Предположим, есть два стержня, которые находятся на определенном расстоянии друг от друга. Один нагревается, а другой охлаждается. Эти два тела могут вступать в контакт друг с другом. Два явления будут происходить одновременно:
Тепловые явления: виды, признаки и примеры в физике
Все мы в той или иной форме игнорируем тепловые явления. Например, когда мы готовим чай или кофе. Такие природные явления, как дождь или снегопад, образование росы, замерзание воды и образование льда, также напрямую связаны с изменением температуры и определенными тепловыми движениями. Теперь мы дадим общее определение тепловых явлений. Таким образом, тепловые явления — это все физические процессы, происходящие в материальных телах под воздействием температуры.
Роль в природе
Роль тепловых явлений в природе невозможно переоценить, ведь возникновение жизни на Земле неразрывно связано с самым главным источником тепла — солнцем. И каждое изменение температуры оказывает огромное влияние на экологию нашей планеты и, соответственно, на все развитие жизни на Земле.
- Изменение температуры.
- Изменение агрегатных состояний вещества.
Ярким примером второй характеристики является испарение жидкостей, которые при нагревании переходят в газообразное состояние. Или наоборот: когда вода при охлаждении замерзает и превращается в твердый лед, общее состояние материи также изменяется под влиянием тепловых явлений.
Следующие процессы обычно называются в физике тепловыми явлениями:
- Повышение температуры (нагревание).
- Понижение температуры (охлаждение).
- Парообразование, когда из-за нагревания жидкость превращается в пар.
- Кипение, по сути, тоже парообразование, но происходящее с большой интенсивностью.
- Испарение, представляет собой фазовый переход жидкости в газообразное состояние. Об этом явлении на нашем сайте есть отдельная подробная статья. От кипения отличается тем, что происходит постоянно даже при невысоких температурах. К примеру, вода в стакане воды при комнатной температуре также испаряется, но медленно и незаметно, но если мы станем эту воду из стакана нагревать на газу, то испарение увеличится, начнется парообразование, а затем и кипение.
- Плавление – фазовый переход твердого вещества в жидкое под действием температуры. В промышленности, к примеру, плавят некоторые металлы, чтобы можно было легко придать им ту или иную форму.
- Сгорание – в физическом смысле представляет процесс перехода твердых веществ в газообразное состояние.
- Кристаллизация – обратное явление, когда под действием охлаждения жидкие вещества становятся твердыми, то есть замерзают. Яркий пример – образование льда зимой.
Различные тепловые явления не только изучаются на уроках физики, но иногда активно используются на практике в различных жизненных ситуациях. При прокладке железнодорожных линий, например, создается специальный зазор, так называемый рельсовый стык. Его назначение — обеспечить перемещение конца рельса при тепловом расширении/сжатии рельса.
Формулы тепловых процессов
Все процессы изменения температуры, а также переход вещества из одного агрегатного состояния в другое могут быть описаны специальными формулами. Часто в таких формулах приводится такая величина, как теплоемкость, что она обозначает? Теплоемкость — это количество тепла, которое необходимо затратить, чтобы нагреть вещество на один градус. Важно отметить, что теплоемкость — это свойство самого вещества, а не тепла, поскольку различные вещества могут по-разному нагреваться, по-разному замораживаться и, если они являются жидкостями, иметь различные точки кипения.
Эта формула описывает связь между массой тела, его теплоемкостью и температурой и по сути является математическим описанием любого физического процесса нагревания или охлаждения. Q — обозначение количества тепла, C — теплоемкость тела, m — его масса, △t — разность температур.
Но для процессов, которые связаны с изменением общего состояния материи, формулы имеют свои собственные формулы:
Лямбда λ в этой формуле — это удельная теплота плавления. На нашем сайте есть отдельная подробная статья об удельной теплоте плавления, перейдите по ссылке, чтобы прочитать ее более подробно.
Эта формула описывает процесс испарения, где L здесь — удельная теплота парообразования.
Тепловые процессы
Движение молекул в момент нагревания никогда не прекращается, потому что каждое тело является носителем определенной внутренней энергии. Этот коэффициент напрямую зависит от температуры исследуемого вещества, общего положения тела и других физических аспектов, которые выполняют свои функции самостоятельно посредством механического движения.
Теплопередача — это преобразование активности в теле без участия определенной работы.
Процесс теплопередачи происходит каждое мгновение в направлении от тела с гораздо более высокой степенью нагрева к телу с более низкой температурой. Тепловые процессы — это вид тепловых явлений, при которых температура тел или веществ изменяется от начала до конца, включая преобразование их энергетических состояний. Тепловые процессы включают:
- Повышение температуры до нагревания.
- Понижение температуры до охлаждения.
- Преобразование жидкости в пар.
- Нагревание жидкости до кипения.
- Переход вещества в кристаллическое состояние.
- Переход вещества на поверхности из жидкого состояния в пар – испарение.
- Превращение первичных веществ путём увеличения температур в продукты сгорания.
- Переход веществ из газообразного состояния в жидкое – конденсация.
- Сохранение продуктов за счёт возгонки жидкости – сублимация.
- Десублимация – превращение газообразного вещества в твёрдое состояние, исключая жидкое состояние.
До появления системы, которую мы знаем сегодня, тепловые явления интерпретировались в физике таким понятием, как «термодинамика». Древние ученые были уверены, что каждое вещество на нашей земле является носителем несомненной субстанции, схожей по составу с веществом в жидкости, которая играет роль тепла, как мы его знаем. Однако необычное представление о теплоте было отброшено, как только было введено понятие явления «тепловой процесс».
Количество теплоты
Комплексный коэффициент теплопроводности обычно рассматривается как способность структуры (например, стекла) пропускать поток тепла или солнечного света.
Это значение представляет собой гибридное тепловое значение, составленное из всех материалов конструкции, с учетом важных воздушных пространств. Без понимания природы выработки тепла и алгоритма его передачи по всем правилам невозможно рассчитать тепловой режим зданий и спроектировать отопление в них на должном уровне. Исследователи основывают свою работу на измерении тепловых процессов двух основных типов:
- Качественное измерение.
- Количественное измерение.
Из этого следует, что «термический коэффициент» характеризуется количеством теплопритоков и элементов, которые могут вызвать охлаждение или нагревание воды при данном атмосферном давлении. Из-за своей простоты и доступности вода часто используется в качестве источника тепла. Важность этих условий заключается в том, что производство тепла требует денежных ресурсов. Цена напрямую связана с потреблением тепла и насыщенностью теплового потока, уходящего из зданий в природу.
Диапазон теплового потока соответствует разнице температур между зданием и источником тепла. Было установлено, что в дождливый день тепло из здания уходит гораздо быстрее, чем в относительно светлый день. Поэтому при строительстве нового здания необходимо учитывать все имеющиеся возможности, средства и условия, чтобы обеспечить равномерное и соответствующее стандартам поддержание температуры.
Не можете найти то, что ищете?
Просто свяжитесь с нами, и мы вам поможем.
Практическое применение
Давайте подробнее рассмотрим практическое применение приведенных выше определений. В частности: Теплопроводность обеспечивает обмен (тепловой) энергией между физическими телами за счет энергии, содержащейся в самом рассматриваемом материале. Высокие свойства по этому критерию присущи металлам, поскольку они позволяют подводить необходимое тепло к изготавливаемым изделиям. Однако источники с низкой тепловой эффективностью также используются в профессиональных целях. Например, в качестве изоляционных материалов они помогают предотвратить потерю тепла. Использование этих материалов создает вполне благоприятные условия для комфортного проживания в жилых домах. Однако передача тепла не ограничивается вышеупомянутыми методами. Также можно воспроизводить тепловые процессы, минуя прямой контакт с телом.
Теплый воздух регулярно поступает в помещения от теплообменника или системы отопления. Калорифер обязательно создает поток теплого воздуха, которым по мере необходимости обогреваются помещения.
Описанный способ теплообмена называется «конвекцией». Теплопередача происходит за счет движения жидкостей или газов.
Все тепловые явления, происходящие на Земле, напрямую связаны с излучением от самого главного источника тепла — солнца.
