Виды теплопередачи в быту, их учет и использование

Основные виды теплопередачи в быту — это перераспределение температур путем нагрева, излучения или конвекции. Разные материалы имеют отличные друг от друга свойства. Хорошими проводниками являются все металлические изделия.

Классификация

Существуют основные виды теплопередачи в быту: теплопроводность (между твердыми телами), конвекция (имеет отношение к газовым средам), излучение (передача тепла бесконтактным способом). Теплопередача обозначает действие преобразования энергии внутри предмета без осуществления внешнего воздействия на него. Перенос тепла происходит благодаря внутренним процессам.

Виды теплопередачи в быту:

• Перенос энергии от разогретой подошвы утюга к тканям.
• Нагрев металлической вставки рукоятки ножа после опускания его кончика в кипящую воду.
• Ручка металлического половника становится огненной, после опускания его в горячий суп.
• Нагрев плафона освещения от лампы накаливания, размещенной внутри люстры.

Перечисленные процессы описывают только некоторые виды теплопередачи в быту. Нагрев воздуха от батареи является примером конвекции, когда энергия пассивно передается от твердого тела газообразному веществу. Этот процесс описывают взаимодействием молекул между собой.

Материалы

Рассматривать примеры теплопередачи в природе и быту проще всего на металлических предметах. Они обладают самыми высокими показателями теплопроводности. К таким относят медные стержни (штативы, проволоку, трубы, пружины), сталь и сплавы.

Доказательством теплопередачи является стеклянный термометр. Стальная ножка контактирует с ртутью, нагревается человеческим телом. Жидкое вещество начинает расширяться, что мы видим по встроенной шкале.

Пластмассы тоже хорошо передают тепло. Этот процесс мы наблюдаем в процессе зарядки смартфона, планшета или ноутбука. Задняя крышка всегда более тёплая. Там и происходит перераспределение внутренней энергии.

Изученные виды теплопередачи в природе, быту используются повсеместно. В обычном чайнике тепло от металлического корпуса передается жидкости. А она в свою очередь нагревает ручку из пластмассового материала. Передача энергии в последнем случае осуществляется за счет пара.

Закономерности вокруг нас

Теплопередача в природе, технике, быту зависит от множества условий. Соприкасаемые друг с другом материалы передают энергию по-разному. Это мы можем увидеть на примере обычного окна. Между стеклянными поверхностями задуман промежуток из воздушной прослойки. Последняя слабо передает тепло.

Стеклянные поверхности быстро принимают и отдают энергию. Пористые материалы обладают практически нулевой теплопроводностью. Поэтому их используют для утепления фасадов зданий при строительстве.

Доказательством различной теплопроводности является одежда, сделанная из различных по свойствам тканей. Шерсть и другие ворсистые материалы плохо проводят тепло. А плащевка (синтетика) пропускает энергию моментально. Поэтому в изделиях из таких тканей холодно зимой.

Закономерности дома

По утрам наливая кружку горячего чая, какие мы можем увидеть виды теплопередачи? Их учёт и использование в быту будет выглядеть так:

• Кружка горячего чая помещается в подстаканник из слабо проводящего тепло материала. Часто этот вариант используется проводниками в поездах.
• Металлические кастрюли оборудуются крышками с ручками из пробкового дерева либо пластмассы. Последние материалы практически не нагреваются.
• Ручки ножей, ложек, половников также оформляются пластиковыми вставками.
• У газовых и электрических плит поверхность духового шкафа покрывается фольгированным материалом, способным отражать тепло. А между корпусом и нагревающимися элементами предусмотрены воздушные зазоры.

Для рационального потока воздуха в комнате форточки на окнах располагаются наверху. Тепло всегда поднимается, а холодный воздух с улицы помогает равномерно распределяться энергии в помещении. Когда мы открываем окно, мерзнут в первую очередь именно ноги. Эта неравномерность выравнивается за счет конвекции.

Отличия

Существуют свои особенности различных видов теплопередачи. У конвекции преимущественно перенос тепла происходит за счет смешивания газов. Молекулы передают энергию за счет соприкосновения. В конце процесса температура в замкнутом объеме выравнивается. После закрытия окна в комнате температура воздуха одинакова везде, если нет других источников тепла или холода.

Теплопередача зависит от вида материала. Так, сталь и медь после соприкосновения будут отличаться по температуре. Это объясняется различными свойствами передачи энергии. Нагретый металлический предмет не нагревает пробковый материал. Ложка в стакане чая раскаляется так, что невозможно ее взять в руки. Однако она может быть изготовлена из алюминиевого сплава, а он обладает низкой теплопроводностью.

Излучение наблюдают во всех вышеперечисленных примерах. За счет этого явления происходит незначительная потеря энергии. В бытовых приборах это явление наблюдается особенно сильно: в нагревателях, утюгах, паяльниках. Заметить лучи можно, поднося руку на расстоянии к поверхности нагрева. Ощущаться должно небольшое тепло — это происходит за счет инфракрасного излучения.

Излучение

Используются все виды теплопередачи в природе, быту, технике. Излучение инфракрасного спектра можно встретить в медицинских приборах. Оно положительно влияет на поверхность тела. Таким образом прогревают мышцы, суставы, внутренние органы.

В природе главным источником тепла являются солнечные лучи. Именно излучением согревается планета Земля. Все растения питаются этой энергией. Моря и океаны, воздух приходят в движение. Ветра образуются под влиянием инфракрасного спектра.

Излучение учитывают при производстве всех бытовых приборов, работающих от электрического тока. Телефонные мобильные аппараты греются постоянно. Именно поэтому не рекомендуется располагать смартфоны в области сердца.

Доказательства закономерностей опытами

Для проведения простого эксперимента потребуется медный провод небольшой длины. Оголяют два конца, один из которых берут в руку. Второй помещают над огнем или в кипящую воду.

Постепенно оба конца становятся горячими. Но в области изоляции провод можно спокойно удерживать. Это есть доказательство теплопроводности. Для опыта с конвекцией достаточно открыть окно. Предметы внизу будут более холодными, чем у потолка. После закрытия форточки температура тел сравняется.

Излучение можно ощутить от любого нагретого предмета. На расстоянии ощущается передача тепла. При таянии льда на расстоянии ощущается и холод. Невидимые лучи можно почувствовать рукой, если засунуть её в пространство морозилки холодильника.

Теплопроводность ощущается при работе стиральной машины. Достаточно потрогать крышку люка при нагреве воды. Воск на свече нужен для снижения теплоотдачи, чтобы она горела дольше.

Опыты с различными материалами

Доказательство теплопроводности можно получить путем нагрева стальной и серебряной ложек. Два металла имеют различные свойства передачи энергии. На конец ручки каждой ложки нужно нанести воск. Далее нагревают оба предмета от одинакового источника тепла с другой стороны.

У стальной ложки воск растает гораздо раньше, что говорит о лучшей теплопроводности. Вместо воска можно взять кусочек замороженного сливочного масла или маргарина для опыта в домашних условиях.

Второй опыт доказывает зависимость теплопроводности от цвета материала. Потребуется темный и светлый чайники. Оба сосуда нагревают до кипения в них воды и засекают время остывания каждого.

По законам физики темный чайник остывает дольше. Это доказывает, что светлые материалы нагреваются меньше. Поэтому в жаркое время носят белые панамки. Ведь солнечные лучи притягиваются черной тканью.

В мороз же мы носим теплые шарфы, чтобы не произошло обледенение лица. Так, в шерстяной варежке рука абсолютно не мерзнет в морозилке. Это говорит о низкой теплопроводности материала.