1.4. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение

Теоретическая справка

Процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы называется теплопередачей или теплообменом. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводность — передача энергии от одного тела к другому или от одной части тела к другой при непосредственном контакте. При теплопроводности происходит передача энергии от более нагретых тел к менее нагретым (либо от более нагретой части тела к менее нагретым). Особенности передачи энергии посредством теплопроводности:

  1. При теплопроводности не происходит переноса вещества. 
  2. Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Хорошей теплопроводностью (быстро нагреваются и быстро охлаждаются) обладают, например, металлы. Плохой теплопроводностью обладают дерево, жидкости и газы (теплопроводность у газов меньше, чем у жидкостей), а также материалы содержащие воздух — пенопласт, шерсть и т.д.
  3. В пространстве, где нет частиц (в вакууме), теплопроводность осуществляться не может.
  4. Посредством тепловодности может осуществляться теплообмен между телами находящимися в любых агрегатных состояниях (твердом, жидком или газообразном).

Конвекция — перенос энергии струями жидкости или газа. Особенности передачи энергии посредством конвекции:

  1. Различают естественную и вынужденную конвекцию. Пример естественной конвекции — нагревание воздуха в комнате от радиаторов отопления. Пример вынужденной конвекции — перемешивание жидкости в кастрюле каким-либо столовым прибором при ее нагревании на плите.
  2. Для того чтобы происходила конвекция, необходимо нагревать жидкости или газы снизу, либо охлаждать их сверху.
  3. Конвекция происходит благодаря действию силы Архимеда на нижние прогретые, менее плотные слои жидкости или газа.
  4. Конвекция не происходит в твердых телах и в вакууме.
  5. При конвекции происходит перенос вещества.

Излучение — передача энергии посредством распространения электромагнитных волн. Особенности передачи энергии посредством излучения:

  1. Может осуществляться в вакууме.
  2. Все тела излучают энергию, как сильно нагретые, так и не очень, например, человеческое тело излучает энергию. На этом основан принцип действия приборов ночного видения — тепловизоров, они регистрируют излучение, идущее от живых организмов.
  3. Чем выше температура тела, тем больше энергии передаёт оно путём излучения.
  4. Тела с тёмной поверхностью лучше поглощают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность. Вместе с тем, тела с тёмной поверхностью охлаждаются быстрее путём излучения, чем тела со светлой поверхностью.

Решение заданий Открытого банка заданий ФИПИ

1. Горячий чайник какого цвета – чёрного или белого – при прочих равных условиях будет остывать быстрее и почему?

1) белый, так как он интенсивнее поглощает тепловое излучение
2) белый, так как тепловое излучение от него более интенсивное
3) чёрный, так как он интенсивнее поглощает тепловое излучение
4) чёрный, так как тепловое излучение от него более интенсивное

Нажмите, чтобы увидеть решение

Черный чайник будет охлаждаться быстрее, т.к. тепловое излучение от него более интенсивное.

Ответ: 4

[свернуть]

2. Какой снег – грязный или чистый – в одинаковых условиях тает быстрее в солнечную погоду и почему?

1) грязный снег, так как он отражает солнечные лучи сильнее, чем чистый
2) грязный снег, так как он поглощает солнечные лучи в бóльшей степени
3) чистый снег, так как он отражает солнечные лучи сильнее, чем грязный
4) чистый снег, так как он поглощает солнечные лучи в бóльшей степени

Нажмите, чтобы увидеть решение

Грязный снег  будет таять быстрее в солнечную погоду, т.к. так как он поглощает солнечные лучи в бОльшей степени.

Ответ: 4

[свернуть]

3. Два одинаковых по размеру стержня с закреплёнными на них с помощью парафина гвоздиками нагревают с торца (см. рисунок). Слева от свечи расположен медный стержень, а справа – железный стержень. По мере нагревания парафин плавится, и гвоздики поочерёдно падают.