По этой причине другой способ передачи тепла можно назвать тепловым линейным излучением, которое производится за счет сильнейшего электромагнитного излучения горячей материи. Таким образом, Солнце напрямую нагревает планету Земля. Следует подчеркнуть, что эти тепловые явления, несомненно, выполняют важную функцию в жизни животных и растений и в жизни каждого человека. Даже разницы в температуре в 20-30° C при смене сезонов достаточно, чтобы все вокруг изменилось.
Возможность возникновения подходящей жизни на Земле зависит от температурного режима в окружающей среде. С тех пор как человек научился добывать и поддерживать огонь, он стал в определенной степени независим от природных воздействий. В те далекие времена эта способность была признана самым всемирно-историческим открытием, сделанным в начале эволюции человечества в современное общество.
Историю развития нашего понимания глубинного смысла тепловых явлений можно рассматривать как хороший пример многоуровневого, сложного и противоречивого пути познания научной истины. Первые разработки в этой области науки относятся к началу семнадцатого века. Именно тогда мир узнал о термометре. Впоследствии люди имели возможность проводить качественные исследования и количественные исследования тепловых процессов, а также свойств макросистем.
Почему между трамвайными рельсами не оставляют зазоры?
Трамвайные пути проложены без зазоров. Почему? Сравните фотографии.
Трамвайные рельсы почти полностью погружены в землю: на поверхности остается только верхняя часть рельсов. Поэтому можно с уверенностью сказать, что земля «защищает» рельсы от перегрева даже в самые жаркие дни. А поскольку трамвайные рельсы не перегреваются, их длина практически не меняется, в отличие от железнодорожных рельсов. Поэтому между трамвайными рельсами нет зазоров.
Почему летом провода линий электропередачи немного провисают?
Действительно, в теплое время года провода линий электропередач несколько ослабевают. Это не вина монтажников, а преднамеренное действие. Объяснение этому явлению довольно простое. Вы уже знаете, что радиаторы расширяются при нагревании и сужаются при остывании. Если проволока слишком сильно натягивается при охлаждении (это может произойти не только зимой, но и в прохладные ночи межсезонья и даже летом), она сжимается и может сломаться.
Почему на трубопроводах делают изгибы?
Вы, вероятно, видели много наземных трубопроводов, которые имеют специальные U-образные изгибы через определенные промежутки.
Такие изгибы не происходят случайно. Резкие изменения температуры могут привести к растяжению и расширению проводников. В прямом сечении такие изменения могут привести к серьезным деформациям. По этой причине для компенсации этого напряжения делаются изгибы.
Радиация
Излучение — это передача тепла в пространстве с помощью электромагнитных волн; большинство объектов, блокирующих видимый свет, также блокируют распространение тепловой энергии в виде излучения. Как мы знаем, Земля получает тепло от Солнца посредством излучения. Мы также участвуем в лучистой теплопередаче, когда стоим перед камином или горячей плитой. Лучистое тепло в основном исходит от невидимого длинноволнового излучения. Мы чувствуем тепло, исходящее от горячей плиты, даже если она недостаточно горячая. Тепло постоянно излучается от более горячих объектов к более холодным, в зависимости от разницы температур и расстояния между объектами. Тот же эффект, хотя менее очевидный и более сложный для восприятия, возникает, когда мы сидим у окна зимней ночью и чувствуем холод: наше тело как источник тепла излучает его в холодную ночную атмосферу и при этом охлаждается. Из трех основных видов теплопередачи излучение является наиболее сложным для определения в зданиях.
Мы узнаем о теплопроводности с раннего возраста интуитивным, но прямым способом. Когда сковорода остается на огне в течение длительного времени, ее ручка становится горячей. Это происходит потому, что тепло передается через металл от конфорки к ручке. Тепло передается на ручку, поскольку она намного холоднее горелки. Тепловой поток к ручке чугунной сковороды намного меньше, чем медной, потому что чугун имеет более низкий коэффициент теплопроводности (более высокое сопротивление тепловому потоку) и более высокую удельную теплоемкость, чем медь. Это означает, что для нагрева меди требуется меньше тепла и меньше времени. Принципы, изложенные выше, составляют основу для расчета теплопередачи путем теплопроводности.
