольно простыми.

Сравните это со стаканом, который не был нагрет. Что вы наблюдали в этом стакане?

Перманганат калия растворяется, но не образует восходящих токов.Он будет равномерно и плотно диффундировать по дну стакана. Через долгое время он равномерно распределится по воде.

Давайте теперь объясним, что мы наблюдали в последнем упражнении. Конвекция – это передача тепловой энергии из одного места в другое за счет движения частиц газа или жидкости. Как это произошло?

При нагревании газа или жидкости вещество расширяется.Это связано с тем, что частицы в жидкостях и газах приобретают кинетическую энергию при нагревании и начинают двигаться быстрее. Поэтому они занимают больше места по мере того, как частицы отдаляются друг от друга. Это заставляет нагретую жидкость или газ двигаться вверх, а более холодную жидкость или газ – вниз. Когда теплая жидкость или газ достигают вершины, они снова охлаждаются и, следовательно, снова движутся вниз.

Затем мы говорим, что нагретая жидкость или газ менее плотны, поскольку те же частицы теперь занимают большее пространство.Мы узнаем больше о плотности в следующем году в Gr 8.

В последнем действии частицы воды приобрели кинетическую энергию и разошлись друг от друга, занимая больше места. Затем эта вода движется вверх, поскольку она менее плотная, чем холодная вода, то есть она легче, чем холодная вода. Мы могли наблюдать это, когда перманганат калия растворялся в воде и перемещался вместе с частицами воды, а затем снова перемещался вниз по мере охлаждения воды.

Это движение жидкости или газа называется конвекционным потоком , и энергия передается от одной области в жидкости или газе к другой. Взгляните на диаграмму, показывающую конвекционный ток.

Учащимся нужно быть осторожными с этим экспериментом. Т-образный картон легко зажечь свечой, и им следует быть осторожными, чтобы не обжечь пальцы при зажигании свечей.

МАТЕРИАЛЫ:

• Картон Т-образный
• свеча
• скрученная бумага или шина
• стакан
• Коробка спичек

ИНСТРУКЦИЯ:

Вы можете капнуть немного воска на основу, а затем прикрепить к нему свечу, чтобы она стояла.

1. Зажгите свечу и поместите ее в стакан сбоку от стакана.
2. Поместите Т-образный картон в стакан так, чтобы между дном стакана и картоном оставался небольшой зазор.
3. Зажгите скрученный рулон бумаги и подержите его в стакане с противоположной стороны от свечи, как показано на рисунке.
4. Посмотрите, что происходит с дымом.

ВОПРОСЫ:

Что происходит с дымом от бумаги?

Дым опускается под картон и поднимается вверх рядом со свечой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Некоторые частицы дыма могут двигаться вверх.

Как вы думаете, почему дым движется таким образом?

Свеча нагревает воздух над собой, что создает конвекционный поток, который втягивает более холодный воздух с другой стороны картона к свече.Это движение частиц воздуха увлекает за собой частицы дыма. Частицы дыма позволяют нам визуализировать конвекционное течение.

В последних двух действиях мы наблюдали конвекционные токи в жидкости и в газе. Конвекционные токи могут образовываться только в газах и жидкостях, поскольку эти частицы могут свободно перемещаться. Они не удерживаются в фиксированных положениях, как в твердом теле.Твердые частицы удерживаются вместе слишком плотно, чтобы они могли двигаться при нагревании. Твердые частицы будут вибрировать быстрее только при нагревании, но не сдвинутся со своих позиций.

Твердые частицы будут двигаться со своих позиций только тогда, когда они наберут достаточно кинетической энергии, чтобы произошло изменение состояния, и твердое тело расплавится и станет жидкостью.

Капли в лавовой лампе движутся вверх и вниз в лампе, сначала нагреваясь и расширяясь, а затем достигая поверхности и остывая, чтобы снова опускаться вниз.

Как работает лавовая лампа? (видео)

Теперь, когда мы узнали о конвекции, как мы можем применить это в окружающем нас мире? Интересно узнать о концепциях и теориях в науке, но еще интереснее, когда мы узнаем, как это влияет на нашу повседневную жизнь.

