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Types de transfert de chaleur : conduction thermique, convection, rayonnement. l'énergie de diverses manières : à travers les murs

CONDUCTIVITÉ THERMIQUE De l'eau chaude a été versée dans des pots en aluminium et en verre de même capacité. Lequel des pots se réchauffera le plus rapidement à la température de l'eau qui y est versée ? L'aluminium conduit la chaleur plus rapidement que le verre, de sorte que la casserole en aluminium chauffe plus rapidement à la température de l'eau qui y est versée

CONVECTION Dans les réfrigérateurs industriels, l'air est refroidi par des tuyaux à travers lesquels circule le liquide réfrigéré. Où placer ces tuyaux : en haut ou en bas de la pièce ? Pour refroidir la pièce, les tuyaux dans lesquels s'écoule le liquide refroidi doivent être placés en haut. L'air chaud, au contact des tuyaux froids, se refroidira et, sous l'influence de la force d'Archimède, descendra.

Type de transfert de chaleur Caractéristiques du transfert de chaleur Modèle Conductivité thermique Nécessite un certain temps La substance ne bouge pas Transfert d'énergie atomique-moléculaire Convection La matière est transportée par des jets Observé dans le liquide et le gaz Naturel, forcé Chaud vers le haut, froid vers le bas Rayonnement Rayonner tous les corps chauffés Réalisé dans vide completÉmis, réfléchi, absorbé

Le transfert de chaleur est un processus irréversible spontané de transfert d'énergie à partir de corps ou de parties du corps plus chauffés vers des corps moins chauffés. Le transfert de chaleur est un moyen de modifier l'énergie interne d'un corps ou d'un système de corps. Le transfert de chaleur détermine et accompagne les processus dans la nature, dans la technologie et dans la vie quotidienne. Il existe trois types de transfert de chaleur : la conduction thermique, la convection et le rayonnement.

Déterminé par le mouvement chaotique intense des molécules et des atomes qui composent cette substance. La température est une mesure de l'intensité du mouvement des molécules. La quantité de chaleur qu'un corps possède à une température donnée dépend de sa masse ; par exemple, à la même température, une grande tasse d'eau contient plus de chaleur qu'une petite, et un seau d'eau froide peut contenir plus de chaleur qu'une tasse de eau chaude(bien que la température de l'eau dans le seau soit plus basse). La chaleur joue un rôle important dans la vie humaine, notamment dans le fonctionnement de son corps. Une partie de l'énergie chimique contenue dans les aliments est convertie en chaleur, maintenant la température corporelle à près de 37 degrés Celsius. Le bilan thermique du corps humain dépend également de la température. environnement, et les gens sont obligés de dépenser beaucoup d'énergie pour chauffer les logements et locaux industriels en hiver et pour les rafraîchir en été. La majeure partie de cette énergie provient de moteurs thermiques tels que les chaudières et les turbines à vapeur des centrales électriques à combustibles fossiles (charbon, fioul) qui produisent de l'électricité.

Jusqu'à la fin du XVIIIe siècle. la chaleur était considérée comme une substance matérielle, estimant que la température corporelle est déterminée par la quantité de "liquide calorique" ou "calorique" qu'elle contient. Plus tard, B. Rumford, J. Joule et d'autres physiciens de l'époque, par des expériences et un raisonnement ingénieux, ont réfuté la théorie "calorique", prouvant que la chaleur est sans poids et qu'elle peut être obtenue en n'importe quelle quantité simplement en raison du mouvement mécanique. La chaleur en soi n'est pas une substance - c'est juste l'énergie de mouvement de ses atomes ou molécules. C'est à cette compréhension de la chaleur que la physique moderne adhère.

Transfert de chaleur- C'est le processus de transfert de chaleur à l'intérieur du corps ou d'un corps à un autre, en raison de la différence de température. L'intensité du transfert de chaleur dépend des propriétés de la substance, de la différence de température et obéit aux lois de la nature expérimentalement établies. Pour créer des systèmes de chauffage ou de refroidissement efficaces, divers moteurs, centrales électriques, systèmes d'isolation thermique, vous devez connaître les principes du transfert de chaleur. Dans certains cas, les échanges thermiques sont indésirables (isolation thermique des fours de fusion, vaisseaux spatiaux etc.), alors que dans d'autres, il doit être le plus grand possible (chaudières à vapeur, échangeurs de chaleur, ustensiles de cuisine).

Alors que avant, q- flux de chaleur (en joules par seconde, soit en W), UNE est la surface du corps émetteur (en m 2), et T 1 et T 2 - les températures (en Kelvin) du corps rayonnant et de l'environnement qui absorbe ce rayonnement. Coefficient s est appelée constante de Stefan - Boltzmann et est égale à (5,66961 x 0,00096) x10 -8 W / (m 2 DK 4).

La loi présentée du rayonnement thermique n'est valable que pour un radiateur idéal - le soi-disant corps absolument noir. Pas un seul corps réel n'est tel, bien qu'une surface noire plate dans ses propriétés se rapproche d'un corps complètement noir. Les surfaces lumineuses émettent relativement faiblement. Pour tenir compte de l'écart par rapport à l'idéalité de nombreux corps « gris », un coefficient inférieur à un, appelé émissivité, est introduit dans la partie droite de l'expression décrivant la loi de Stefan - Boltzmann. Pour une surface noire plane, ce coefficient peut atteindre 0,98, et pour un miroir en métal poli il ne dépasse pas 0,05. En conséquence, l'absorbance est élevée pour un corps noir et faible pour un corps spéculaire.

Résidentiel et bureaux souvent chauffé avec de petits radiateurs électriques; la lueur rougeâtre de leurs spirales est un rayonnement thermique visible proche du bord de la partie infrarouge du spectre. La pièce est chauffée par la chaleur, qui est principalement portée par la partie invisible et infrarouge du rayonnement. Les appareils de vision nocturne utilisent une source de rayonnement thermique et un récepteur sensible aux infrarouges qui vous permettent de voir dans l'obscurité.

Le soleil est un puissant radiateur d'énergie thermique ; il chauffe la Terre même à une distance de 150 millions de km. L'intensité du rayonnement solaire, enregistrée année après année par des stations situées dans de nombreuses régions du monde, est d'environ 1,37 W/m2. Énergie solaire- la source de la vie sur Terre. Nous cherchons des moyens de l'utiliser le plus efficacement possible. Créé panneaux solaires, vous permettant de chauffer des maisons et de recevoir de l'électricité pour les besoins du ménage.

Sujet : Physique et astronomie

Classe : 8 rus

Thème: Conductivité thermique, convection, rayonnement.

Type de cours : Combiné

Le but de la leçon :

Éducatif : présenter le concept de transfert de chaleur, avec les types de transfert de chaleur, expliquer que le transfert de chaleur dans l'un des types de transfert de chaleur va toujours dans un sens ; que selon structure interne la conductivité thermique de diverses substances (solide, liquide et gazeuse) est différente, de sorte qu'une surface noire est le meilleur émetteur et le meilleur absorbeur d'énergie.

Développemental : développer un intérêt cognitif pour le sujet.

Pédagogique : favoriser le sens des responsabilités, la capacité d'exprimer ses pensées avec compétence et clarté, être capable de se tenir et de travailler en équipe

Communication interdisciplinaire : chimie, mathématiques

Aides visuelles : 21-30 chiffres, tableau de conductivité thermique

Supports techniques de formation : __________________________________________________

_______________________________________________________________________

Structure de la leçon

1. Oorganisation de cours(2 minutes.)

Salutations aux étudiants

Vérification de l'assiduité des élèves et de la préparation de la classe pour la leçon.

2. Enquête sur les devoirs (15 min) Sujet : Énergie interne. Façons de changer l'énergie interne.

3. Explication du nouveau matériel. (15 minutes)

La méthode de modification de l'énergie interne dans laquelle les particules d'un corps plus chauffé, ayant une plus grande énergie cinétique, au contact d'un corps moins chauffé, transfèrent de l'énergie directement aux particules d'un corps moins chauffé est appeléetransfert de chaleur Il existe trois modes de transfert de chaleur : conductivité thermique, convection et rayonnement.

Ces types de transfert de chaleur ont leurs propres caractéristiques, cependant, le transfert de chaleur avec chacun d'eux va toujours dans un sens : d'un corps plus chaud à un corps moins chauffé . Dans ce cas, l'énergie interne d'un corps plus chaud diminue et celle d'un corps plus froid augmente.

Le phénomène de transfert d'énergie d'une partie du corps plus chauffée à une partie moins chauffée ou d'un corps plus chauffé à une partie moins chauffée par contact direct ou corps intermédiaires est appeléconductivité thermique.

Dans un solide, les particules sont constamment en mouvement oscillatoire, mais ne changent pas leur état d'équilibre. Au fur et à mesure que la température du corps augmente lorsqu'il se réchauffe, les molécules commencent à vibrer plus intensément, car leur énergie cinétique augmente. Une partie de cette énergie accrue est progressivement transférée d'une particule à une autre, c'est-à-dire d'une partie du corps aux parties voisines du corps, etc. Mais tous les solides ne transfèrent pas l'énergie de la même manière. Parmi eux, il y a les soi-disant isolants, dans lesquels le mécanisme de conductivité thermique est plutôt lent. Ceux-ci comprennent l'amiante, le carton, le papier, le feutre, la nranite, le bois, le verre et un certain nombre d'autres solides. Medb, l'argent ont une conductivité thermique élevée. Ce sont de bons conducteurs de chaleur.

