Чем отличается естественная конвекция
Вопросы § 5
Физика А.В. Перышкин
1.Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.
Воздух, соприкасаясь с нагретой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Под действием архимедовой силы нагретый воздух вверх выталкивается, а его место занимает холодный воздух.
2. Объясните, как происходит нагревание воды в колбе, поставленной на огонь.
При нагревании снизу нижний слой воды раньше нагревается, чем верхний, становится менее плотным, поднимается вверх, а вниз опускаются более тяжелые холодные слои. Снова происходит нагрев слоя, поднятие и опускание. При этом холодные и теплые слои воды постоянно перемешиваются. Так происходит равномерный прогрев всей жидкости.
3. В чём состоит явление конвекции?
Конвекция как вид теплопередачи — это перенос энергии самими нагретыми струями газа или жидкости.
4. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной?
Естественная конвекция происходит свободно за счет перемещений нагретых слоев воздуха или жидкости. При вынужденной конвекции в ход идут для дополнительного перемешивания лопатки, ложки, насосы и т.п. средства для перемешивания.
5. Почему жидкости и газы нагревают снизу?
Жидкости и газы нагревают снизу, чтобы происходила конвекция и разогревался весь объем, а не только их верхняя часть.
6. Почему конвекция невозможна в твёрдых телах?
В твердых телах конвекция невозможна, так как частицы в твердых телах могут лишь колебаться около положения равновесия. Следовательно невозможно и перемещение одних частиц относительно других.
1. Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.
Воздух, соприкасаясь с теплой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Сила Архимеда, действующая на теплый воздух со стороны холодного снизу вверх, больше, чем сила тяжести, которая действует на теплый воздух. В результате нагретый воздух «всплывает», поднимается вверх, а его место занимает холодный воздух.
2. Обьясните, как происходит нагревание воды в колье, поставленной на огонь.
При нагревании жидкости снизу, нагретые слои жидкости — менее плотные и поэтому более легкие — вытесняются вверх более тяжелыми, холодными слоями. Холодные слои жидкости, опустившись вниз, в свою очередь, нагреваются от источника тепла и вновь вытесняются менее нагретой водой. Благодаря такому движению вся вода равномерно прогревается.
3. В чём состоит явление конвекции?
Явление конвекции состоит в переносе энергии нагретывми слоями жидкости или газа.
4. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной?
При вынужденной конвекции происходит также и перемешивание жидкости или газа.
5. Почему жидкости и газы нагревают снизу?
Если жидкости и газы прогревать не снизу, а сверху, то конвекция не происходит. Нагреные слои не могут опуститься ниже холодные, более тяжелых.
Следовательно, для того чтобы в жидкостях и газах происходила конвекция, необходимо их нагревать снизу.
6. Почему конвекция невозможна в твердых телах?
В твердых телах частицы колеблются около определенной точки, удерживаемые сильным взаимным притяжением. В связи с этим при нагревании твердых тел в них не могут образовываться потоки вещества.
Чем отличается естественная конвекция от вынужденной, кратко
Вынужденная и естественная конвекция – в чем разница?
Конвекция основана на расширении вещества с более низкой температурой в момент контактирования с горячей массой. При нагревании элемент становиться менее плотным. А значит, происходит снижение его массы в относительно холодных условиях окружающей среды.
Это явление мы наблюдаем, когда происходит распространение тепла при нагревании обычной воды.
Конвекцию можно подразделить на два вида:
Она может развиваться по ламинарному и турбулентному типу. Примером естественного конвекционного явления можно назвать облака, тектонические движения участков земли, образование солнечных гранул.
К естественной конвекции относится разнотемпературный режим слоёв жидкости, воздушного пространства, океанической воды, устойчивые движения воздушных масс.
К вынужденной – механическое перемешивание слоёв жидкости предметом типа мешалки, насоса, вентилятора.