Представьте, что вашему учителю дали обогреватель и кондиционер для вашего класса. Обогреватель согреет ваш класс зимой, а кондиционер сохранит прохладу летом. Вы должны помочь своему учителю решить, где каждый предмет должен быть помещен в классе. Идти по стене у потолка или у пола? Стоит ли им подойти к окну?

ИНСТРУКЦИЯ:

Разделитесь на группы по 2 или 3 человека.

Обсудите, где в классе вы бы разместили обогреватель, чтобы он мог эффективно обогревать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Утеплитель следует ставить возле пола. По мере того, как он нагревает воздух вокруг себя, теплый воздух поднимается и заменяется холодным.Затем прохладный воздух нагревается и поднимается. Это создает конвекционный поток, который нагревает всю комнату. На диаграмме должна быть показана восходящая циркуляция теплого воздуха.

Обсудите, где в классе вы бы установили кондиционер, чтобы он мог эффективно охлаждать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Кондиционер следует ставить под потолком.По мере того, как он охлаждает теплый воздух у потолка, холодный воздух движется вниз к полу и заменяется теплым воздухом снизу. Затем теплый воздух охлаждается кондиционером. Это создает конвекционный поток, который охлаждает всю комнату. На диаграмме должна быть показана нисходящая циркуляция холодного воздуха.

Постарайтесь найти специалиста по кондиционерам или отоплению, с которым вы сможете пройти собеседование.Попросите их объяснить, как лучше всего установить кондиционер и обогреватель.

Теперь мы рассмотрели, как энергия передается через различные материалы, будь то твердые тела (проводимость) или жидкости и газы (конвекция). Но что делать, если нет частиц, передающих тепловую энергию? Есть ли еще способ передачи энергии?

Радиация

• излучение
• матовый
• отражают
• поглотить

Вы когда-нибудь задумывались, как Солнце может согреть нас, даже если оно так далеко? Энергия передается от Солнца ко всему на Земле.Солнцу не обязательно касаться Земли для передачи энергии. Кроме того, между Землей и Солнцем есть пространство. Энергия Солнца способна согреть нас, даже не касаясь нас.

Этот перенос энергии называется излучением . Он отличается от проводимости или конвекции, поскольку не требует, чтобы предметы касались друг друга или движения частиц.

Радиация происходит от греческого слова , радиус , что означает луч света.

Свету требуется около 8 минут, чтобы добраться от Солнца до Земли.

Мы также можем видеть, как тепло передается радиацией здесь, на Земле, а не только между Солнцем и Землей. Продемонстрируем разницу между излучением и конвекцией с помощью свечи.

Предлагается сделать это в качестве демонстрации и разбить учащихся на небольшие группы.Затем вы можете контролировать, насколько близко они подносят руки к пламени. Обратите внимание, что тепло излучается на во всех направлениях на вокруг источника тепловой энергии (включая верх свечи). То, что заставляет нас чувствовать тепло вверху, – это эффект конвекционных потоков горячего воздуха, движущихся вверх. Сначала им следует подержать руки над пламенем, чтобы почувствовать тепло от конвекции. Затем они должны подержать руки рядом, чтобы почувствовать теплоотдачу от излучения. Наконец, вы также можете продемонстрировать проводимость, используя металлическую ложку и держа ее в огне.

МАТЕРИАЛЫ:

• свеча в подсвечнике
• металлическая ложка или металлический стержень
• совпадений

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Зажгите свечу и поместите ее в подсвечник. Ваш учитель может сделать это и попросить вас подходить к демонстрации по очереди.
2. Сначала держите руку над свечой.
3. Затем возьмитесь за свечу рукой.
4. Ответьте на следующие вопросы.

ВОПРОСЫ:

Теперь мы знаем, что тепло от свечи будет передаваться воздуху вокруг нее. Они согреются. Куда уйдет этот воздух?

Частицы воздуха будут двигаться вверх.