La conductivité thermique des liquides est faible. Lorsqu'un liquide est chauffé, l'énergie interne est transférée d'une région plus chauffée vers une région moins chauffée lors de collisions de molécules et en partie à cause de la diffusion : les molécules plus rapides pénètrent dans une région moins chauffée.

Dans les gaz, en particulier dans les raréfiés, les molécules sont suffisamment éloignées les unes des autres, de sorte que leur conductivité thermique est encore plus faible que celle des liquides.

L'isolant parfait est vide , car il n'y a pas de particules pour le transfert d'énergie interne.

Selon l'état interne, la conductivité thermique des différentes substances (solide, liquide et gazeuse) est différente.

La conductivité thermique dépend de la nature du transfert d'énergie dans une substance et n'est pas associée au mouvement de la substance elle-même dans le corps.

On sait que la conductivité thermique de l'eau est faible, et lorsque la couche supérieure d'eau est chauffée, la couche inférieure reste froide. L'air conduit la chaleur encore plus que l'eau.

Convection - c'est un processus de transfert de chaleur dans lequel l'énergie est transportée par des jets de liquide ou de gaz.Convection en latin signifie"mélange". La convection est absente dans solides et ne se déroule pas dans le vide.

La covection, largement utilisée dans la vie quotidienne et la technologie, est naturel ou gratuit .

Lorsque, pour un mélange uniforme de liquides ou de gaz, ils sont agités avec une pompe ou un mélangeur, la convection est appelée forcé.

Un dissipateur thermique est un appareil qui est un récipient métallique cylindrique plat, dont un côté est noir et l'autre brillant. Il y a de l'air à l'intérieur qui, lorsqu'il est chauffé, peut se dilater et sortir par le trou.

Dans le cas où la chaleur est transférée d'un corps chauffé à un récepteur de chaleur à l'aide de rayons thermiques invisibles à l'œil, le type de transfert de chaleur est appelérayonnement ou transfert de chaleur radiante

Absorption est appelé le processus de conversion de l'énergie de rayonnement en énergie interne du corps

Radiation (ou échange de chaleur radiante) est le processus de transfert d'énergie d'un corps à un autre à l'aide d'ondes électromagnétiques.

Plus la température corporelle est élevée, plus l'intensité du rayonnement est élevée. Le transfert d'énergie par rayonnement ne nécessite pas de milieu : les rayons thermiques peuvent également se propager dans le vide.

Surface noire-Meilleur émetteur et meilleur absorbeur, suivi des surfaces rugueuses, blanches et polies.

Les bons absorbeurs d'énergie sont de bons émetteurs et les mauvais absorbeurs sont de mauvais émetteurs d'énergie.

4. Ancrage:(10 minutes) questions d'autotest, devoirs et exercices

tâches : 1) Comparaison de la conductivité thermique du métal et du verre, de l'eau et de l'air, 2) Observation de la convection dans un salon.

6. Évaluation des connaissances des élèves (1 min)

Littérature principale : Physique et astronomie 8e année

littérature supplémentaire: ND Bytko "Physique" parties 1 et 2

Dans la nature, il existe trois types de transfert de chaleur : 1) la conductivité thermique ; 2) la convection ; 3) le rayonnement.

Conductivité thermique

La conductivité thermique est le transfert de chaleur d'un corps à un autre lorsqu'ils se touchent ou d'une partie plus chaude du corps à une partie froide.

Différentes substances ont une conductivité thermique différente. Tous les métaux ont une conductivité thermique élevée. Les gaz ont une faible conductivité thermique, le vide n'a pas de conductivité thermique (dans le vide, il n'y a pas de particules qui fourniraient une conductivité thermique).

Les substances qui conduisent mal la chaleur sont appelées isolants thermiques.

Les isolants thermiques créés artificiellement sont la laine de roche, le plastique mousse, le caoutchouc mousse, les cermets (utilisés dans la fabrication d'engins spatiaux).

Convection

La propagation de la chaleur par le déplacement de jets de gaz ou de liquide est appelée convection.

Pendant la convection, la chaleur est transférée par la substance elle-même. La convection n'est observée que dans les liquides et les gaz.

Rayonnement thermique

La propagation de la chaleur d'un corps chaud à l'aide de rayons infrarouges est appelée rayonnement thermique.

Le rayonnement thermique est le seul type de transfert de chaleur qui peut avoir lieu dans le vide. Plus la température est élevée, plus le rayonnement thermique est fort. Le rayonnement thermique est produit, par exemple, par des personnes, des animaux, la Terre, le Soleil, un poêle, un feu. Le rayonnement infrarouge peut être imagé ou mesuré avec un thermographe (caméra thermique).

Les caméras thermiques infrarouges détectent le rayonnement infrarouge ou thermique invisible et fournissent des mesures de température précises sans contact.La thermographie infrarouge permet une visualisation complète du rayonnement thermique. La figure montre le rayonnement infrarouge de la paume d'une personne.

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Lors d'un relevé thermographique des bâtiments et des structures, il est possible de détecter des sites structurels à perméabilité thermique accrue, de vérifier la qualité des connexions divers modèles, trouvez des endroits avec un échange d'air accru.

www.yaklass.ru

Exemples de 15 à 20 phénomènes thermiques avec indication desquels (rayonnement, convection, transfert de chaleur)

Chauffage et refroidissement, évaporation et ébullition, fusion et solidification, condensation sont autant d'exemples de phénomènes thermiques.

La principale source de chaleur sur Terre est le Soleil. Mais, en plus, les gens utilisent de nombreuses sources artificielles de chaleur : un feu, un poêle, chauffage à l'eau, gaz et radiateurs électriques etc.

Il n'était pas immédiatement possible de répondre à la question de ce qu'est la chaleur. Ce n'est qu'au XVIIIe siècle qu'il est devenu clair que tous les corps sont composés de molécules, que les molécules se déplacent et interagissent les unes avec les autres. Ensuite, les scientifiques ont réalisé que la chaleur est liée à la vitesse de déplacement des molécules. Lorsque les corps sont chauffés, la vitesse des molécules augmente et lorsqu'ils sont refroidis, elle diminue.

Vous savez que si vous mettez une cuillère froide dans du thé chaud, elle se réchauffera au bout d'un moment. En même temps, le thé donnera une partie de sa chaleur non seulement à la cuillère, mais aussi à l'air ambiant. Il ressort clairement de l'exemple que la chaleur peut être transférée d'un corps plus chauffé à un corps moins chauffé. Il existe trois façons de transférer la chaleur - conduction thermique, convection, rayonnement.

Chauffer une cuillère dans du thé chaud est un exemple de conductivité thermique. Tous les métaux ont une bonne conductivité thermique.

La chaleur est transférée par convection dans les liquides et les gaz. Lorsque nous chauffons de l'eau dans une casserole ou une bouilloire, les couches inférieures d'eau se réchauffent d'abord, elles deviennent plus légères et se précipitent vers le haut, cédant la place eau froide... La convection se produit dans la pièce lorsque le chauffage est allumé. L'air chaud de la batterie monte et l'air froid descend. Mais ni la conduction thermique ni la convection ne peuvent expliquer comment, par exemple, le soleil loin de nous chauffe la Terre. Dans ce cas, la chaleur est transférée à travers l'espace sans air par rayonnement (rayons de chaleur).

Un thermomètre sert à mesurer la température. Vous utilisez généralement des thermomètres d'ambiance ou médicaux.

Lorsqu'ils parlent de température en degrés Celsius, ils désignent une échelle de température dans laquelle 0°C correspond au point de congélation de l'eau, et 100°C est son point d'ébullition.

Certains pays (États-Unis, Royaume-Uni) utilisent l'échelle Fahrenheit. Dans celui-ci, 212 ° F correspond à 100 ° C. Convertir la température d'une échelle à une autre n'est pas très simple, mais si nécessaire, chacun d'entre vous peut le faire lui-même. Pour convertir de Celsius en Fahrenheit, multipliez Celsius par 9, divisez par 5 et ajoutez 32. Pour faire l'inverse, soustrayez 32 de Fahrenheit, multipliez le reste par 5 et divisez par 9.

En physique et en astrophysique, une autre échelle est souvent utilisée - l'échelle Kelvin. Dans celui-ci, le plus basse température dans la nature (zéro absolu). Il correspond à -273°C. L'unité de mesure dans cette échelle est le Kelvin (K). Pour convertir la température de Celsius en température en Kelvin, ajoutez 273 en degrés Celsius. Par exemple, 100 °C en Celsius et 373 K en Kelvin. Pour la traduction inverse, soustrayez 273. Par exemple, 0 K équivaut à -273 °C. .

Il est utile de savoir que la température à la surface du Soleil est de 6 000 K et à l'intérieur de 15 000 000 K. La température dans l'espace loin des étoiles est proche du zéro absolu.

Nous pensons que vous n'avez pas besoin d'être convaincu de l'importance des phénomènes thermiques. Les connaissances à leur sujet aident les gens à concevoir des appareils de chauffage domestique, des moteurs thermiques (moteurs à combustion interne, turbines à vapeur, moteurs à réaction, etc.), à prévoir la météo, à faire fondre du métal, à créer des matériaux d'isolation thermique et résistants à la chaleur qui sont utilisés partout - de la construction de maisons aux vaisseaux spatiaux.