Наблюдаемый процесс быстрее происходит для медного стержня, так как

1) плотность меди больше
2) теплопроводность меди больше
3) плотность железа больше
4) теплопроводность железа больше

Нажмите, чтобы увидеть решение

Согласно рисунку медь нагревается быстрее, чем железо, значить медь обладает лучшей теплопроводностью.

Ответ: 2

[свернуть]

4. Два одинаковых бруска льда внесли в тёплое помещение. Первый брусок оставили открытым, а второй обернули шерстяным шарфом. Какой брусок льда быстрее начнёт таять и почему?

1) первый, так как процесс теплообмена с окружающим воздухом будет происходить быстрее
2) второй, так как процесс теплообмена с окружающим воздухом будет происходить быстрее
3) второй, так как шерстяной шарф будет дополнительно согревать лёд
4) бруски начнут таять одновременно

Нажмите, чтобы увидеть решение

Шерстяной шарф содержит воздух, который имеет плохую теплопроводность, поэтому процесс теплообмена между льдом и окружающей средой в этом случае будет происходить медленнее. Значит быстрее нагреется и начнет таять открытый лед.

Ответ: 1

[свернуть]

5. В комнате на столе лежат пластмассовый и металлический шарики одинакового объёма. Какой из шариков на ощупь покажется холоднее? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: металлический шарик на ощупь кажется холоднее.

Пояснение. Теплопроводность металлического шарика больше теплопроводности пластмассового (металл лучше проводит тепло). Оба шарика имеют комнатную температуру, которая меньше температуры человеческого тела, поэтому будет происходить передача тепла от человека к шарикам. Теплоотвод от пальца к металлическому шарику происходит интенсивнее, это создаёт ощущение холода.

[свернуть]


6. При опускании в стакан с горячей водой деревянной и алюминиевой ложек быстрее нагревается

1) алюминиевая ложка, так как плотность алюминия больше
2) алюминиевая ложка, так как теплопроводность алюминия выше
3) деревянная ложка, так как плотность дерева меньше
4) деревянная ложка, так как теплопроводность дерева ниже

Нажмите, чтобы увидеть решение

Алюминий обладает лучше теплопроводностью, чем дерево, поэтому алюминиевая ложка нагреется быстрее.

Ответ: 2

[свернуть]

7. Для того чтобы стеклянный стакан не треснул, какую ложку (деревянную или металлическую) следует в него опустить, прежде чем налить кипяток? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Алюминий обладает лучше теплопроводностью, чем дерево, поэтому алюминиевая ложка нагреется быстрее, значит и кипяток будет охлаждаться быстрее. Чем быстрее охлаждается кипяток, тем меньше вероятность того что стакан лопнет.

[свернуть]

8. Какого цвета одежду рекомендуется носить жарким летом? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: летом рекомендуется носить белую одежду.

Пояснение. Одежда темных тонов, черная одежда будут поглощать солнечное излучение в отличие от одежды светлых тонов и белой одежду, которая преимущественно отражает излучение. Поэтому белая одежда не будет так сильно нагреваться, как черная или темная.

[свернуть]

9. Турист разжёг костёр на привале в безветренную погоду. Находясь на некотором расстоянии от костра, турист ощущает тепло. Каким способом, в основном происходит процесс передачи теплоты от костра к туристу? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: процесс передачи теплоты от костра к туристу происходит в основном за счет излучения.

Пояснение. Между туристом и костром воздух — плохой проводник тепла, поэтому передача тепла происходит не с помощью теплопроводности. Нагретый воздух будет подниматься вверх, поэтому не за счет конвекции. Пламя костра имеет высокую температуру, поэтому оно излучает энергию, значит основной способ теплопередачи в данном случае — излучение.

[свернуть]

10. Из какой кружки: металлической или керамической легче пить горячий чай, не обжигая губы? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: из керамической.

