Междууниверситетски център за дистанционно обучение в Томск
Томски държавен университет
системи за управление и радиоелектроника (TUSUR)
Тест #2
по дисциплината "Концепцията на съвременното естествознание"
(Урок - електронен учебник по KSE, TUSUR)
1)Как протича процесът на пренос на топлина? Опишете топлопроводимостта,конвекцията и излъчването и дайте примери.
Ако две системи с различни температури се поставят в топлинен контакт, топлинната енергия се пренася между тях, докато се установи топлинно равновесие и температурите станат еднакви. Енергията, прехвърлена от една система към друга само поради разликата в температурите на тези системи, се наричаколичество топлина. Приетото обозначение за количеството топлина е: Q.
Има три начина за прехвърляне на количеството топлина от едно тяло към друго:топлопроводимост,конвекцияиизлъчване. Посоката на топлообмен се определя от температурната разлика между телата. Топлината при топлообмен винаги се пренася от по-горещо тяло към по-студено.
Топлината може да се пренася по три начина: проводимост, конвекция и излъчване. Процесът на пренос на топлина чрез топлопроводимост се осъществява между директно контактуващи тела или частици от тела с различна температура. Топлинната проводимост е молекулярен процес на пренос на топлина.
Известно е, че когато тялото се нагрява, кинетичната енергия на неговите молекули се увеличава. Частици от по-нагрята част от тялото, сблъсквайки се със съседни частици по време на произволното им движение, им предават част от своята кинетична енергия. Този процес се разпространява в цялото тяло. Тоест,топлопроводимосттапредставлява процеса на разпространениеенергия между частици на тялото, които са в контакт една с друга и имат различни температури. Например, ако единият край на железен прът се нагрее, след известно време температурата на другия му край също ще се повиши. Предаването на топлина чрез топлопроводимост зависи от физическите свойства на тялото, от неговите геометрични размери, а също и от температурната разлика между различните части на тялото. При определяне на преноса на топлина чрез топлопроводимост в реални тела има известни трудности, които все още не са решени на практика. Тези трудности се състоят в това, че топлинните процеси се развиват в нехомогенна среда, чиито свойства зависят от температурата и варират по обем; освен това възникват трудности с нарастването на сложността на конфигурацията на системата.
Топлопроводимостта (или топлопроводимостта) характеризира способността на дадено вещество да провежда топлина.
Вторият тип пренос на топлина -конвекция- се среща само в газове и течности. Този тип пренос се осъществява чрез преместване и смесване на цялата маса на неравномерно нагрята течност или газ. Конвекционният топлообмен е толкова по-интензивен, колкото по-голяма е скоростта на течността или газа, тъй като в този случай повече частици от тялото се движат за единица време. В течности и газове преносът на топлина чрез конвекция винаги е придружен от топлопроводимост, тъй като в този случай се осъществява и директен контакт на частици с различни температури. Едновременният пренос на топлина чрез конвекция и топлопроводимост се нарича конвективен топлопренос; може да бъде принудително и безплатно. Ако движението на работния флуид е предизвикано изкуствено (от вентилатор, компресор, миксер и др.), Тогава такъв конвективен топлопренос се нарича принудителен. Ако движението на работния органвъзниква под въздействието на разликата в плътността на отделните части на течността от нагряване, тогава такъв топлопренос се нарича свободен (естествен) конвективен топлопренос.
Излъчване- вид пренос на топлина, осъществяван чрез електромагнитни вълни, излъчвани от нагрети тела. В този случай преносът на топлина се извършва поради факта, че всяка материя, която има температура над абсолютната нула, излъчва енергия в околната среда (вижте закона на Стефан-Болцман). Видът на излъчване зависи от телесната температура. Това е лесно да се разбере от ежедневния опит: металът в ковачницата първо е нажежен до червено, след това до жълто-оранжев цвят и накрая почти бял. Това показва повишаване на температурата на веществото, тъй като колкото по-висока е температурата, толкова по-къса е дължината на вълната на излъчваните вълни. Относително студените тела излъчват в инфрачервения диапазон на дължината на вълната и ние не виждаме излъчването им, а само го усещаме като топлинно. Най-горещите тела също излъчват невидимо лъчение в микровълновия диапазон.