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Résumé de la leçon pour la 8e année « Conduction thermique, convection, rayonnement »

Vous pouvez télécharger ici le synopsis de la leçon de 8e année « Conduction thermique, convection, rayonnement » pour le sujet : Physique. Ce document vous aidera à préparer un bon et matériel de qualité pour la leçon.

Sujet : Physique et astronomie

Classe : 8 rus

Type de cours : Combiné

Le but de la leçon :

Supports techniques de formation : __________________________________________________

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Structure de la leçon

1. Organisation de la leçon (2 min.)

Salutations aux étudiants

2. Devoir de questionnement (15 min) Sujet : Énergie interne. Façons de changer l'énergie interne.

3. Explication du nouveau matériel. (15 minutes)

Ces types de transfert de chaleur ont leurs propres caractéristiques, cependant, le transfert de chaleur pour chacun d'entre eux va toujours dans un sens : d'un corps plus chauffé à un corps moins chauffé. Dans ce cas, l'énergie interne d'un corps plus chaud diminue et celle d'un corps plus froid augmente.

L'isolant parfait est le vide, car il ne contient aucune particule pour transférer l'énergie interne.

Selon l'état interne, la conductivité thermique des différentes substances (solide, liquide et gazeuse) est différente.

On sait que la conductivité thermique de l'eau est faible, et lorsque la couche supérieure d'eau est chauffée, la couche inférieure reste froide. L'air conduit la chaleur encore plus que l'eau.

La convection est un processus de transfert de chaleur dans lequel l'énergie est transportée par des jets de liquide ou de gaz. La convection est le mot latin pour « agiter ». La convection est absente dans les solides et ne se produit pas dans le vide.

La covection, largement utilisée dans la vie quotidienne et la technologie, est naturelle ou gratuite.

L'absorption est le processus de conversion de l'énergie du rayonnement en énergie interne du corps.

La surface noire est le meilleur émetteur et le meilleur absorbeur, suivie des surfaces rugueuses, blanches et polies.

4. Renforcement : (10 min) questions d'auto-examen, devoirs et exercices

tâches : 1) Comparaison de la conductivité thermique du métal et du verre, de l'eau et de l'air, 2) Observation de la convection dans un salon.

6. Évaluation des connaissances des élèves (1 min)

Littérature principale : Physique et astronomie 8e année

Lectures complémentaires : ND Bytko "Physique" parties 1 et 2

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Conductivité thermique. Convection. Rayonnement, grade 8

Ici vous pouvez télécharger la conductivité thermique. Convection. Rayonnement, grade 8 pour la matière : Physique. Ce document vous aidera à préparer un matériel de cours de bonne qualité.

Résumé du cours de physique en 8e année

Koshikova Victoria Alexandrovna,

Professeur de physique

MBOU SOSH n°47 de la ville de Belgorod, région de Belgorod

Sujet de la leçon : « La conductivité thermique. Convection. Radiation".

Conductivité thermique. Convection. Radiation

Le but de la leçon : organiser des activités pour la perception, la compréhension et la mémorisation primaire de nouvelles connaissances et méthodes d'activité.

Pendant les cours

1. Étape organisationnelle

2. Vérification des devoirs

Test (2 options)

1. La température est quantité physique caractérisant ...

a) ... la capacité des corps à faire un travail.

b) ... différents états du corps.

c) ... le degré de chaleur corporelle.

2. Quelle température de l'air a été enregistrée par le thermomètre illustré sur la figure ? Quelle est l'erreur en mesurant la température par elle?

a) 30,5°C ; 0,5°C b) 32°C ; 0,5°C

c) 32°C ; 1°C d) 30°C ; 1°C

3. Dans un verre il y a de l'eau chaude (n° 1), dans l'autre - chaude (n° 2), dans le troisième - froide (n° 3). Dans lequel d'entre eux la température de l'eau est la plus élevée, dans laquelle - les molécules d'eau se déplacent à la vitesse la plus faible ?

a) n° 2 ; n° 3. b) n° 3 ; N ° 2. c) n° 1 ; N ° 3. d) n° 2 ; # 1

4. Parmi les phénomènes énumérés, lesquels sont thermiques ?

a) Cuillère tombant au sol. b) Faire chauffer la soupe sur la cuisinière.

c) Faire fondre la neige au soleil. d) Nager dans la piscine.

5. Quelles molécules du corps sont impliquées dans le mouvement thermique ? A quelle température ?

a) Situé à la surface du corps ; à température ambiante.

b) Toutes les molécules ; à n'importe quelle température,

c) Situé à l'intérieur du corps ; à n'importe quelle température.

d) Toutes les molécules ; à haute température.

6. Dans la pièce dans des récipients identiques sous le piston, il y a masses égales gaz carbonique... Dans quel récipient le gaz est-il le plus énergétique aux positions des pistons indiquées sur la figure ?

7. Dans lequel des cas suivants l'énergie interne du corps change-t-elle ?

a) Une pierre, tombant d'une falaise, tombe de plus en plus vite.

b) Les haltères sont soulevés du sol et placés sur une étagère.

c) Le fer électrique a été allumé et les vêtements ont été repassés.

d) Le sel a été versé du sac dans une salière.

8. Le changement de l'énergie interne de quel corps se produit à la suite d'un transfert de chaleur dans ces situations ?

a) Réchauffer la perceuse lors du perçage avec une perceuse.

b) Abaissement de la température du gaz lors de sa détente.

c) Refroidir un pack d'huile au réfrigérateur,

d) Chauffer les roues d'un train en marche.

Test sur le sujet :

1. Unité de température ...

a) ...joule. b) ... pascal. c) ... watts. d) ... degré Celsius.

2. La température corporelle dépend de ...

a) ... sa structure interne. b) ... la densité de sa substance.

c) ... la vitesse de déplacement de ses molécules. d) ... le nombre de molécules qu'il contient.

3. Quelle est la différence entre les molécules du thé chaud et les molécules du même thé refroidi ?

a) Taille. b) La vitesse de déplacement.

c) Le nombre d'atomes qu'ils contiennent. d) Couleur.

4. Quel mouvement est appelé chaleur ?

a) Le mouvement du corps, dans lequel il s'échauffe.

b) Le mouvement chaotique constant des particules qui composent le corps.

c) Mouvement de molécules dans le corps à haute température.

5. L'énergie interne est l'énergie des particules corporelles. Cela consiste en...

a) ... l'énergie cinétique de toutes les molécules.

b) ... énergie potentielle d'interaction des molécules.

c) ... les énergies cinétiques et potentielles de toutes les molécules.

6. Quelle énergie possède le ballon lancé par les météorologues ?

a) Cinétique. b) Potentiel.

c) Interne. d) Tous ces types d'énergie.

7. De quelles manières l'énergie interne du corps peut-elle être modifiée ?

a) En le mettant en mouvement. b) Faire un travail avec le corps ou sur lui.

c) L'élever à une certaine hauteur. d) Par transfert de chaleur.

8. Dans quel exemple, l'énergie interne du corps change à la suite de l'engagement travail mécanique?

a) Une cuillère à café est trempée dans un verre d'eau chaude.

b) Lorsque le camion a été brusquement freiné, une odeur de brûlé s'est dégagée des freins.

c) L'eau bout dans la bouilloire électrique.

d) Une personne réchauffe des mains gelées en les pressant pour radiateur chaud.

« Mouvement thermique. Température. Énergie interne"

3. Actualisation de l'expérience disciplinaire des étudiants

Énergie interne

Façons d'augmenter l'énergie interne

Transfert de chaleur

Types de transfert de chaleur

4. Apprendre de nouvelles connaissances et façons de faire les choses

1. Conductivité thermique - le phénomène de transfert d'énergie interne d'une partie du corps à une autre ou d'un corps à un autre lors de leur contact direct.

Fig. 7.8 (manuel Perychkine)

Dans les liquides et les gaz, la conductivité thermique est faible, car la distance entre les molécules est supérieure à celle des solides.

Une mauvaise conductivité thermique est possédée par: la laine, les cheveux, le papier, les plumes d'oiseaux, le liège, le vide.

2. La convection est le transfert d'énergie par des jets de gaz ou de liquide.

Pour que la convection se produise dans les gaz et les liquides, ils doivent être chauffés par le bas.

3. Rayonnement - le transfert d'énergie par divers faisceaux, c'est-à-dire. sous forme d'ondes électromagnétiques.

5. Vérification initiale de la compréhension de ce qui a été appris

6. Consolidation des acquis

Travail sur le recueil des problèmes Lukashik n° 945-955

7. Résultats, devoirs

pages 4-6, exercice 1-3

8. Réflexion

Liste de la littérature utilisée

1. Perychkine A.V. La physique. 8e année. - M. : Outarde, 2009.

2. Gromov S.V., Rodina N.A. La physique. 9e année - M. : Éducation, 2002.

3. Chebotareva V.A. Essais de physique. 8e année - Maison d'édition des examens, 2009.

4. Lukashik V.I., Ivanova E.V. Collection de problèmes en physique 7-9 année - M.: Education, 2008.

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Leçon en 8e année sur le thème « Conductivité thermique, convection, rayonnement »

Sujet : Conductivité thermique, convection, rayonnement.

Type de cours : Combiné

Le but de la leçon :

Éducatif : présenter le concept de transfert de chaleur, avec les types de transfert de chaleur, expliquer que le transfert de chaleur dans l'un des types de transfert de chaleur va toujours dans un sens ; que, selon la structure interne, la conductivité thermique de diverses substances (solide, liquide et gazeuse) est différente, qu'une surface noire est le meilleur émetteur et le meilleur absorbeur d'énergie.

Développemental : développer un intérêt cognitif pour le sujet.

Pédagogique : favoriser le sens des responsabilités, la capacité d'exprimer ses pensées avec compétence et clarté, être capable de se tenir et de travailler en équipe

Communication interdisciplinaire : chimie, mathématiques

Aides visuelles : 21-30 chiffres, tableau de conductivité thermique

Structure de la leçon

1. Organisation de la leçon (2 min.)

Salutations aux étudiants

Vérification de l'assiduité des élèves et de la préparation de la classe pour la leçon.

2. Devoir de questionnement (10 min) Sujet : Énergie interne. Façons de changer l'énergie interne.

3.Dictée physique (vérification croisée) (5 min)

4. Explication du nouveau matériel. (15 minutes)

La méthode de modification de l'énergie interne dans laquelle les particules d'un corps plus chauffé, ayant une plus grande énergie cinétique, au contact d'un corps moins chauffé, transfèrent de l'énergie directement aux particules d'un corps moins chauffé est appelée transfert de chaleur. Il existe trois méthodes de transfert de chaleur : conduction thermique, convection et rayonnement.

Dans un solide, les particules sont constamment en mouvement oscillatoire, mais ne changent pas leur état d'équilibre. Au fur et à mesure que la température du corps augmente lorsqu'il se réchauffe, les molécules commencent à vibrer plus intensément, car leur énergie cinétique augmente. Une partie de cette énergie accrue est progressivement transférée d'une particule à une autre, c'est-à-dire d'une partie du corps aux parties voisines du corps, etc. Mais tous les solides ne transfèrent pas l'énergie de la même manière. Parmi eux, il y a les soi-disant isolants, dans lesquels le mécanisme de conductivité thermique est plutôt lent. Ceux-ci comprennent l'amiante, le carton, le papier, le feutre, le granit, le bois, le verre et un certain nombre d'autres solides. Le cuivre et l'argent ont une conductivité thermique élevée. Ce sont de bons conducteurs de chaleur.

Dans les liquides, la conductivité thermique est faible. Lorsqu'un liquide est chauffé, l'énergie interne est transférée d'une région plus chauffée vers une région moins chauffée lors de collisions de molécules et en partie à cause de la diffusion : les molécules plus rapides pénètrent dans une région moins chauffée.

Dans les gaz, en particulier dans les raréfiés, les molécules sont à des distances suffisamment grandes les unes des autres, leur conductivité thermique est donc encore inférieure à celle des liquides.

L'isolant parfait est le vide, car il ne contient aucune particule pour transférer l'énergie interne.

Selon l'état interne, la conductivité thermique des différentes substances (solide, liquide et gazeuse) est différente.

La conductivité thermique dépend de la nature du transfert d'énergie dans une substance et n'est pas associée au mouvement de la substance elle-même dans le corps.

On sait que la conductivité thermique de l'eau est faible, et lorsque la couche supérieure d'eau est chauffée, la couche inférieure reste froide. L'air conduit la chaleur encore plus que l'eau.

La convection est un processus de transfert de chaleur dans lequel l'énergie est transportée par des jets de liquide ou de gaz. Convection traduit du latin signifie "mélange". La convection est absente dans les solides et ne se produit pas dans le vide.

La convection, largement utilisée dans la vie quotidienne et la technologie, est naturelle ou gratuite.

Lorsque, pour un mélange uniforme de liquides ou de gaz, ils sont agités avec une pompe ou un mélangeur, la convection est dite forcée.

Un dissipateur thermique est un appareil qui est un récipient métallique cylindrique plat, dont un côté est noir et l'autre est brillant. Il y a de l'air à l'intérieur qui, lorsqu'il est chauffé, peut se dilater et sortir par le trou.

Dans le cas où la chaleur est transférée d'un corps chauffé à un récepteur de chaleur à l'aide de rayons thermiques invisibles à l'œil, le type de transfert de chaleur est appelé rayonnement ou transfert de chaleur radiante.

L'absorption est le processus de conversion de l'énergie du rayonnement en énergie interne du corps.

Le rayonnement (ou échange de chaleur radiante) est le processus de transfert d'énergie d'un corps à un autre à l'aide d'ondes électromagnétiques.

La surface noire est le meilleur émetteur et le meilleur absorbeur, suivie des surfaces rugueuses, blanches et polies.

Les bons absorbeurs d'énergie sont de bons émetteurs et les mauvais absorbeurs sont de mauvais émetteurs d'énergie.

5. Renforcement : (10 min) questions d'auto-examen, devoirs et exercices

7. Évaluation des connaissances des élèves (1 min). Réflexion.

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Conduction thermique par rayonnement - Manuel du chimiste 21

La chaleur peut être transférée d'une partie de l'espace à une autre par conduction, rayonnement et convection. En pratique, ces types de transferts thermiques sont très rarement observés séparément (par exemple, la convection s'accompagne de conduction thermique et de rayonnement). Cependant, souvent un type de transfert de chaleur prédomine sur les autres à un point tel que leur influence peut être négligée. Par exemple, on peut supposer que le passage de la chaleur à travers les parois de l'appareil se fait uniquement par conduction thermique. La conductivité thermique prédomine également dans les processus de chauffage et de refroidissement des solides. Le transfert de chaleur peut être réalisé par conduction, convection ou rayonnement. La conductivité thermique est le processus de transfert de chaleur à travers un solide, par exemple à travers la paroi d'un flacon. La convection est possible lorsque les particules de substances n'ont pas de position fixe, c'est-à-dire dans les liquides et les gaz. Dans ce cas, la chaleur est transférée par des particules en mouvement. Le rayonnement est le transfert de chaleur par des rayons thermiques d'une longueur d'onde comprise entre 0,8 et 300 microns. Le plus souvent, le transfert de chaleur est effectué simultanément des trois manières, bien que, bien sûr, pas dans une mesure égale.

La formation de vapeur à l'interface liquide-vapeur se produit en raison de la chaleur fournie par la surface chauffante à travers la couche de vapeur au moyen de la conduction thermique et du rayonnement.

L'interaction des vapeurs combustibles avec l'oxygène atmosphérique se produit dans la zone de combustion, dans laquelle les vapeurs combustibles et l'air doivent s'écouler en continu. Ceci est possible si le liquide reçoit une certaine quantité de chaleur nécessaire à l'évaporation. La chaleur du processus de combustion provient uniquement de la zone de combustion (flamme), où elle est continuellement libérée. La chaleur est transférée de la zone de combustion à la surface du liquide par rayonnement. Le transfert de chaleur par conduction thermique est impossible, car la vitesse de déplacement de la vapeur de la surface / du liquide à la zone de combustion est supérieure au taux de transfert de chaleur le long de celles-ci de la zone de combustion au liquide. Le transfert de chaleur par convection est également impossible, mais comme un flux de vapeur

La diffusion de la chaleur à l'intérieur du corps est possible de deux manières par conduction thermique et convection. Dans la première méthode, la chaleur se propage en raison des collisions de molécules, et les molécules de la partie la plus chaude du corps, ayant en moyenne une grande énergie cinétique, en transfèrent une partie aux molécules voisines. Ainsi, la chaleur peut se propager dans un corps même en l'absence d'un mouvement évident de ses parties, par exemple dans un solide. Dans les liquides et les gaz, ainsi que la conductivité thermique, la chaleur est généralement également propagée par convection, c'est-à-dire par transfert de chaleur direct par des masses de liquide plus chauffées, qui occupent la place des masses moins chauffées pendant le mouvement. Dans les gaz, il est également possible que la chaleur se propage d'une partie du gaz à l'autre par rayonnement.

La chaleur de la zone de combustion à la surface des déchets pétroliers est principalement transférée par rayonnement. Il n'y a pas de conductivité thermique vers la couche d'évaporation, car la vitesse de déplacement de la vapeur de la surface du liquide vers la zone de combustion est supérieure au taux de transfert de chaleur de la zone de combustion vers le liquide.

Le transfert de chaleur par convection de la surface d'un solide à un liquide (gaz) ou vice versa se produit lorsque des particules de gaz ou de liquide changent de position par rapport à une surface donnée et agissent en même temps comme caloporteurs. Le mouvement de telles particules est causé soit par le mouvement de toute la masse de liquide (gaz) sous l'influence d'influences extérieures (convection forcée), soit par la différence de densité de matière en différents points de l'espace, provoquée par la répartition inégale des températures dans la masse de matière (convection naturelle ou libre). La convection s'accompagne toujours d'un transfert de chaleur par conduction thermique et rayonnement.

Si un transfert d'énergie se produit simultanément dans le milieu par rayonnement et conductivité thermique, alors la valeur caractérisant l'intensité de ce transfert en un point donné sera le vecteur Chx = Chl Ch, où

Lorsque l'on considère un certain nombre de problèmes appliqués, il est intéressant d'étudier le processus de transfert de chaleur dans des milieux périodiques contenant des intercalaires ou des cavités sous vide, où le transfert de chaleur s'effectue uniquement par rayonnement. Dans d'autres cas, ces cavités sont remplies de gaz avec des coefficients de conductivité thermique et d'absorption négligeables. Dans ce cas, il est souvent possible de négliger la présence de gaz et de considérer ces cavités comme du vide. Structures et matériaux contenant des intercalaires et zéro

Matériaux en vrac à faible densité apparente, tels que les poudres et les fibres, remplis de gaz lorsqu'ils sont pression atmosphérique, sont utilisés pour isoler les liquéfacteurs d'air, les réservoirs d'oxygène et d'azote liquides, les colonnes de séparation de gaz et d'autres équipements dont la température ne descend pas en dessous du point d'ébullition de l'azote liquide. Dans de tels matériaux isolants, le rapport du volume de l'espace gazeux au volume du matériau solide peut être de 10 à 100. La fig. 5.53 présente les coefficients de conductivité thermique de certains matériaux en vrac courants. La conductivité thermique des meilleurs exemples de ces matériaux se rapproche de la conductivité thermique de l'air, indiquant que l'air occupant l'espace entre les particules transporte la majeure partie de la chaleur. C'est ce qui explique le principe de l'isolation remplie de gaz, dont le matériau solide empêche le transfert de chaleur par rayonnement et convection. Idéalement, le transfert de chaleur dû à la conductivité thermique du matériau solide est négligeable et la chaleur n'est transférée que par le gaz. Dans l'isolation réelle, une partie de la chaleur passe directement à travers les particules de poudre ou les fibres, et la conductivité thermique résultante est généralement légèrement supérieure à celle du gaz. L'exception concerne les poudres très fines, dont les distances entre les particules sont si petites que le libre parcours moyen des molécules de gaz est supérieur à ces distances, la conductivité thermique du gaz diminue dans ce cas, comme avec une pression décroissante. Ainsi, la conductivité thermique de l'isolant en poudre, même dans le cas d'un remplissage de la poudre avec un gaz à pression atmosphérique, peut être inférieure à r à la conductivité thermique du gaz remplissant l'espace entre les particules.

À bon vide le transfert de chaleur par le gaz résiduel est négligeable. Par conséquent, lors de la conception des récipients, une tentative est faite pour réduire le flux de chaleur à travers les éléments de support et le transfert de chaleur par rayonnement. Le flux de chaleur à travers les supports isolants est déterminé caractéristiques de conception et la résistance mécanique des supports, une solution générale à ce problème est impossible. Si les dimensions de la cuve ne sont pas limitées, alors en augmentant la longueur des supports et en utilisant un matériau à faible conductivité thermique, il est possible de fournir un apport de chaleur très faible le long des supports. Même dans les espaces confinés, un concepteur expérimenté trouve généralement un moyen d'augmenter la résistance thermique des supports. En revanche, le transfert de chaleur rayonnant dépend faiblement de l'épaisseur de l'espace isolant, avec une faible épaisseur de l'espace vide, ses propriétés isolantes sont même légèrement améliorées du fait du rapprochement

Le transfert de chaleur à travers une paroi d'un liquide de refroidissement plus chaud à un autre, un liquide de refroidissement plus froid est un phénomène relativement complexe. Si nous prenons, par exemple, un faisceau de tubes d'un évaporateur, qui est chauffé par les gaz de combustion, alors il existe trois méthodes élémentaires de transfert de chaleur, qui sont considérées comme les principales. La chaleur des gaz de combustion est transférée aux tubes du faisceau par conduction, convection et rayonnement. La chaleur est transférée à travers les parois des tubes uniquement par conduction thermique, et à partir de surface intérieure tube à

La conductivité thermique est associée au transfert de chaleur par le mouvement et la collision des atomes et des molécules qui composent une substance. Il est analogue au processus de diffusion, dans lequel le matériau est transféré à l'aide d'un mécanisme similaire. La convection est le transfert de chaleur par le mouvement de gros agrégats de molécules, c'est-à-dire qu'elle est essentiellement similaire au processus de mélange. Il est évident que le transfert de chaleur par convection ne peut se produire que dans les liquides et les gaz, alors que la conductivité thermique est le principal type de transfert de chaleur dans les solides. Dans les liquides et les gaz, avec la convection, la conductivité thermique est également observée, cependant, le premier est un processus beaucoup plus rapide et masque généralement complètement le second processus. La conduction thermique et la convection nécessitent un environnement matériel et ne peuvent pas se produire dans un vide complet. Cela souligne la principale différence entre les deux processus et le processus de rayonnement, qui se produit le mieux dans le vide. Le processus exact par lequel s'effectue le transfert d'énergie par rayonnement à travers l'espace vide n'a pas encore été établi, mais pour notre propos, il conviendra de le considérer comme se produisant par le mouvement des ondes dans un milieu purement hypothétique (l'éther). On pense que l'énergie interne d'une substance est transférée au mouvement ondulatoire de l'éther, ce mouvement se propage dans toutes les directions, et lorsque l'onde entre en collision avec la substance, l'énergie peut être transmise, réfléchie ou absorbée. Lorsqu'il est absorbé, il peut augmenter l'énergie interne du corps de trois manières 1) en provoquant une réaction chimique,

Dans des procédés à haute température tels que la fusion du verre, la cuisson des briques, la fusion de l'aluminium, etc., où la température des gaz de combustion est inévitablement élevée, la quantité de chaleur utile du combustible dans le bilan thermique total de la combustion est une petite partie (dans le exemple précédent - 36%, hors pertes par rayonnement des parois du four). Par conséquent, dans ce cas, l'économie de combustible peut être réalisée en utilisant des dispositifs de récupération de chaleur, par exemple, des récupérateurs pour chauffer l'air fourni pour la combustion du combustible ou des chaudières de récupération pour générer de la vapeur supplémentaire, ainsi qu'en améliorant l'isolation thermique pour réduire les pertes par rayonnement, conductivité thermique et convection de la surface extérieure des parois du four dans l'espace environnant.

Le transfert de chaleur dans le noyau, le milieu intermédiaire et aux frontières entre eux s'effectue par la conductivité thermique d'un élément du noyau solide du matériau, le transfert de chaleur d'une particule solide à la particule voisine aux endroits de leur contact direct, conductivité thermique moléculaire dans le milieu remplissant les espaces entre les particules, le transfert de chaleur aux frontières des particules solides avec l'environnement extérieur est un rayonnement de particule à particule à travers le milieu intermédiaire, convection de gaz et d'humidité contenus entre les particules .

Les couches condensées sous vide sont extrêmement sensibles aux conditions de leur formation, notamment à la température du substrat, à l'intensité de la condensation, à la température du gaz condensé, à la puissance du flux thermique fourni à la surface de condensation par rayonnement et par la conductivité thermique du gaz résiduel.

En relation avec ce qui précède, il est clair que le coefficient de conductivité thermique du condensat dans l'équation (5.52) est une caractéristique thermique non pas d'un corps monolithique, mais d'un matériau hautement dispersé. Ce matériau - le condensat - est constitué d'un squelette - un squelette, qui est une collection d'une énorme quantité de particules solides - des cristaux, séparés par des espaces remplis de gaz résiduel. Dans un tel matériau complexe le transfert de chaleur n'est plus limité à la conductivité thermique d'un solide, mais s'effectue par le transfert de chaleur le long de particules individuelles - un élément du squelette solide du matériau de transfert de chaleur, en raison de la conductivité thermique d'une particule solide à un adjacent un dans les lieux de leur conductivité thermique de contact direct du gaz résiduel dans les pores et les vides entre les particules de rayonnement de la particule à la particule.

Dispositions générales. En technologie, on a souvent affaire à de tels cas de transfert de chaleur lorsque l'on donne la température du milieu avec lequel cette surface échange de la chaleur, et non la température de la surface du mur. Comparé aux problèmes de conductivité thermique et de rayonnement thermique par les solides, le problème du transfert de chaleur du milieu liquide ou gazeux environnant à la surface de la paroi au moyen de la convection est beaucoup plus compliqué, et donc, dans une large mesure, il est encore loin d'être résolu jusqu'à maintenant. Lorsque nous traitons du transfert de chaleur d'un solide à un liquide ou à un gaz, le transfert de chaleur dû à la conductivité thermique recule en amplitude par rapport au transfert de chaleur dû à la convection. Ce dernier, comme déjà mentionné ci-dessus, consiste dans le fait que dans une couche mobile de liquide ou de gaz adjacente à la paroi, en raison de l'écoulement existant dans cette

Le transfert de chaleur d'un corps à un autre peut se produire par conduction, convection et rayonnement thermique.

De nombreux polymères solides et liquides sont presque totalement imperméables au rayonnement infrarouge, de sorte que l'énergie incidente est absorbée par le corps et convertie en chaleur à sa surface. Cependant, une certaine quantité de chaleur est néanmoins immédiatement consommée dans l'environnement par convection et rayonnement. La chaleur absorbée est transférée à l'intérieur du corps par le processus de transfert de chaleur par conduction. La distribution de la température dans un corps chauffé par l'énergie rayonnante dépend non seulement du flux de chaleur, mais aussi de la conductivité thermique de la substance et des pertes de chaleur par convection de la surface.

Le transfert de chaleur peut être effectué par l'une des trois méthodes ci-dessous, ou une combinaison des deux. Ces méthodes sont à peine 1) la conductivité thermique, 2) la convection et 3) le rayonnement

L'une des plus répandues et des plus anciennes (proposée en 1880) est la méthode de conductivité thermique. Le fonctionnement des analyseurs de gaz à conductivité thermique est basé sur la dépendance résistance électrique chef d'orchestre avec une grande coéfficent de température résistance de la conductivité thermique du mélange entourant le conducteur. La chaleur est transférée à travers le milieu gazeux par conduction, convection et rayonnement. La conductivité thermique d'un gaz est liée à sa composition. Ils tendent à réduire ou à stabiliser la part des transferts thermiques par convection et rayonnement.

Ainsi, l'eau circulant dans un refroidisseur particulier est refroidie au moyen d'un transfert de chaleur air atmosphérique, de plus, une partie de la chaleur est transférée à la suite de l'évaporation superficielle de l'eau - la transformation d'une partie de l'eau en vapeur et le transfert de cette vapeur par diffusion dans l'air, l'autre partie est due à la différence entre les températures de eau et air, c'est-à-dire transfert de chaleur par contact (conductivité thermique et convection). Une très petite quantité de chaleur est retirée de l'eau par rayonnement, ce qui n'est généralement pas pris en compte dans le bilan thermique. Dans le même temps, il y a un afflux de chaleur dans l'eau refroidie provenant du rayonnement solaire, qui est si faible qu'il est négligé dans le bilan thermique des tours de refroidissement et des bassins de pulvérisation.

Le transfert de chaleur des corps les plus chauffés aux corps les moins chauffés s'effectue au moyen de la conduction thermique, de la convection et du rayonnement thermique. -

Comparaison des processus de transfert de chaleur dus au rayonnement et à la conductivité thermique. La conductivité thermique est due au mouvement des microparticules corporelles ; les échanges thermiques par rayonnement s'effectuent au moyen d'ondes électromagnétiques ou de photons. Il n'y a pas de conductivité thermique dans le vide. L'échange thermique par rayonnement entre les corps s'effectue aussi bien en présence qu'en l'absence d'un milieu matériel. Si le milieu n'absorbe pas le rayonnement, sa température n'affecte en rien le processus de transfert de chaleur. Par exemple, vous pouvez mettre le feu à un objet en bois en vous concentrant rayons de soleil avec une lentille en glace.

La combustion du combustible s'accompagne du dégagement et du transfert de chaleur, ainsi que des pertes, plus précisément, la dissipation de chaleur dans le milieu environnant. La chaleur est transférée par convection, c'est-à-dire directement par le flux de gaz en mouvement, ainsi que par le flux de particules solides. De plus, la chaleur est transférée à l'intérieur des flux de gaz et de particules par conduction thermique et rayonnement. La conductivité thermique dans le milieu du gaz et des particules, ainsi que la diffusion moléculaire, a lieu quel que soit leur mouvement. Poto1 et la masse et la chaleur dues à la diffusion et à la conductivité thermique apparaissent ensemble en présence de gradients - température et concentration (plus précisément, le potentiel chimique x) - et sont déterminés par fonctions linéaires et y7 (voir chapitres V et VI). Mais en pratique, le transfert de chaleur dû au gradient de concentration, ainsi que le transfert de masse dû au gradient de température (diffusion thermique) peuvent être négligés.

Pour un écoulement isotherme - onst et à partir de la relation р = pRT, la formule (3a) suit à - 1. Dans le cas d'un écoulement adiabatique, on suppose que la chaleur n'est transférée que par convection (il n'y a pas de conduction thermique ou de rayonnement ) et on a dQ = О dans la formule ( 21). Pour un seul

Plusieurs kilowatts. Le circuit auxiliaire crée une étincelle qui génère un certain nombre d'ions, puis induit un fort courant annulaire dans le gaz ionisé au moyen d'une induction magnétique. Le plasma résultant chauffe jusqu'à plusieurs dizaines de milliers de degrés Kelvin, ce qui est beaucoup plus élevé que la température à laquelle le verre de quartz se ramollit. Évidemment, il est nécessaire de trouver un moyen de protéger la source de l'autodestruction, qui est réalisée à l'aide d'un courant d'argon agissant comme un refroidisseur. L'argon est alimenté tangentiellement depuis le tube extérieur à grande vitesse (Figure 9-6), tandis qu'un écoulement tourbillonnaire (représenté sur la figure) se forme et que la température diminue. Le plasma chaud a tendance à se stabiliser à une certaine distance des parois sous la forme d'un tore, ce qui évite également la surchauffe. L'échantillon est pulvérisé dans un nébuliseur (non représenté sur la figure) et emporté par un courant d'argon lent vers le centre (vers le trou de la tarte). Ici, il se réchauffe en raison de la conductivité thermique et du rayonnement jusqu'à 7000 K et est complètement atomisé et excité. La perte des atomes déterminés due à l'ionisation est une source de difficultés en plasma AAS) en spectroscopie ICP ne joue pas un rôle important en raison de la présence d'atomes d'argon plus facilement ionisés.

Le mélange gazeux s'écoule à travers les canaux entre les pastilles de catalyseur. Dans ce cas, un transfert de chaleur et de masse se produit entre les particules et le flux. Au cœur de l'écoulement, les échanges de masse et de chaleur s'effectuent principalement par convection, car l'écoulement est généralement turbulent. Près de la surface se trouve une couche limite laminaire dans laquelle la vitesse du gaz tombe à zéro à la surface du granule. Le transport des réactifs et des produits de réaction à travers celui-ci dans la direction normale à la surface s'effectue par diffusion moléculaire, et la chaleur par conductivité thermique. Le transfert de chaleur peut également se produire par conduction thermique de particule à particule à travers la surface de contact et par rayonnement entre les pièces.

Il existe trois types de transfert de chaleur : la conductivité thermique, la convection et le rayonnement thermique. La conductivité thermique est le phénomène de transfert de chaleur par contact direct entre des particules de températures différentes. Ce type comprend le transfert de chaleur dans les solides, par exemple, à travers la paroi de l'appareil. La convection est le phénomène de transfert de chaleur au moyen du mélange, de l'épia de particules liquides ou gazeuses et de leur mélange. L'échange de chaleur peut également être effectué par rayonnement - le transfert d'énergie comme la lumière sous forme d'ondes électromagnétiques.

Un rôle important pour le processus de combustion (gazéification) du combustible est joué par la direction du mouvement mutuel des phases solide et gazeuse. Il existe deux schémas connus pour organiser la circulation des flux de gaz et de carburant, à flux direct et à contre-courant. Dans le schéma à flux direct des flux de gaz et de carburant, la préparation thermique des réactifs se produit de manière moins intensive, sans la participation de gaz chauds et principalement par le transfert de chaleur de la zone de combustion par conduction thermique et rayonnement. Dans le schéma de contre-combustion, un allumage plus fiable du combustible est obtenu, car le transfert de chaleur pour le chauffer s'effectue par convection à partir de gaz chauds et par conductivité thermique à partir de surfaces chaudes.

Il convient de noter qu'en ce qui concerne les matériaux dispersés, le terme conductivité thermique ne peut être utilisé que de manière conditionnelle, si par ce concept nous entendons non seulement le transfert de chaleur par conduction (c'est-à-dire la conductivité thermique appropriée), mais également le transfert de chaleur par convection et rayonnement . Ainsi, le coefficient de conductivité thermique déterminé pour les milieux dispersés est une certaine quantité équivalente au coefficient de conductivité dix dans l'équation de Fourier, si, en général, cette équation est applicable dans ces conditions (c'est-à-dire, si le processus de transfert de chaleur à travers les mécanismes énumérés peut être décrit avec suffisamment de précision par cette équation) ... Par conséquent, il est plus correct d'appeler cette valeur le coefficient équivalent de conductivité thermique (voir section II et autres). Dans cet esprit, cependant, nous conserverons le terme généralement accepté de conductivité thermique par souci de concision.

Ces chercheurs ont comparé leurs données avec une expression de la conductivité thermique effective des agrégats de particules. Ils disent, comme Mayer, que la conductivité thermique effective à travers n'importe quelle surface est égale à la conductivité thermique moyenne de l'air et du carburant par rapport à la partie de la surface couverte par chacun d'eux, et que la conductivité thermique équivalente est obtenue à partir du rayonnement de un corps noir à travers les vides. Au moyen de cette équation, avec quelques simplifications qu'il a permises, Mayer a pu exprimer la conductivité thermique effective de la couche de combustible en termes de conductivité thermique réelle du combustible, le volume de vides, la température dans la couche de tonalité et la diamètre des plus grosses particules. La teneur en tenloïde du gaz remplissant les vides est incluse dans les données d'analyse de son Différents composants et ne peut pas être détecté directement. Comme indicateur de l'ordre de grandeur obtenu par cette expression, la conductivité thermique effective de la couche de coke à une température de 815° avec un volume de vide de 50% et avec une limite supérieure de granulométrie de 2,54 C/I, qui était déterminé à 0,00414, est donné. La véritable conductivité thermique du carburant est si faible (environ 5%) de l'efficace que la conductivité thermique effective de l'ensemble de la couche est largement indépendante du carburant utilisé.