Пояснение. Поскольку теплопроводность металла намного больше теплопроводности керамики, кружка из керамики будет нагреваться гораздо медленнее и медленнее будет отдавать тепло губам. Из неё легче пить горячий чай.

[свернуть]

11. В жаркий день туристы  налили холодную воду из колодца в две одинаковые пластиковые бутылки. Одну из них они несли в полиэтиленовом пакете, а другую в рюкзаке, завёрнутую в толстый шерстяной свитер. Вода в какой бутылке нагреется быстрее? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: быстрее нагреется вода в полиэтиленовом пакете.

Пояснение. Шерстяной свитер, благодаря наличию воздуха в промежутках между нитями и шерсти, плохо проводит тепло, значит нагревание воды в бутылке, завернутой в шерстяной свитер будет происходить медленнее.

[свернуть]

12. Зимой на улице металл на ощупь холоднее дерева. Каким будет казаться на ощупь металл по сравнению с деревом на солнце в летнюю жару? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: Металл на ощупь в жару кажется горячее, чем дерево.

Пояснение.  Металл обладает лучшей теплопроводностью, чем дерево. Поэтому нагретый на солнце металл будет быстрее передавать тепло пальцам руки и будет казаться более горячим.

[свернуть]

13. Какой(-ие) из видов теплопередачи сопровождается(-ются) переносом вещества?

1) только теплопроводность
2) только конвекция
3) конвекция и теплопроводность
4) излучение и теплопроводность

Нажмите, чтобы увидеть решение

Из всех видов теплопередачи переносом вещества сопровождается только конвекция.

Ответ: 2.

[свернуть]

14. Учитель провёл следующий опыт. Раскалённая плитка (1) размещалась напротив полой цилиндрической закрытой коробки (2), соединённой резиновой трубкой с коленом U-образного манометра (3). Первоначально жидкость в коленах находилась на одном уровне. Через некоторое время уровни жидкости в манометре изменились (см. рисунок).

 

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт излучения.
2) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт конвекции.
3) В процессе передачи энергии давление воздуха в коробке увеличивалось.
4) Поверхности чёрного матового цвета по сравнению со светлыми блестящими поверхностями лучше поглощают энергию.
5) Разность уровней жидкости в коленах манометра зависит от температуры плитки.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Утверждение 1 — верно. Теплопроводность воздуха, находящего между плиткой и коробкой мала. Конвекционные потоки воздуха от плитки поднимаются вверх, практически не достигая коробки. Значит нагревание коробки происходит в основном за счет поглощения излучения, идущего от плитки.

Утверждение 2 — неверно. Смотри предыдущий пункт.

Утверждение 3 — верно. Первоначально жидкость в коленах находилась на одном уровне. Понижение уровня жидкости в трубке манометра, подсоединенной к коробке говорит о том, что давление в коробке увеличилось.

Утверждение 4 — неверно. В данном опыте не сравнивали поглощение энергии матовой и блестящей поверхностью коробки.

Утверждение 5 — неверно. В данном опыте не фиксировали уровни жидкости в манометре при разных температурах.

Ответ: 13

[свернуть]

15. Воду равной массы нагрели до одинаковой температуры и налили в две кастрюли, которые закрыли крышками и поставили в холодное место. Кастрюли совершенно одинаковы, кроме цвета внешней поверхности: одна из них чёрная, другая белая. Что произойдёт с температурой воды в кастрюлях через некоторое время, пока вода не остыла окончательно?

1) Температура воды не изменится ни в той, ни в другой кастрюле.
2) Температура воды понизится и в той, и в другой кастрюле на одно и то же число градусов.
3) Температура воды в белой кастрюле станет ниже, чем в чёрной.
4) Температура воды в чёрной кастрюле станет ниже, чем в белой.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Черная кастрюля будет охлаждаться быстрее, т.к. тепловое излучение от нее более интенсивное.

Ответ: 4

[свернуть]

16. Вода широко используется в системах охлаждения благодаря

1) низкой теплопроводности
2) высокой теплопроводности
3) низкой теплоёмкости
4) высокой теплоёмкости

Нажмите, чтобы увидеть решение

Вода имеет высокую теплоемкость, поэтому она используется в системах охлаждения.

Ответ: 4

[свернуть]

17. В открытый сосуд, заполненный водой, в области А (см. рисунок) разместили крупинки марганцовки (перманганата калия). В каком направлении преимущественно будет происходить окрашивание воды от крупинок марганцовки, если начать нагревание сосуда с водой так, как показано на рисунке?

1) 1
2) 2
3) 3
4) во всех направлениях одинаково

Нажмите, чтобы увидеть решение

Вода будет подниматься вверх по правой трубке, на ее место будет перемещаться жидкость из нижней трубки, т.е. возникнет циркуляция жидкости в трубке против часовой стрелки. Значит в области А окрашивание жидкости будет происходить в направлении 1.

Ответ: 1

[свернуть]

18. Учитель провёл следующий опыт. Два одинаковые по размеру стержня (медный расположен слева, а стальной – справа) с закреплёнными на них с помощью парафина гвоздиками нагревались с торца с помощью спиртовки (см. рисунок). При нагревании парафин плавится, и гвоздики падают.

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом излучения.
2) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом конвекции.
3) Прогревание металлических стержней происходит в основном способом теплопроводности.
4) Плотность меди меньше плотности стали.
5) Теплопроводность меди больше теплопроводности стали.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Прогревание стержней происходит за счет переноса энергии от более нагретой части стержня к менее нагретой, т.е. за счет теплопроводности. По представленному изображению понятно, что медный стержень прогревается быстрее, значит медь проводит тепло лучше стали.

Ответ: 35

[свернуть]

19. Возьмём два одинаковых стеклянных кувшина, наполним их одинаковым количеством воды комнатной температуры.  Один из кувшинов накроем куском чёрной ткани. Поставим кувшины на солнце и будем измерять температуру в них каждые полчаса (см. рис. 1 и 2). В каком кувшине температура будет повышаться быстрее? Ответ поясните.

 

Рисунок 1 Рисунок 2

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: температура воды будет быстрее повышаться в кувшине накрытом коском черной ткани.

Пояснение. Черные тале лучше поглощают падающее на них излучение, тем самым черная ткань, быстрее нагреваясь, будет способствовать более быстрому нагреванию воды в кувшине, передавая ей часть своей энергии.

[свернуть]

20. В солнечный день на пляже бывает невозможно пройти босиком по разогретому песку.  Какой способ теплопередачи преимущественно объясняет нагревание песка в солнечный день?

1) теплопроводность
2) излучение
3) конвекция
4) конвекция и теплопроводность

Нажмите, чтобы увидеть решение

Песок нагревается, потому что  поглощает излучение, идущее от Солнца.

Ответ: 4

[свернуть]

21. В таблице приведены значения коэффициента, который характеризует скорость процесса теплопроводности вещества для некоторых строительных материалов.

Строительный материал Коэффициент теплопроводности (условные единицы)
Газобетон 0,12
Железобетон 1,69
Силикатный кирпич 0,70
Дерево 0,09

В условиях холодной зимы наименьшего дополнительного утепления при равной толщине стен требует дом из

1) газобетона
2) железобетона
3) силикатного кирпича
4) дерева

Нажмите, чтобы увидеть решение

Наименьшим коэффициентом теплопроводности, а значит и наименьшей скоростью теплопроводности, обладает дерево. Значит деревянный дом требует наименьшего утепления.

Ответ: 4

[свернуть]

22. Необходимо проверить гипотезу о том, что количество теплоты, затраченное на нагревание тела, зависит от вещества, из которого оно сделано. Какую пару опытов следует провести для проверки этой гипотезы?

№ опыта Вещество тела Масса

тела

Изменение температуры тела
1 Алюминий 80 г 80 °С
2 Свинец 80 г 80 °С
3 Свинец 80 г 60 °С
4 Свинец 20 г 80 °С

1) опыты 1 и 2
2) опыты 1 и 3
3) опыты 1 и 4
4) опыты 2 и 4

Нажмите, чтобы увидеть решение

Так как мы исследуем зависимость количества теплоты, затраченного на нагревание тела, от рода вещества, из которого оно сделано, то в опытах должны использоваться два тела одинаковой массы, изготовленные из разных материалов. При этом температура тел должна меняться на одну величину.. Этим требованиям удовлетворяют опыты 1 и 2.

Ответ: 1

[свернуть]

23. Теплопередача путем конвекции может происходить

1) только в твёрдых телах
2) в твёрдых телах и жидкостях
3) только в жидкостях
4) в жидкостях и газах

Нажмите, чтобы увидеть решение

Конвекция может происходить только в жидкостях и газах.

Ответ: 4

[свернуть]

24. В вакууме теплопередача может осуществляться путем

1) только излучения
2) только теплопроводности
3) только конвекции
4) излучения и теплопроводности

Нажмите, чтобы увидеть решение

В вакууме теплопередача может осуществляться только путем излучения.

Ответ: 1

[свернуть]

25. В летние дни на побережье моря можно наблюдать дневные и ночные бризы: днём ветер дует с моря к берегу, а ночью – от берега к морю. Какой способ теплопередачи объясняет движение воздушных масс во время бриза?

1) теплопроводность
2) тепловое излучение
3) конвекция
4) излучение и теплопроводность

Нажмите, чтобы увидеть решение

Дневной и ночной бриз — это пример конвекции, происходящей в атмосфере Земли.

Ответ: 3

[свернуть]

26. Какой вид теплопередачи происходит без переноса вещества?

А. Излучение
Б. Конвекция

Правильным ответом является

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

Нажмите, чтобы увидеть решение

Без переноса вещества происходит излучение.

Ответ: 1

[свернуть]

27. При какой температуре и металлический предмет, и деревянный будут казаться на ощупь одинаково нагретыми?

1) при 0 °С
2) при комнатной температуре
3) при температуре человеческого тела
4) ни при какой температуре эти предметы не будут казаться одинаково нагретыми

Нажмите, чтобы увидеть решение

Металлический и деревянный предмет покажутся на ощупь одинаково нагретыми, если между рукой и этими предметами не будет происходить теплообмена. Это возможно в том случае, если температуры металлического и деревянного предметов будут равны температуре человеческого тела.

Ответ: 3

[свернуть]

28. Какой вид теплопередачи преимущественно имеет место при нагревании воздуха в комнате от батареи парового отопления?

1) теплопроводность
2) конвекция
3) излучение
4) излучение и теплопроводность

Нажмите, чтобы увидеть решение

Воздух в комнате от батареи отопления прогревается благодаря конвекции.

Ответ: 2

[свернуть]

29. Чайник с горячей водой стоит на столе. Какой(-ие) вид(-ы) теплопередачи между чайником и окружающим воздухом преимущественно имеет(-ют) место при остывании чайника и воды?

1) теплопроводность
2) конвекция
3) излучение
4) излучение и теплопроводность

Нажмите, чтобы увидеть решение

Чем выше температура тела, тем интенсивнее оно излучает энергию, поэтому теплообмен будет происходить преимущественно за счет излучения.

Ответ: 3

[свернуть]

30. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Возьмём две одинаковые стеклянные банки и одну из них закутаем в шерстяной шарф (см. рисунок).

Нальём в обе банки одинаковое количество горячей воды и поставим банки в холодное помещение. Если через некоторое время измерить температуру воды в обеих банках, то мы обнаружим, что температура воды в банке с шарфом более (А)__________. Это объясняется тем, что шерстяные, меховые, пуховые изделия являются (Б)__________ тепла и (В)__________ охлаждение воды. Стекло же является (Г)__________.

