Підручник Фізика 8 клас - Т.М. Засєкіна - Оріон 2017 рік

Розділ 1 ТЕПЛОВІ ЯВИЩА. ТЕПЛОВІ МАШИНИ ТА МЕХАНІЗМИ

§ 9 Конвекція

Ви дізнаєтесь

- Чому батареї опалення ставлять, як правило, під вікнами

- Що таке бриз

Пригадайте

- Що таке теплопровідність

- У чому відмінність теплопровідності у твердих тілах, рідинах і газах

Конвекція. Ви, можливо, звернули увагу, що нагрівальні елементи в електричних чайниках розміщені знизу, а вода прогрівається по всьому об’єму. Обігрівальні батареї в будинках встановлюють під вікнами біля підлоги. Як же прогрівається повітря по всій кімнаті?

Річ у тім, що під час передавання теплоти в рідинах і газах поряд із теплопровідністю відбувається ще й конвекція — теплообмінний процес, що супроводжується перенесенням речовини.

Конвекція — це вид теплообміну, що відбувається в рідинах і газах і здійснюється внаслідок перенесення речовини.

Механізм конвекції. Розглянемо механізм конвекції на прикладі нагрівання води у скляній колбі. Для більшої наочності руху рідини на дно колби вкинемо кілька крупинок мідного купоросу (мал. 30).

Ви знаєте, що на будь-яке тіло, що міститься всередині рідини (або газу), діє архімедова сила. У нашому випадку таким тілом є невеликий об’єм самої рідини поблизу дна колби. При підвищенні температури об’єм рідини зростає, а густина — зменшується. Тому нагріті шари води розширюються й піднімаються вгору під дією архімедової сили, виштовхуючись знизу струменями холодної води. Так поступово прогріватимуться й рухатимуться вгору ті шари, що перед цим опустилися.

Конвекцією пояснюється теплообмін повітря в кімнаті, що прогрівається батареєю опалення (мал. 31). Унаслідок нагрівання виникає різниця температур між нижніми й верхніми шарами повітря. Струмені теплого повітря будуть виштовхуватися знизу струменями холодного повітря й підніматися вгору під дією архімедової сили. Так поступово прогріватиметься й рухатиметься вгору холодне повітря, що перед цим опустилося.

Після ознайомлення із процесами теплопровідності й конвекції спробуйте пояснити такий дослід (мал. 32). Візьмемо пробірку з водою та льодом (на лід покладемо металеву гайку, щоб лід не спливав). Розташуємо пробірку над полум’ям спиртівки так, як показано на малюнку. Що будемо спостерігати?

У верхній частині пробірки кипить вода, а на дні пробірки ще лежить лід!

Як пояснити результати досліду?

По-перше, цей дослід доводить, що вода має невелику теплопровідність. Пригадайте: теплопровідність води у 330 разів менша, ніж у міді, й у 25 разів більша, ніж у повітря.

По-друге, конвекційні процеси відбуваються спрямовано: теплі потоки піднімаються вгору, холодні — опускаються вниз. Тому прогріта згори вода не опускається на дно пробірки й не розтоплює лід.

Мал. 30. Конвекція в рідинах

Мал. 31. Конвекція в газах

Мал. 32. Дослід із нагрівання пробірки з водою та льодом

Конвекція в природі й техніці. Явище конвекції відіграє важливу роль у природі й техніці. Завдяки природній конвекції відбувається постійне перемішування повітряних мас — виникають конвекційні потоки в атмосфері — вітри.

Прикладом конвекції в атмосфері Землі є берегові бризи. Механізм їх утворення пояснюється конвекцією повітряних мас. Удень суходіл прогрівається Сонцем швидше, ніж вода. Тому повітря над суходолом прогрівається сильніше, ніж над морем. Густина повітря над суходолом зменшується, утворюється область низького тиску, а над морем утримується область підвищеного тиску. Більш холодне повітря інтенсивно рухається з моря в бік зниженого тиску — до берега (дме вітер, який називають денним бризом). Уночі суходіл охолоджується швидше, ніж море. Над суходолом створюється область підвищеного тиску, й охолоджене повітря рухається в бік області зі зниженим тиском — до моря. Так званий нічний бриз дме із суходолу на море.

Через нерівномірне нагрівання води виникають постійні течії у водах річок, морів, океанів. Океанські течії, як і вітри, відіграють значну роль у формуванні клімату на нашій планеті.

Щоб краще пропікалося тісто в духовій шафі, прогрівалися продукти в мікрохвильовій печі або охолоджувалися робочі деталі комп’ютера, двигуна автомобіля, використовують вентилятори, які зумовлюють вимушену конвекцію.

Підбиваємо підсумки

- Конвекція — це вид теплообміну, що здійснюється завдяки перенесення теплоти струменями рідини або газу.

- У твердих тілах такий вид теплообміну неможливий.

- Розрізняють природну й вимушену конвекцію.

- Природну конвекцію можна пояснити наявністю архімедової сили та явищем теплового розширення. Теплі шари рідини або газу (які мають меншу густину) піднімаються вгору, а холодні (більш густі) — опускаються.

Я знаю, вмію й розумію

1. Що таке конвекція? Чим конвекція відрізняється від теплопровідності?

2. Опишіть механізм конвекції на прикладі нагрівання рідини.

3. Назвіть причини виникнення природної конвекції. Наведіть приклади конвекції в природі й техніці.

ПОЯСНІТЬ

1. Чому рідини та гази нагрівають знизу?

2. Чому конвекція неможлива у твердих тілах?



Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити