Объясните механизм нагревания воды в колбе, поставленной на огонь (см. рис. 18, а).
Рисунка в кадре нет, поэтому объясняем по условию.
- Пламя нагревает дно колбы, и слой воды у дна нагревается от стенки.
- Нагретая вода расширяется, её плотность становится меньше плотности верхних холодных слоёв.
- На нагретую воду действует выталкивающая сила, и она поднимается вверх.
- Холодная плотная вода из верхних слоёв опускается вниз на её место.
- Затем она тоже нагревается у дна и поднимается. Такое циркулирующее движение продолжается, пока вся вода не прогреется.
Вода в колбе нагревается конвекцией: энергия переносится самими потоками вещества.
Вода у дна нагревается, расширяется и становится легче, поэтому поднимается вверх. Холодная вода опускается вниз. Так возникает круговое движение (конвекция), и вся вода прогревается.
Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой (см. рис. 18, б).
Рисунка в кадре нет, поэтому объясняем по условию.
- Лампа нагревает соприкасающийся с ней воздух.
- Нагретый воздух расширяется, его плотность уменьшается, и он становится легче окружающего холодного воздуха.
- Архимедова сила поднимает тёплый воздух вверх, и над лампой возникает восходящий поток.
- На освободившееся место снизу и сбоку приходит холодный воздух, который тоже нагревается.
- Поднявшийся воздух остывает, становится плотнее и опускается в стороны, поэтому движение получается замкнутым.
Причина движения — разница плотностей тёплого и холодного воздуха в поле тяжести.
Тёплый воздух над лампой расширяется, становится легче и поднимается вверх. На его место поступает холодный воздух. Причина — разность плотностей нагретого и холодного воздуха.
Какой вид теплопередачи называют конвекцией?
Конвекция — вид теплопередачи, при котором энергия переносится самими струями и потоками жидкости или газа. Более нагретые слои поднимаются вверх, а более холодные опускаются вниз.
Конвекция — перенос энергии потоками (струями) жидкости или газа.
Почему конвекция невозможна в твёрдых телах?
Конвекция — это перенос энергии движущимися потоками вещества. В твёрдых телах частицы закреплены в узлах кристаллической решётки и колеблются около положений равновесия. Слои вещества не могут перемещаться друг относительно друга и образовывать потоки.
В твёрдых телах частицы не могут свободно перемещаться и образовывать потоки вещества, поэтому конвекции нет.
Приведите примеры естественной и вынужденной конвекции в быту и технике.
Естественная конвекция возникает сама из-за разности плотностей:
- нагревание воды в чайнике или кастрюле на плите;
- движение воздуха от батареи отопления вверх, а у пола — холодного воздуха к батарее;
- тяга в печной трубе;
- ветер, бриз.
Вынужденная конвекция создаётся принудительно, насосом или вентилятором:
- перемешивание супа ложкой;
- работа вентилятора и конвектора с вентилятором;
- обдув радиатора в системе охлаждения компьютера;
- принудительная циркуляция воды насосом в системе отопления и охлаждения двигателя автомобиля;
- духовка с конвекцией (обдув горячим воздухом).
Естественная: нагрев воды в чайнике, движение воздуха у батареи, тяга в трубе. Вынужденная: перемешивание ложкой, вентилятор, насос в системе отопления или охлаждения двигателя, духовка с обдувом.