Список слов и словосочетаний:

1) высокая
2) низкая
3) замедляют
4) ускоряют
5) хороший проводник тепла
6) плохой проводник тепла
7) электрический проводник

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Комментарий. Шерсть обладает плохой теплопроводностью, поэтому будет препятствовать теплообмену банки с водой с окружающим воздухом, значит эта банка будет охлаждаться медленнее.

Решение. Возьмём две одинаковые стеклянные банки и одну из них закутаем в шерстяной шарф (см. рисунок). Нальём в обе банки одинаковое количество горячей воды и поставим банки в холодное помещение. Если через некоторое время измерить температуру воды в обеих банках, то мы обнаружим, что температура воды в банке с шарфом более (А-1) высокая. Это объясняется тем, что шерстяные, меховые, пуховые изделия являются (Б-6) плохим проводником тепла и (В-3) замедляет охлаждение воды. Стекло же является (Г-5) хорошим проводником тепла.

Ответ: 1635

[свернуть]

31. Четыре бруска одинакового размера изготовлены из разных материалов: алюминия, дерева, пластмассы и стекла. Брусок из какого материала обладает наибольшей теплопроводностью?

1) из стекла
2) из дерева
3) из пластмассы
4) из алюминия

Нажмите, чтобы увидеть решение

Наибольшей теплопроводностью облаадает металлический (в данном случае алюминиевый) брусок.

Ответ: 4

[свернуть]

32. Какая почва прогревается летом быстрее: влажная или сухая?

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: Влажная почва прогреется быстрее.

Пояснение. Теплопроводность воды, находящейся во влажной почве, больше теплопроводности воздуха, который содержится в сухой почве. Поэтому влажная почва прогреется быстрее

[свернуть]

33. Куда следует поместить лёд, с помощью которого необходимо быстро охладить закрытый сосуд, полностью заполненный горячей жидкостью — положить сверху на сосуд или поставить сосуд на лёд? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: лед нужно положить сверху.

Пояснение. Если поставить сосуд на лед, то охлаждение жидкости будет происходить за счет теплопроводности, а если положить лед сверху, то за счет конвекции. Охлаждение за счет конвекции будет происходить быстрее.

[свернуть]

34. В кювету поместили стержни из различных материалов, которые соединили с равномерно нагреваемой пластиной. Стержни покрыты слоем воска, на который надеты муфты. По мере плавления воска муфты начинают скользить вниз (см. рисунок).

Из  предложенного перечня выберите два утверждения, соответствующие экспериментальным наблюдениям. Укажите их номера.

1) Наибольшей теплопроводностью из рассматриваемых материалов обладает стекло
2) Наибольшей теплопроводностью из рассматриваемых материалов обладает медь
3) Наибольшей удельной теплоемкостью обладает латунь
4) Энергия от нагреваемой пластины передается стержням преимущественно за счет теплопроводности
5) Энергия от нагретого стержня передается воску преимущественно за счет конвекции

Нажмите, чтобы увидеть решение

При нагревании пластины энергия посредством теплопроводности передается стержням. Быстрее всего этот процесс происходит для меди, поскольку медная муфта опускается быстрее всего. Значит, из представленных материалов, наилучшей теплопроводностью обладает медь.

Ответ: 24

[свернуть]

35. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова из приведённого списка.

 Между слоями жидкости и газа процесс (А)__________ может осуществляться за счет конвекции  и теплопроводности. Рассмотрим опыт (см. рисунок). 

На дне пробирки с водой находятся кубики льда. Верхний слой воды нагревают на спиртовке. При этом верхний слой воды закипает,
а лёд не тает. При таком способе нагревания тёплые слои воды имеют (Б)__________ плотность, чем холодные, и не опускаются вниз, т.е. (В)__________ не происходит.  Вода прогревается только за счет (Г)__________, что происходит довольно долго.