Итак, когда вы держите руку над свечой, что вы чувствуете и почему?

Когда вы держите руку над свечой, частицы теплого воздуха передают энергию вашей руке, заставляя ее нагреваться, и вы чувствуете повышение температуры.

Но как насчет того, чтобы держать руку за свечу? Чувствуете ли вы тепло от свечи?

Это не конвекция, поскольку частицы воздуха не перемещаются вбок, когда они нагреваются от пламени.Итак, как энергия передается вашей руке, когда вы чувствуете тепло на стороне свечи?

Энергия передается излучением.

Наконец, если ваш учитель поместит металлическую ложку в пламя свечи, и вы почувствуете конец, что бы вы почувствовали через некоторое время?

Как передавалась энергия от пламени на конец ложки?

Энергия передавалась по проводимости.

На этой фотографии показаны все три формы передачи тепла. Объясните, какой тип теплопередачи представлен каждой рукой.

Рука справа, держащая ложку, представляет собой теплопроводность, поскольку тепло передается от пламени через металл ложки.Рука над свечой представляет собой конвекцию, поскольку тепло передается от пламени движущимися частицами воздуха, которые нагреваются и поднимаются. Рука над свечой также будет испытывать тепло от излучения, поскольку тепло распространяется во всех направлениях. Рука слева рядом со свечой представляет излучение, когда энергия передается от источника через пространство к руке.

Как мы видели в предыдущем упражнении, энергия передается от свечи к вашей руке посредством конвекции и излучения.Вы когда-нибудь стояли рядом с огромным огнем? Вы почувствуете излучаемое тепло, даже если воздух может быть очень холодным. Это потому, что энергия передается вам посредством излучения через промежутки между частицами в воздухе.

Что если вы дотронетесь до черной или белой стены? Как вы думаете, есть ли разница в том, как разные поверхности поглощают и отражают излучение ? Давайте узнаем, проведя расследование.

В этом исследовании рассматривается, как различные материалы поглощают или отражают излучение.Важно, чтобы площадь поверхности каждого материала оставалась одинаковой, чтобы результаты были надежными. Это расследование лучше всего работает в жаркий солнечный день. Постарайтесь найти самое солнечное место на территории школы, чтобы провести расследование.

Мы собираемся исследовать, какие поверхности поглощают больше всего тепла, используя темную бумагу, светлую бумагу и блестящую бумагу, такую ​​как алюминиевая фольга. Мы будем использовать температуру внутри конверта, сделанного из каждого вида бумаги, как меру количества тепла, поглощаемого бумагой.Как вы думаете, почему мы можем это сделать?

Обсудите это со своим классом, так как важно, чтобы они понимали, почему они проводят расследование. Когда бумажный конверт поглощает тепло, энергия передается воздуху внутри конвертов. Это вызовет повышение температуры, которое покажет термометр. Чем больше энергии поглощается, тем больше энергии передается внутрь и тем выше температура.Бумага, отражающая наибольшее количество энергии, покажет наименьшее повышение температуры.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВОПРОС:

Какие поверхности будут поглощать больше всего солнечного излучения и, следовательно, быстрее всего увеличивать температуру?

ПЕРЕМЕННЫЕ

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Температура вещества.

Как мы называем измеряемую вами переменную?

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Как мы называем эту переменную?

Что должно быть одинаковым для всех различных материалов?

Площадь поверхности каждого вещества, подвергающегося воздействию Солнца, должна быть одинаковой (т. Е.размер конверта). Продолжительность воздействия солнечных лучей на материалы.

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Гипотеза может быть такой: «Блестящая поверхность поглощает меньше всего тепла, а бумага черного / темного цвета – больше всего.’

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• черная матовая бумага
• официальный документ
• алюминиевая фольга
• 3 спиртовых термометра
• секундомер или таймер
• клей или скотч

Вы также можете расширить исследование, протестировав больше цветов, например красный и желтый, чтобы увидеть их сравнение.