Dispositions générales. En technologie, il est plus souvent nécessaire de traiter de tels cas de transfert de chaleur lorsque la température ambiante est réglée, et non la température de la surface du mur. Comparé à la conductivité thermique et au rayonnement thermique, le transfert de chaleur par convection du milieu liquide ou gazeux environnant vers la surface de la paroi est un processus beaucoup plus complexe et loin d'être étudié. Lorsque la chaleur passe d'un solide à un liquide ou à un gaz, le transfert de chaleur dû à la conductivité thermique diminue en amplitude par rapport au transfert de chaleur dû à la convection. Cette dernière consiste dans le fait que dans une couche de liquide ou de gaz en mouvement adjacente à la paroi, du fait de l'écoulement existant dans cette couche, tout le monde entre en contact avec la paroi. temps neuf. et des particules nouvelles, qui, ainsi, emportent la chaleur avec elles, ou la donnent à la paroi avec laquelle elles entrent en contact. Un tel transport convectif

AVANT une température connue et placé à la place du brûleur. Ainsi, il a été possible d'obtenir la valeur de l'éclat spectral de la flamme et donc, selon la loi de Kirchhoff, également l'éclat spectral d'un corps noir à la même température que la température de la flamme. Cette température a été comparée à la température de la flamme, mesurée comme suit, un fil mince de platine-rhodium, placé à l'extérieur de la flamme, a été chauffé par passage d'un courant, et l'énergie de son rayonnement a été mesurée avec une colonne thermique à différentes températures. La mesure de cette dernière a été réalisée au moyen d'un pyromètre optique. Sur cette base, une courbe de l'énergie de rayonnement (en watts par centimètre d'épaisseur de fil) a été tracée en fonction de la température. Ensuite, le fil a été introduit dans la flamme et sa température a été mesurée pour différentes valeurs de la énergie électrique... A partir de là, une autre courbe a été tracée exprimant le flux d'énergie (en watts par centimètre de longueur de fil) en fonction de la température. Pour une certaine valeur de température, ces courbes se croisent. La flamme est pratiquement transparente pour l'émission du fil. Ceci résulte de l'émissivité relativement faible du fil dans la région des bandes d'absorption infrarouge de la flamme, et, en plus de i jro, cela a été confirmé par l'expérience directe. Par conséquent, à cette température, la quantité d'énergie émise par le mil est égale à la valeur de l'énergie électrique transmise. Cela ne peut avoir lieu que lorsque l'énergie n'est pas perdue et n'est pas transférée au fil par conduction thermique ou convection, c'est-à-dire si les températures du fil et de la flamme du gaz sont les mêmes. Par conséquent, le point d'intersection détermine la température de la flamme de gaz.

La gouttelette se refroidit lors de l'évaporation. Compte tenu de l'analogie entre les phénomènes de conductivité thermique et de diffusion (en négligeant les transferts de chaleur par convection et rayonnement, en supposant que le coefficient de conductivité thermique R d'un milieu gazeux est indépendant de la température et de la concentration de vapeur, c'est-à-dire en supposant l = onst), on peut écrire pour la distribution de température stationnaire autour d'une goutte sphérique les équations similaires à (4.3)

Muraur n'a pas donné une théorie quantitative complète, mais a plutôt lié les résultats d'un grand nombre d'expériences avec l'image qualitative du processus de combustion. La décomposition en surface du combustible, produisant un mélange gazeux combustible, est considérée comme l'étape qui détermine la vitesse de combustion, et des paramètres tels que la pression, la température initiale, la température de la flamme, la chaleur d'explosion et le rayonnement sont interprétés comme s'ils influaient sur cette décomposition initiale. . Le transfert d'énergie de la flamme à la surface du combustible se fait par un processus de conduction thermique dont la vitesse est proportionnelle à la pression et un processus de rayonnement indépendant de la pression. Cela donne la loi suivante pour la vitesse de combustion

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Objectifs de la leçon:

Familiariser les étudiants avec les types de transfert de chaleur.
Former la capacité d'expliquer la conductivité thermique des corps du point de vue de la structure de la matière; être capable d'analyser les informations vidéo ; expliquer les phénomènes observés.

Type de cours : leçon combinée.

Démonstrations :

1. Transfert de chaleur le long d'une tige métallique.
2. Vidéo de démonstration de l'expérience comparant la conductivité thermique de l'argent, du cuivre et du fer.
3. Rotation du plateau tournant sur une lampe ou un carreau allumé.
4. Démonstration vidéo de l'apparition de flux de convection lors du chauffage de l'eau avec du permanganate de potassium.
5. Démonstration vidéo sur le rayonnement des corps aux surfaces sombres et claires.

PENDANT LES COURS

I. Moment d'organisation

II. Communication du sujet et des objectifs de la leçon

Dans la leçon précédente, vous avez appris que l'énergie interne peut être modifiée par le travail ou le transfert de chaleur. Aujourd'hui, dans la leçon, nous verrons comment l'énergie interne change par transfert de chaleur.
Essayez d'expliquer la signification du mot « transfert de chaleur » (le mot « transfert de chaleur » implique le transfert d'énergie thermique). Il existe trois façons de transférer de la chaleur, mais je ne les nommerai pas, vous les nommerez vous-même lorsque vous résoudrez les énigmes.

Réponses : conduction thermique, convection, rayonnement.
Faisons connaissance avec chaque type de transfert de chaleur séparément, et laissons la devise de notre leçon être les mots de M. Faraday : « Observez, étudiez, travaillez.

III. Apprendre du nouveau matériel

1. Conductivité thermique

Répondez aux questions:(diapositive 3)

1. Que se passe-t-il si nous mettons une cuillère froide dans du thé chaud ? (Après un certain temps, il va chauffer).
2. Pourquoi la cuillère froide est-elle devenue chaude ? (Le thé donnait une partie de sa chaleur à la cuillère et une partie à l'air ambiant.)
Sortir: Il ressort clairement de l'exemple que la chaleur peut être transférée d'un corps plus chauffé à un corps moins chauffé (de eau chaudeà une cuillère froide). Mais l'énergie a été transférée le long de la cuillère elle-même - de son extrémité chauffée à l'extrémité froide.
3. Quelles sont les causes du transfert de chaleur de l'extrémité chauffée de la cuillère à l'extrémité froide ? (En raison du mouvement et de l'interaction des particules)

Chauffer une cuillère dans du thé chaud est un exemple de conductivité thermique.

Conductivité thermique- transfert d'énergie des parties du corps les plus chauffées vers les moins chauffées, en raison du mouvement thermique et de l'interaction des particules.

Faisons l'expérience :

Fixez l'extrémité du fil de cuivre au pied du trépied. Les goujons sont attachés au fil avec de la cire. On chauffera l'extrémité libre du fil de la bougie ou sur la flamme d'une lampe à alcool.

Des questions:(diapositive 4)

1. Que voyons-nous ? (Les œillets commencent progressivement à tomber un à un, d'abord ceux qui sont plus proches de la flamme).
2. Comment s'effectue le transfert de chaleur ? (De l'extrémité chaude du fil à l'extrémité froide).
3. Combien de temps le transfert de chaleur le long du fil prendra-t-il ? (Jusqu'à ce que tout le fil chauffe, c'est-à-dire jusqu'à ce que la température dans tout le fil s'égalise)
4. Que pouvez-vous dire de la vitesse de déplacement des molécules dans la zone située plus près de la flamme ? (La vitesse moléculaire augmente)
5. Pourquoi la prochaine section de fil chauffe-t-elle ? (En raison de l'interaction des molécules, la vitesse de déplacement des molécules dans la section suivante augmente également et la température de cette section augmente)
6. La distance entre les molécules affecte-t-elle le taux de transfert de chaleur ? (Plus la distance entre les molécules est petite, plus le transfert de chaleur est rapide)
7. Rappelez-vous l'arrangement des molécules dans les solides, les liquides et les gaz. Dans quels corps le processus de transfert d'énergie se déroulera-t-il plus rapidement ? (Plus rapide dans les métaux, puis dans les liquides et les gaz).

Regardez une démo de l'expérience et préparez-vous à répondre à mes questions.

Des questions:(diapositive 5)

1. Sur quelle plaque la chaleur se propage-t-elle plus rapidement et sur laquelle plus lentement ?
2. Tirez une conclusion sur la conductivité thermique de ces métaux. (Meilleure conductivité thermique pour l'argent et le cuivre, légèrement moins bonne pour le fer)

Veuillez noter que le transfert de chaleur dans ce cas ne transfère pas le corps.

La laine, les cheveux, les plumes d'oiseaux, le papier, le liège et autres corps poreux ont une mauvaise conductivité thermique. Cela est dû au fait que l'air est contenu entre les fibres de ces substances. La conductivité thermique la plus faible est possédée par le vide (espace libéré de l'air).

Écrivons le principal caractéristiques de la conductivité thermique:(diapositive 7)

dans les solides, les liquides et les gaz ;
la substance elle-même n'est pas tolérée;
conduit à une égalisation de la température corporelle;
différents corps- conductivité thermique différente

Exemples de conductivité thermique: (diapositive 8)

1. La neige est une substance poreuse et meuble, elle contient de l'air. Par conséquent, la neige a une mauvaise conductivité thermique et protège bien la terre, les cultures d'hiver, arbres fruitiers du gel.
2. Les maniques de cuisine sont faites d'un matériau à faible conductivité thermique. Les poignées des bouilloires et des casseroles sont faites de matériaux à faible conductivité thermique. Tout cela protège les mains des brûlures en touchant des objets chauds.
3. Des substances ayant une bonne conductivité thermique (métaux) sont utilisées pour chauffer rapidement des corps ou des pièces.