Список слов:

1) меньшую
2) большую
3) теплопередача
4) теплоёмкость
5) конвекция
6) излучение
7) теплопроводность

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Комментарий. Вода имеет плохую теплопроводность, поэтому она нагревается быстрее за счет конвекции, а за счет теплопроводности нагревается медленно. Для того чтобы происходила конвекция, необходимо подогревать жидкость снизу, чтобы нагретые, менее плотные слои жидкости в соответствии с законом Архимеда, поднимались вверх. Если нагревать жидкость сверху, то конвекция происходить не будет.

Решение. Между слоями жидкости и газа процесс (А-3) теплопередачи может осуществляться за счет конвекции  и теплопроводности. Рассмотрим опыт (см. рисунок).  На дне пробирки с водой находятся кубики льда. Верхний слой воды нагревают на спиртовке. При этом верхний слой воды закипает,
а лёд не тает. При таком способе нагревания тёплые слои воды имеют (Б-1) меньшую плотность, чем холодные, и не опускаются вниз, т.е. (В-5) конвекция не происходит.  Вода прогревается только за счет (Г-7) теплопроводности, что происходит довольно долго.

Ответ: 3157

[свернуть]

36. Прочитайте текст и вставьте на места пропусков слова (словосочетания) из приведённого списка.

Для охлаждения морса в кастрюле используют лёд: в первом случае лёд кладут вниз, под дно кастрюли, во втором случае — наверх, в перевёрнутую крышку кастрюли (см. рисунок).

Процесс охлаждения морса в первом случае происходит (А)____________, чем во второй кастрюле. В первом случае процесс охлаждения осуществляется  преимущественно за счет (Б)__________. Плотность нижних охлаждённых слоев (В)__________, поэтому они будут (Г)__________.

Список слов и словосочетаний:

1) теплопроводность
2) конвекция
3) быстрее
4) медленнее
5) меньше
6) больше
7) всплывать
8) оставаться внизу

Запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Комментарий. Для того, чтобы происходило охлаждение жидкости за счет конвекции, необходимо охлаждать  ее сверху. Тогда при охлаждении верхних слоев жидкости, их плотность становится больше и, в соответствии, с законом Архимеда, они будут опускаться вниз, а на их место будут подниматься более нагретые слои жидкости снизу, т.е. будет происходить циркуляция (конвекция) жидкости. Если поставить кастрюлю на лед, то охлаждение жидкости будет происходить за счет теплопроводности. Охлаждение жидкости за счет конвекции происходит быстрее, чем за счет теплопроводности.

Решение. Для охлаждения морса в кастрюле используют лёд: в первом случае лёд кладут вниз, под дно кастрюли, во втором случае — наверх, в перевёрнутую крышку кастрюли (см. рисунок). Процесс охлаждения морса в первом случае происходит (А — 4) медленнее, чем во второй кастрюле. В первом случае процесс охлаждения осуществляется  преимущественно за счет (Б — 1) теплопроводности. Плотность нижних охлаждённых слоев (В — 6) больше, поэтому они будут (Г — 8) оставаться внизу.

Ответ: 4168

[свернуть]

37. В какой трубе (кирпичной или металлической) лучше тяга при условии, что трубы имеют одинаковые диаметры и высоту? Ответ поясните.

Нажмите, чтобы увидеть решение

Ответ: кирпичная труба обеспечивает лучшую тягу.

Пояснение. Тяга возникает из-за того, что горячий воздух в трубе имеет меньшую плотность, чем холодный воздух вокруг печи. С его стороны на горячий воздух действует выталкивающая сила, обеспечивающая движение воздуха по трубе, то есть «тягу». Чем меньше воздух за время подъёма по трубе будет охлаждаться, тем тяга будет лучше. Поэтому труба должна иметь как можно меньшую теплопроводность, и металлическая труба хуже кирпичной.

[свернуть]

Скачать файл с заданиями открытого банка ФИПИ Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение (1386 Загрузок )