14. Конвекція - Бар'яхтар

• Назад до змісту

Контрольні запитання

1. Опишіть дослід на доведення того, що в процесі нагрівання теплі потоки рідини піднімаються, а холодні — опускаються.

Для цього досліду потрібно взяти скляну колбу з водою і покласти на дно кілька кристаликів фарби, наприклад, акварельної. Потім треба почати нагрівати колбу знизу. Через деякий час можна буде побачити, як забарвлені теплі струмені води піднімаються вгору, а досягнувши верхніх, холодніших шарів, опускаються вздовж стінок колби.

2. Що таке конвекція?

Конвекція — це вид теплопередачі, під час якого енергія переноситься потоками рідини або газу.

3. Чим відрізняється конвекція від теплопровідності?

При конвекції тепло переноситься самими потоками речовини (рідини чи газу), а при теплопровідності переміщення речовини не відбувається, передається лише енергія від частинки до частинки.

4. Назвіть причини виникнення природної і примусової конвекції.

Природна конвекція виникає через різницю в густині: нагріті шари рідини або газу стають менш густими і під дією архімедової сили піднімаються вгору, а холодні та більш густі опускаються вниз. Примусова конвекція виникає, коли рідину або газ перемішують штучно, наприклад, ложкою, насосом або вентилятором.

5. Чи можлива конвекція в речовинах, які перебувають у твердому стані?

Ні, у твердих тілах конвекція неможлива, тому що в них не можуть виникати потоки речовини.

6. Наведіть приклади проявів конвекції в природі та в житті людини.

Прикладами конвекції є утворення вітрів і морських течій, тяга в димарях, обігрів кімнати батареями опалення та робота кондиціонера. Також це явище використовують планеристи та дельтапланеристи для польотів, використовуючи висхідні потоки теплого повітря.

Вправа № 14

1. Чому язики полум’я підіймаються?

Язики полум’я підіймаються вгору, оскільки їхня температура значно вища за температуру навколишнього повітря. Гаряче повітря у полум’ї має меншу густину, тому воно стає легшим за холодне повітря навколо.

2. Чому, коли ви перебуваєте в прохолодному приміщенні, у вас більше за все мерзнуть ноги?

Ноги мерзнуть сильніше, тому що в приміщенні повітря біля підлоги завжди холодніше, ніж нагорі. Це відбувається через конвекцію: холодне повітря є більш щільним і важким, тому воно опускається вниз і збирається біля підлоги. Тепле ж, менш щільне повітря, навпаки, піднімається до стелі.

3. Чому влітку вода в річці на глибині холодніша, ніж на поверхні?

Вода є поганим провідником тепла, і оскільки сонце нагріває її зверху, конвекція (перемішування) не виникає. Нагріта сонцем вода на поверхні має меншу густину і залишається зверху, в той час як холодніша і щільніша вода залишається на глибині. Тепло з поверхні дуже повільно передається вглиб.

4. Де краще розмістити балон із водою, щоб швидше охолодити воду в ньому за допомогою льоду: на льоду, під льодом чи поряд із ним?

Щоб швидше охолодити воду, балон краще розмістити під льодом. У цьому випадку верхні шари води в балоні будуть охолоджуватися, ставати більш щільними і опускатися вниз. На їхнє місце підніматимуться тепліші шари, створюючи конвекційні потоки, які прискорять охолодження всієї води.

5. Перед якими труднощами ви постанете, якщо будете намагатися закип’ятити воду в посудині, висота якої в три рази більша за висоту чашки на рисунку, використовуючи той самий нагрівач?

Нагрівач потрібно розміщувати знизу для створення конвекції, але у такій високій і вузькій посудині конвекція буде ускладнена. Оскільки природна конвекція (перемішування) не виникне, а вода є поганим провідником тепла, нижні шари води майже не нагріватимуться. Таким чином, закипить лише тонкий шар води зверху, а решта залишиться холодною.

6. Чому хмари не падають?

Хмари не падають на землю, оскільки їх утримують у повітрі конвекційні потоки. Хмари складаються з дуже дрібних крапель води або кристаликів льоду. Від нагрітої сонцем землі постійно піднімаються потужні потоки теплого, менш щільного повітря. Ці висхідні потоки підтримують легкі крапельки хмари і не дають їм впасти.

7. Дізнайтеся, як застосовують явище конвекції в техніці. Підготуйте коротку презентацію.

Явище конвекції широко використовують у техніці та побуті. Ось кілька прикладів:

• Системи опалення: батареї (радіатори) зазвичай встановлюють внизу. Вони нагрівають повітря, яке піднімається вгору, а на його місце опускається холодне, створюючи циркуляцію і обігріваючи все приміщення.
• Створення тяги: у печах та камінах гаряче повітря і дим піднімаються вгору по димоходу завдяки конвекції, що створює тягу і забезпечує надходження свіжого, збагаченого киснем повітря до вогню.
• Охолодження приміщень: кондиціонери встановлюють вгорі, біля стелі. Вони охолоджують повітря, яке стає щільнішим і опускається вниз, витісняючи тепле повітря вгору до кондиціонера.
• Охолодження двигунів та комп’ютерів: рідинні системи охолодження в автомобілях або вентилятори (кулери) в комп’ютерах використовують примусову конвекцію для відведення тепла від гарячих деталей.