Термическое сопротивление
Из факторов, влияющих на степень передачи тепла теплопроводностью, термическое сопротивление строительных материалов является наиболее важным для оценки сезонных теплопотерь. Все материалы имеют определенное предельное сопротивление тепловому потоку; материалы с особенно высоким значением называются изоляционными материалами.
Аналогом сопротивления теплопередаче является коэффициент теплопередачи, который показывает, сколько тепла передается через здание наружному воздуху зимой и удаляется летом. Коэффициент теплопроводности K — это мера способности данного материала передавать тепло; он выражается в Дж, то есть в количестве тепла, передаваемого в час через материал шириной в один метр и толщиной в один метр при разнице температур в 1 °C между двумя поверхностями материала; K измеряется в Дж/(час*м*°C) или Вт/(м*°C). Коэффициент C аналогичен коэффициенту K, но выражает мощность теплового потока в Дж/ч (или Вт) через материал на единицу толщины. Деление K на толщину материала в метрах дает значение C для данного материала; чем меньше значение K или C, тем лучше изоляционные свойства.
Общий коэффициент теплопроводности
Общий коэффициент теплопередачи U — это мера способности конструкции (например, стены) передавать тепловой поток. Это комбинированная тепловая величина, которая учитывает свойства всех материалов в конструкции здания, принимая во внимание воздушные зазоры и мембраны. Чем ниже значение U-value, тем лучше изоляционные свойства конструкции. Значение U выражается в Вт/(м*°C). Чтобы определить общие теплопотери, значение U-value умножается на количество часов, общую площадь поверхности и разницу температур между внутренней и внешней поверхностями. Например, чтобы определить потери тепла через стену шириной 5 м с U-значением 0,67 за 8 часов при температуре 18,5°C внутри и-5°C снаружи, умножьте .
U-значение любой части здания (стены, крыши, окон и т.д.) можно рассчитать, если вы знаете значения теплопроводности различных частей этой конструкции. В этом расчете также учитывается термическое сопротивление. Термическое сопротивление любого компонента здания является обратной величиной коэффициента теплопередачи: R = 1/C или R = (1/K) (толщина). Чем выше показатель R-value материала, тем выше его изоляционная способность. Значение Rtэто сумма сопротивлений отдельных элементов. Следовательно, U = 1/(R+R+. +Rx) или U = 1/RtПоэтому при расчете суммируются все значения R строительной конструкции, с учетом значений между этими элементами и внутренним неподвижным профилем, а также любых воздушных зазоров в строительных материалах свыше 20 мм и внешнем профиле. Значения этих сопротивлений приведены в приложении Изоляционные свойства материалов.
После определения U-значений всех компонентов здания (окон, стен, крыши и потолков) можно приступать к расчету общих теплопотерь. Один из подходов к решению этой проблемы заключается в определении общих теплопотерь здания при наружных температурах, близких к минимальным; эти экстремальные температуры называются расчетными. Список рекомендуемых расчетных температур можно найти в приложении Расчетные температуры.
Тема: Доклад: «Тепловые явления в природе и жизни человека» Выполнила ученица 8 «А» класса Карибова А.В. Армавир, 2010 год Вокруг нас происходят явления, которые внешне очень косвенно связаны с механическим движением. Это явления, связанные с изменением температуры тела или его переходом из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое или газообразное). Эти явления называются тепловыми явлениями. Тепловые явления играют важную роль в жизни людей, животных и растений. Колебания температуры на 20-30 °C в течение сезонов меняют все вокруг нас. Возможность существования жизни на Земле зависит от температуры окружающей среды. Человек обрел относительную независимость от окружающей среды с тех пор, как научился добывать и поддерживать огонь. Это было одно из великих открытий, сделанных на заре человечества.
История развития представлений о природе тепловых явлений является примером сложного и противоречивого пути к пониманию научной истины.
Многие древние философы считали огонь и связанное с ним тепло одним из элементов, из которых, наряду с землей, водой и воздухом, состоят все тела. В то же время были предприняты попытки связать тепло с движением, поскольку было замечено, что тела нагреваются при столкновении или трении друг о друга.