МЕТОД:

1. Сложите каждый лист бумаги и алюминиевую фольгу в виде конверта.
2. Поместите термометр в каждый конверт и запишите начальную температуру.
3. Положите все конверты на солнце.
4. Проверяйте температуру по термометрам каждые 2 минуты в течение 16 минут.
5. Запишите результаты в таблицу.
6. Нарисуйте линейный график для каждого конверта на одном и том же наборе осей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Результаты этого эксперимента зависят от размера бумажного конверта, который делают учащиеся, а также от количества солнечного света, падающего на конверты. Показания также могут время от времени колебаться в результате облачности.

Запишите результаты в следующую таблицу.

Нарисуйте линейный график для каждого конверта на пустом месте ниже.Не забудьте дать своему графику заголовок.

Время должно быть отложено по горизонтальной оси, а температура – по вертикальной оси. Нарисуйте три разных графика для трех разных материалов. Сравнение наклона трех графиков позволит учащимся определить, какой материал прогрелся быстрее всего. Быстрее всего прогрелась линия с самым крутым уклоном.

Температура черной бумаги должна повышаться быстрее всего, и поэтому кривая будет самой крутой.Алюминиевый конверт должен нагреваться медленнее всего и иметь самый неглубокий изгиб с белой бумагой между ними.

График должен иметь заголовок. Примером подходящего заголовка может быть «Сравнение скорости повышения температуры различных поверхностей».

АНАЛИЗ:

Что вы замечаете в формах нарисованных вами графиков? Графики прямые или кривые?

Ответ, зависящий от активности.Полученные значения будут зависеть от размера конвертов, которые делают учащиеся, а также от количества солнечного света, на которое они попали. Важно, чтобы они видели растущую тенденцию в линиях графика.

Какая линия на вашем графике самая крутая? Что это говорит нам?

График, представляющий черную бумагу, должен быть самым крутым графиком.Это означает, что температура этого конверта увеличивалась быстрее всего. Это потому, что черный матовый цвет поглощает больше всего излучения.

Сравните ваши результаты для белой бумаги и блестящей поверхности. Что это вам говорит.

Конверт из алюминиевой фольги должен показывать минимальное повышение температуры, поскольку блестящие поверхности отражают тепло.

ОЦЕНКА:

Расследование прошло гладко? Или вы бы что-нибудь изменили?

Ответ, зависящий от учащегося.Учащиеся должны обсудить качество своего метода и получили ли они ожидаемые результаты. Они могут предложить повторить эксперимент три раза и получить среднее увеличение с течением времени.

Получили ли вы какие-либо результаты, которые не соответствовали общей схеме?

Ответ, зависящий от учащегося.Некоторые учащиеся могут получить выбросы, но другие могут иметь четкие результаты с четкими закономерностями.

ВЫВОД:

Напишите заключение для вашего расследования. Не забудьте вернуться к следственному вопросу, на который мы хотели ответить.

Учащиеся должны сделать вывод, что черные поверхности поглощают больше всего излучения и, следовательно, показывают самое большое и быстрое повышение температуры, тогда как блестящие поверхности поглощают меньше всего, поскольку они больше всего отражают.

Солнечное излучение необходимо для жизни на Земле, но ультрафиолетовое излучение Солнца также может сильно повредить нашу кожу. Не забывайте надевать солнцезащитный крем и шляпу на улице и избегать попадания прямых солнечных лучей с 11:00 до 14:00.

Исследование показало, что темная оболочка показала наибольшее повышение температуры. Более светлый конверт показал меньшее повышение температуры.Конверт из блестящего материала показал наименьшее повышение температуры.

Итак, что мы узнали? Кажется, что темные цвета поглощают больше солнечного излучения, чем светлые или отражающие цвета. Итак, если вы хотите согреться в холодный день, темная одежда будет поглощать больше доступного тепла солнечного излучения, чем светлые тона.

Средняя летняя температура в Хотазеле, городе на Северном мысе, составляет около 34 ° C. Если бы вы жили в Хотазеле и вам нужно было купить новую машину, вы бы купили машину светлого или темного цвета? Объяснить, почему.