Причины явления и его виды
Движение воздуха в отапливаемом помещении
В этом случае тёплый воздух движется потоками вверх, а холодный – вниз. Когда отопление включено, ближе к потолку воздух в комнате намного теплее, чем над поверхностью пола. Это легко объяснить Архимедовым законом. Только в данном случае тепловое излучение нагревает тела.
Как гласит закон, увеличивается температура – увеличивается объём любой жидкости. Условием такого развития событий является нагрев ёмкости снизу, когда тёплый менее плотный поток устремляется вверх, а более холодные слои, а значит, и более плотные, – вниз.
Если же нагревать ёмкость сверху, то никакого движения внутри жидкости не происходит, а значит и конвекция отсутствует.
История возникновения понятия
Оно было предложено впервые английским учёным В.Прутом в 1834 г. Словом «конвекция» он назвал движение тёплых потоков в нагреваемых жидких средах.
Теоретическое обоснование этому явлению было дано в 1916 г. Опытные исследования проводились с жидкостями, помещёнными в определённые ёмкости, подогреваемые в нижней части.
Исследователи заметили, что потоки диффундируют и переходят на уровень конвекции только тогда, когда температура жидкости близко подходит к отметке критической.
Эти экспериментальные данные стали свидетельством движения тёпловых потоков под воздействием Архимедовой силы.
Примеры различных конвекций
Естественная разновидность конвекции хорошо прослеживается в условиях отапливаемого помещения.
Принудительный вид конвекции характеризуется механическим воздействием. Когда происходит перемешивание каким-либо прибором или техническим устройством, к примеру, обычной ложкой или электронасосом.
Конвекционные процессы не происходят в твёрдых телах. Причиной тому является сильное взаимопритяжение их составляющих. Нагреваясь, твёрдые тела излучают тепловую энергию благодаря свойству теплопроводности.
Большое значение для космической отрасли имеет конвекция капиллярного типа, которая происходит благодаря температурным скачкам при движении жидкости по трубопроводу.
Распространённым примером конвекции является работа бытовых холодильников. Холодный фреон, находящийся в газообразном состоянии, движется по специальным трубкам, охлаждая воздух в верхних слоях. Тогда более тёплый поток устремляется вверх, а холодный – вниз, что создаёт температуру оптимальную для сохранения свежести продуктов.
Внутрипланетарная конвекция
Образование внутри земной коры залежей газа – яркий пример внутрипланетарной конвекции. Дело в том, что центральное ядро планеты Земля жидкое, с большой внутренней плотностью. Эта расплавленная лава богата металлами.
Далее расположен слой литосферы, характерным состоянием которого является полужидкое. Поверхность земли образует земную кору. Состоящая из ряда платформенных участков литосфера, постоянно движется по жидкой поверхности ядра.
Конвекционные процессы возникают из-за разности температур отдельных участков жидкого земного ядра. Под воздействием этого природного явления происходит смещение материковых участков суши и сдвиг океанического ложа.
Конвекция естественная и вынужденная
Вы будете перенаправлены на Автор24
Конвекция
Конвекция – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия передается потоками или струями газа либо жидкости.
В природе существует так называемая естественная конвекция, возникающая в веществе самопроизвольно при неравномерном его нагревании в поле тяготения. При таком типе конвекции нижние слои вещества прогреваются и, следовательно, становятся легче, поднимаясь вверх. Верхние же, более холодные слои, наоборот остывают и в этой связи становятся тяжелее. Тяжелые слои опускаются, после чего процесс повторяется вновь. При определенных условиях процесс перемешивания структурируется в отдельные вихри, вследствие чего получается более или менее правильная решетка из конвекционных ячеек.
Рисунок 1. Принцип нагрева воздуха. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Естественная же конвекция наблюдается во многих атмосферных явлениях, в том числе при возникновении облаков. Благодаря естественной конвекции перемещаются тектонические плиты. Конвекция отвечает за появление солнечных гранул.
Вынужденная или принудительная конвекция обеспечивает перенос вещества и обусловлена действием внешних сил (например, силовым воздействием насоса или лопастей вентилятора). Такой метод применяется, когда естественная конвекция оказывается недостаточно действенной.
