Почему радиаторы водяного отопления располагают под… (физика)

№ Конвекция в отоплении

⚠️

Задание не решено полностью: на фото не виден рис. , поэтому тягу объяснено только по общему принципу, без привязки к рисунку.

Почему радиаторы водяного отопления располагают под окнами?

Решение

Воздух у радиатора нагревается, расширяется, его плотность уменьшается, и он поднимается вверх. Холодный воздух у окна, более плотный, опускается вниз. Радиатор под окном нагревает именно этот холодный воздух, идущий от окна. В комнате возникает конвекция, и воздух прогревается равномерно по всему помещению.

💡 Почему так

Конвекция — перенос энергии потоками жидкости или газа. Тёплые потоки идут вверх, холодные вниз.

Ответ

Под окном самый холодный воздух. Радиатор его нагревает, тёплый воздух поднимается, холодный опускается. Конвекция прогревает всю комнату равномерно.

№ Теплопередача при охлаждении

В каком случае наполненная до краёв кастрюля с кипятком остынет быстрее: когда её поставили на лёд или когда лёд положили на крышку кастрюли?

Решение

Охлаждение воды в кастрюле идёт за счёт конвекции. Если лёд лежит на крышке, верхние слои воды охлаждаются, становятся плотнее и опускаются вниз. Более тёплая вода снизу поднимается. Так возникает конвекция, и вода остывает быстро. Если кастрюля стоит на льду, охлаждается нижний слой воды. Он остаётся внизу, потому что холодная вода плотнее. Конвекции нет, и остывание идёт только за счёт медленной теплопроводности воды.

💡 Почему так

Охлаждать жидкость нужно сверху, потому что тогда работает конвекция. Вода — плохой проводник тепла.

Ответ

Быстрее остынет кастрюля, когда лёд положили на крышку.

№ Конвекция и теплопроводность

Что остынет быстрее — стакан с компотом или стакан с киселём? Ответ обоснуйте.

Решение

Компот жидкий. В нём идёт конвекция: тёплые слои поднимаются к поверхности и отдают тепло воздуху, холодные опускаются. Кисель густой, и конвекция в нём почти не происходит. Тепло передаётся только теплопроводностью, а она медленная. Поэтому кисель остывает дольше.

💡 Почему так

В вязких средах конвекция сильно затруднена.

Ответ

Быстрее остынет стакан с компотом: в нём есть конвекция, а в густом киселе её почти нет.

№ Тяга в трубе

Объясните действие тяги (см. рис. 20). Когда тяга лучше — зимой или летом?

Решение

Рисунок не виден, поэтому тяга объяснена по общему принципу. Нагретые газы в печи и трубе расширяются, их плотность меньше плотности наружного воздуха. Холодный наружный воздух давит сильнее и вытесняет лёгкие горячие газы вверх по трубе. В печь через поддувало поступает свежий воздух, и горение поддерживается. Чем больше разность температур газов в трубе и наружного воздуха, тем сильнее тяга. Зимой наружный воздух холоднее, разность температур больше, тяга лучше.

💡 Почему так

Тяга возникает из-за разности плотностей тёплого и холодного воздуха (конвекция).

Ответ

Горячие газы легче холодного воздуха и поднимаются по трубе, а в печь поступает свежий воздух. Зимой тяга лучше, потому что разность температур больше.

№ Конвекция в невесомости

Будет ли гореть свеча на борту космического орбитального комплекса?

Решение

На орбитальном комплексе невесомость. Нагретые продукты горения не становятся «легче» и не поднимаются вверх, потому что вес не действует. Конвекции нет. Горячие газы (углекислый газ, пары воды) остаются вокруг фитиля. Свежий воздух с кислородом к пламени почти не поступает, только за счёт медленной диффузии. Свеча сначала вспыхивает, а затем гаснет.

💡 Почему так

Конвекция возможна только при наличии силы тяжести, поэтому в невесомости она не происходит.

Ответ

Нет, свеча погаснет: в невесомости нет конвекции, продукты горения не уходят, и кислород не поступает к пламени.

Помогло?