Лучшим цветом для покупки будет белый автомобиль, потому что, как показало исследование, светлые цвета поглощают меньше тепла, чем темные. Так светлый автомобиль в идеале останется самым крутым внутри.

У вас есть возможность опрыскать автомобиль, чтобы сделать поверхность более блестящей. Как вы думаете, это поможет сохранить прохладу в машине в жаркие летние месяцы? Объяснить, почему.

Да, это поможет, поскольку блестящие поверхности обладают большей отражающей способностью и поэтому больше лучистого тепла отражается, а не поглощается, сохраняя внутреннюю часть автомобиля более прохладной.

Удельная теплоемкость и вода

• Школа наук о воде ГЛАВНАЯ • Темы о свойствах воды •

Удельная теплоемкость воды частично отвечает за мягкий климат вдоль юго-западного побережья Англии.Есть пляжи, как на пляже Порткресса в Силли, где растут тропические растения.

Кредит: Викимедиа

Удельная теплоемкость определяется количеством тепла, которое необходимо для повышения температуры 1 грамма вещества на 1 градус Цельсия (° C). Вода имеет высокую удельную теплоемкость, а это означает, что для повышения температуры воды требуется больше энергии по сравнению с другими веществами. Вот почему вода важна для промышленности и в радиаторе вашего автомобиля в качестве охлаждающей жидкости. Высокая удельная теплоемкость воды также помогает регулировать скорость изменения температуры воздуха, поэтому изменение температуры между сезонами происходит постепенно, а не внезапно, особенно вблизи океанов.

Эта же концепция может быть расширена до мирового масштаба. Океаны и озера помогают регулировать диапазоны температур, с которыми сталкиваются миллиарды людей в своих городах. Вода, окружающая город или близлежащая к нему, нагревается и остывает дольше, чем суша, поэтому в городах у океанов, как правило, меньше изменений и меньше экстремальных температур, чем в городах во внутренних районах. Это свойство воды – одна из причин, почему штаты на побережье и в центре Соединенных Штатов могут так сильно различаться в температурных режимах.В штате Среднего Запада, таком как Небраска, зима будет холоднее, а лето жарче, чем в Орегоне, который находится на более высоких широтах, но расположен рядом с Тихим океаном.

Если вы оставите ведро с водой на улице летом на солнце, оно наверняка станет теплым, но недостаточно горячим, чтобы сварить яйцо. Но если в августе вы пройдете босиком по черному асфальту улицы в южной части Соединенных Штатов, вы обожжете себе ноги. Если в августовский день уронить яйцо на металл капота моей машины, получится яичница.Металлы имеют гораздо более низкую удельную теплоемкость, чем вода. Если вы когда-либо держались за иглу и вставляли другой конец в огонь, вы знаете, как быстро игла нагревается и как быстро тепло передается по длине иглы к вашему пальцу. Не так с водой.

Почему важна теплоемкость

Кредит: LENA15 | pixabay.com

Высокая удельная теплоемкость воды во многом определяет экстремальные условия окружающей среды. Например, рыбы в этом пруду счастливы, потому что удельная теплоемкость воды в пруду означает, что температура воды будет оставаться примерно одинаковой днем ​​и ночью.Им не нужно беспокоиться о том, чтобы включить кондиционер или надеть шерстяные перчатки. (Также, для счастливой рыбы, посетите нашу страницу Растворенный кислород .)

К счастью для меня, тебя и рыб в пруду справа, вода имеет более высокую удельную теплоемкость, чем многие другие вещества. Одно из самых важных свойств воды – это то, что для ее нагрева требуется много энергии. Точнее, вода должна поглотить 4 184 джоулей тепла (1 калория), чтобы температура одного килограмма воды повысилась на 1 ° C.Для сравнения: чтобы поднять 1 килограмм меди на 1 ° C, требуется всего 385 джоулей тепла.

Если вы хотите узнать больше об удельной теплоемкости воды на молекулярном уровне, посмотрите это видео об удельной теплоемкости воды от Khan Academy.