Под конвекцией также понимается процесс переноса теплоты, массы или электрических зарядов.
Готовые работы на аналогичную тему
Естественная конвекция
Изучение процессов естественной конвекции имеет большое значение в связи с проблемой отвода теплоты во многих технических приборах и системах. Естественная конвекция влияет на максимальные значения тепловых потоков. Из этого следует, что от нее зависит безопасность эксплуатации систем в условиях, когда обычные способы сброса теплоты непригодны.
Наиболее распространенным видом отопительных приборов являются конвекторы, в которых большая часть теплоты теплоносителя передается в помещение с помощью конвекции. Самыми практичными являются конвекторы из обребренных труб, по которым перемещается теплоноситель (горячая вода или пар). Трубы заключаются в специальные кожухи, имеющие отверстия для прохода воздуха сверху и снизу.
Технической реализацией процесса естественной конвекции являются радиаторы отопления, обогревающие жилые и общественные помещения. Нередко естественная конвекция используется для оптимизации движения воды в отопительной системе.
Примечательно, что в некоторых технических задачах, напротив, требуется подавить естественную конвекцию для снижения теплопотерь. Например, в области проектирования солнечных коллекторов одной из важнейших задач является снижение потерь тепла через прозрачную изоляцию.
Еще один прибор, основанный на свойствах конвекции широко используется в промышленности – воздухонагреватель. Он применяется для дутья при работе доменной печи, а также для подогрева воздуха. В режиме нагрева этого прибора продукты сгорания поднимаются вверх и поступают в специальную набивку. В режиме дутья холодный газ (воздух) заполняет это же пространство и забирает тепловую энергию, которая накапливается в набивке при нагреве. Нагретый газ поступает в воздухопровод и используется по назначению в зависимости от технологического процесса.
Вынужденная конвекция
Если движение жидкости или газа вызвано действием внешних сил (например, работающими лопастями вентилятора или поршнем насоса), то такое явление будет называться вынужденной конвекцией.
При любом режиме течения жидкости в непосредственной близости к поверхности некоего твердого тела образуется тонкий неподвижный слой жидкости, называемый еще пограничным слоем. Через данный слой теплота передается исключительно посредством теплопроводности. Эмпирически было установлено, что плотность теплового потока через пограничный слой пропорциональна разности температур жидкости и поверхности тела.
Получи деньги за свои студенческие работы
Курсовые, рефераты или другие работы
Автор этой статьи Дата последнего обновления статьи: 17 09 2021
Эксперт по предмету «Архитектура и строительство»
Естественная и вынужденная конвекция
Конвекцией называют такой вид теплообмена, при котором энергия (считай, тепло) перемещается струями (в жидком веществе) и потоками (в газообразном веществе). Примером может являться перемещение воздуха в комнате, или его циркуляция в атмосфере. 
Благодаря конвекции воздух в комнате не застаивается на одном месте. А если есть приток свежего воздуха, то распространяться он будет по всему помещению, меняя температуру не в одном месте, а везде.
Естественная конвекция
Если конвекция происходит без воздействия внешних факторов, то называют её естественной. К таковой относится приведённый выше пример движения воздуха в комнате. А ещё примерами естественной конвекции могут служить многие атмосферные явления, например, образование облаков. Да что там атмосферные явления, даже тектонические плиты движутся благодаря конвекции.
Если обобщать, то при естественной конвекции сначала нагреваются нижние слои некого вещества. А как нам известно, в этом случае вещество становится легче. Поэтому после нагревания оно перемещается вверх. Ну а верхние слои, одновременно с этим, остывают и опускаются ниже. Процесс этот не прерывается ни на минуту.
Вынужденная конвекция
Вынужденная конвекция применяется в тех случаях, когда естественная не способна достаточно хорошо выполнять свою задачу.
Содержание влаги в воздухе
Влажность воздуха оказывает очень сильное влияние на самочувствие человека и его здоровье. Важно понимать это и поддерживать в комнате нормальную влажность.