2. Convection

Devinez les énigmes :

1) Regardez sous la fenêtre -
Un accordéon y est étendu,
Mais l'accordéon ne joue pas -
Notre appartement est chauffé par ... (batterie)

2) Notre gros Fedora
ne mange pas de sitôt.
Mais quand tu es rassasié,
De Fedora - chaleur ... (four)

Les batteries, les poêles, les radiateurs de chauffage sont utilisés par l'homme pour chauffer les pièces d'habitation, ou plutôt pour chauffer l'air qui s'y trouve. Cela est dû à la convection, le prochain type de transfert de chaleur.

Convection C'est le transfert d'énergie par des jets de liquide ou de gaz. (Diapositive 9)
Essayons d'expliquer comment se produit la convection dans les locaux d'habitation.
L'air, au contact de la batterie, s'en échauffe, tandis qu'il se dilate, sa densité devient inférieure à celle de l'air froid. L'air chaud, plus léger, monte vers le haut sous l'action de la force d'Archimède, et l'air froid lourd descend vers le bas.
Et encore : l'air plus froid atteint la batterie, s'échauffe, se dilate, s'allège et s'élève sous l'action de la force d'Archimède, etc.
Grâce à ce mouvement, l'air de la pièce se réchauffe.

Un plateau tournant en papier placé au-dessus d'une lampe allumée se met à tourner. (Diapositive 10)
Essayez d'expliquer comment cela se produit? (L'air froid, lorsqu'il est chauffé au niveau de la lampe, devient chaud et monte vers le haut, tandis que le plateau tournant tourne).

Le liquide est chauffé de la même manière. Regardez une expérience sur l'observation des flux de convection lors du chauffage de l'eau (en utilisant du permanganate de potassium). (Diapositive 11)

Veuillez noter que, contrairement à la conduction thermique, la convection se produit lorsque la matière est transférée et la convection ne se produit pas dans les solides.

Il existe deux types de convection : Naturel et forcé.
Faire chauffer du liquide dans une casserole ou de l'air dans une pièce sont des exemples de convection naturelle. Pour son apparition, les substances doivent être chauffées par le bas ou refroidies par le haut. Pourquoi en est-il ainsi ? Si nous chauffons d'en haut, où se déplaceront les couches d'eau chauffées, et où iront les froides ? (Réponse : nulle part, puisque les couches chauffées sont déjà en haut, et les couches froides resteront en bas)
La convection forcée se produit lorsqu'un liquide est agité avec une cuillère, une pompe ou un ventilateur.

Caractéristiques de convection :(diapositive 12)

se produit dans les liquides et les gaz, est impossible dans les solides et le vide;
la substance elle-même est transférée;
vous devez chauffer les substances par le bas.

Exemples de convection :(diapositive 13)

1) courants marins et océaniques froids et chauds,
2) dans l'atmosphère, les mouvements d'air verticaux conduisent à la formation de nuages ;
3) refroidissement ou chauffage de liquides et de gaz dans divers appareils techniques, par exemple des réfrigérateurs, etc., le refroidissement par eau des moteurs est assuré
combustion interne.

3. Rayonnement

(Diapositive 14)

Tout le monde sait ça Le soleil est la principale source de chaleur sur Terre. La terre est située à une distance de 150 millions de km de celle-ci. Comment la chaleur est-elle transférée du Soleil à la Terre ?
Entre la Terre et le Soleil en dehors de notre atmosphère, tout l'espace est un vide. Et nous savons que la conduction thermique et la convection ne peuvent pas se produire dans le vide.
Comment s'effectue le transfert de chaleur ? Ici, un autre type de transfert de chaleur est effectué - le rayonnement.

Radiation - c'est l'échange de chaleur, dans lequel l'énergie est transférée par des faisceaux électromagnétiques.

Il diffère de la conductivité thermique et de la convection en ce que la chaleur dans ce cas peut être transférée par le vide.

Regardez la vidéo sur les radiations (diapositive 15).

Tous les corps émettent de l'énergie : le corps humain, le poêle, la lampe électrique.
Plus la température corporelle est élevée, plus son rayonnement thermique est fort.

Les corps émettent non seulement de l'énergie, mais l'absorbent également.
(diapositive 16) De plus, les surfaces sombres absorbent et émettent mieux l'énergie que les corps à surface claire.

Caractéristiques du rayonnement(diapositive 17) :

se produit dans n'importe quelle substance;
plus la température corporelle est élevée, plus le rayonnement est intense ;
se produit dans le vide;
les corps sombres absorbent mieux le rayonnement que les corps lumineux et émettent mieux.

Exemples d'utilisation du rayonnement corporel(diapositive 18) :

les surfaces des fusées, dirigeables, ballons, satellites, avions sont peintes avec de la peinture argentée afin qu'elles ne soient pas chauffées par le soleil. Si, au contraire, il est nécessaire d'utiliser l'énergie solaire, les parties des appareils sont peintes dans une couleur sombre.
Les gens en hiver portent des vêtements sombres (noir, bleu, cannelle) ils sont plus chauds et en été ils sont clairs (beige, blanc). La neige sale fond plus rapidement par temps ensoleillé que la neige propre, car les corps à surface sombre absorbent mieux le rayonnement solaire et se réchauffent plus rapidement.

IV. Consolidation des connaissances acquises sur des exemples de tâches

Jeu "Essayez, expliquez", (diapositives 19-25).

Devant vous est un terrain de jeu avec six tâches, vous pouvez en choisir une. Après avoir terminé toutes les tâches, vous verrez sage dicton et celui qui le parle très souvent depuis les écrans de télévision.

1. Quelle maison est plus chaude en hiver si l'épaisseur des murs est la même ? Il fait plus chaud dans une maison en bois, puisque le bois contient 70 % d'air et la brique 20 %. L'air est un mauvais conducteur de chaleur. Récemment, des briques « poreuses » ont été utilisées dans la construction pour réduire la conductivité thermique.

2. Comment l'énergie est-elle transférée de la source de chaleur au garçon ? Pour le garçon assis près du poêle, l'énergie est principalement transférée par conduction thermique.

3. Comment l'énergie est-elle transférée de la source de chaleur au garçon ?
Pour un garçon allongé sur le sable, l'énergie du soleil est transmise par rayonnement et celle du sable par conduction thermique.

4. Lequel de ces wagons est utilisé pour transporter des marchandises périssables ? Pourquoi? Les marchandises périssables sont transportées dans des wagons peints en blanc, car un tel wagon est moins chauffé par les rayons du soleil.

5. Pourquoi la sauvagine et les autres animaux ne gèlent-ils pas en hiver?
La fourrure, la laine, le duvet ont une mauvaise conductivité thermique (présence d'air entre les fibres), ce qui permet au corps de l'animal de stocker l'énergie produite par le corps et de se protéger du refroidissement.

6. Pourquoi les cadres de fenêtres sont-ils doublés ?
Il y a de l'air entre les cadres, qui a une mauvaise conductivité thermique et protège contre les pertes de chaleur.

« Le monde est plus intéressant qu'il n'y paraît », Alexander Pushnoy, programme Galileo.

V. Résumé de la leçon

- Quels types de transfert de chaleur avons-nous rencontrés ?
- Déterminer quel type de transfert de chaleur joue un rôle majeur dans les situations suivantes :

a) chauffer de l'eau dans une bouilloire (convection);
b) une personne se réchauffe près du feu (rayonnement);
c) chauffer la surface de la table à partir de la lampe de table allumée (rayonnement);
d) chauffer un cylindre métallique plongé dans de l'eau bouillante (conductivité thermique).

Résoudre les mots-croisés(diapositive 26) :

1. La quantité dont dépend l'intensité du rayonnement.
2. Le type de transfert de chaleur qui peut être effectué sous vide.
3. Le processus de changement de l'énergie interne sans faire de travail sur le corps ou le corps lui-même.
4. La principale source d'énergie sur Terre.
5. Mélange de gaz. Mauvaise conductivité thermique.
6. Le processus de conversion d'un type d'énergie en un autre.
7. Le métal avec la meilleure conductivité thermique.
8. Gaz rares.
9. Une quantité avec la propriété de conservation.
10. Type de transfert de chaleur, qui s'accompagne du transfert de matière.

Après avoir résolu le jeu de mots croisés, vous obtenez un autre mot qui est synonyme du mot "transfert de chaleur" - c'est le mot ... ("transfert de chaleur"). « Transfert de chaleur » et « transfert de chaleur » sont les mêmes mots dans leur sens. Utilisez-les en remplaçant l'un par l'autre.

Vi. Devoirs

§ 4, 5, 6, ex. 1 (3), Ex. 2 (1), ex. 3 (1) - par écrit.

VII. Réflexion

A la fin de la leçon, nous invitons les élèves à discuter de la leçon : ce qu'ils ont aimé, ce qu'ils aimeraient changer, évaluer leur participation à la leçon.

La cloche sonnera maintenant
La leçon est terminée.
Au revoir les amis,
Il est temps de se reposer.

Taper

Types de transfert de chaleur : conduction thermique, convection, rayonnement. l'énergie de diverses manières : à travers les murs

Résumé de la leçon pour la 8e année « Conduction thermique, convection, rayonnement »

Conductivité thermique. Convection. Rayonnement, grade 8

Leçon en 8e année sur le thème « Conductivité thermique, convection, rayonnement »

Conduction thermique par rayonnement - Manuel du chimiste 21

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