Теплопередача в металлическом стержне

Обновлено: 05.05.2024

Заданы коэффициенты теплообмена на поверхности стержня. Коэффициент теплопроводности l имеет достаточно большое значение. f – площадь поперечного сечения, u – периметр сечения. При этих условиях считаем, что температура изменяется только вдоль длины стержня, и пренебрегаем ее изменением в поперечном направлении. Стержень находится в среде, температура которой постоянна и равна t_ж, и от которой будем вести отсчет температуры. Тогда избыточная температура будет:

Выделим на стержне на расстоянии x элемент длиной dx. Тогда можно записать уравнение теплового баланса:

где Q_x – количество тепла на входе в элемент в единицу времени;

Q_x₊_dx – количество тепла на выходе в элемент в единицу времени;

dQ – количество тепла, отдаваемое поверхностью стержня в единицу времени.

По закону Фурье:

Вычитая из первого уравнения второе, получим:

С другой стороны, количество тепла, отданное ребром охлаждающей жидкости по закону Ньютона-Рихмана за счет теплоотдачи:

где u – периметр стержня, м;

a – коэффициент теплоотдачи от поверхности стержня, Вт/(м 2 ·K).

Сравнивая полученные выражения, получим:

При и величина . Тогда:

где C₁ и C₂ – постоянные интегрирования, определяемые из задаваемых граничных условий, зависящих от длины, формы стержня и других факторов.

3.6.2. Теплопроводность стержней

3.6.2.1. Стержень бесконечной длины

Рис. 21. Теплопроводность в стержне бесконечной длины

В начальном сечении стержня температура поддерживается постоянной, т. е. при . Если , то все тепло будет отдано стержнем в окружающую среду, и при . Наложив такие граничные условия, получим:

Последнее равенство возможно при . Тогда , и в конечном виде:

Безразмерная температура выражена в долях от начальной температуры стержня q₁ в зависимости от длины стержня.

Рис. 22. Изменение безразмерной температуры q₀ по длине стержня при различных значениях параметра m

Из графика видно, что безразмерная температура убывает тем сильнее, чем больше параметр m. При .

Из уравнения характеризует теплоотдачу с поверхности стержня, а – теплопроводность вдоль стержня. Выбор материала стержня с большим l приводит к уменьшению m и менее резкому падению температуры вдоль стержня. При m возрастает с ростом , что указывает на более эффективную работу ребер с профилями, имеющими большее отношение при том же поперечном сечении, когда речь идет об охлаждении изделий.

Количество тепла, передаваемое стержнем в окружающую среду, равно теплу, проходящему через его основание:

Дифференцируя выражение (*), получим:

Тогда при количество тепла, переданное в окружающую среду:

3.6.2.2. Стержень конечной длины

В отличие от п. 3.5.2.1, граничные условия будут другими:

при – балансовое уравнение, или ,

где a_т и q_т – коэффициент теплоотдачи с торца стержня и температура на конце стержня.

При имеет место равенство количества тепла, подведенного к торцу стержня за счет теплопроводности стержня, количеству тепла, теряемого стержнем через торец в окружающую среду через теплоотдачу.

Физика 8 Перышкин КР-1 В4

Контрольная работа № 1 по физике в 8 классе «Тепловые явления» с ответами Вариант 4 для УМК Перышкин. Работы представлены в формате удобном для копирования и распечатывания на принтере. Физика 8 Перышкин КР-1 В4.

Физика 8 класс (УМК Перышкин)
Контрольная работа № 1. Вариант 4
Тепловые явления

Физика 8 Перышкин КР-1 В4 (транскрипт заданий):

№ 1. В металлическом стержне теплопередача осуществляется преимущественно путём
1) излучения; 2) конвекции; 3) теплопроводности; 4) излучения и конвекции

№ 2. Для нагревания 100 г алюминия от 120 до 140 °С потребовалось 1800 Дж теплоты. Определите по этим данным удельную теплоёмкость алюминия.
1) 0,9 Дж/(кг • °С); 2) 9 Дж/(кг • °С); 3) 360 Дж/(кг • °С); 4) 900 Дж/(кг • °С)

№ 3. Масса серебра 10 г. Какое количество теплоты выделится при его кристаллизации, если серебро находится при температуре плавления? Удельная теплота плавления серебра 88 кДж/кг.
1) 880 000 Дж; 2) 8,8 кДж; 3) 880 Дж; 4) 88 кДж.

№ 4. На рисунке представлен график зависимости температуры эфира от времени при его нагревании и охлаждении. В начальный момент эфир находился в жидком состоянии. Какая точка графика соответствует началу процесса кипения эфира?
1) 1; 2) 2; 3) 5; 4) 6

№ 5. С помощью психрометрической таблицы определите показания влажного термометра, если температура в помещении 16 °С, а относительная влажность воздуха 62%.
1) 20 °С; 2) 22 °С; 3) 12 °С; 4) 16 °С.

№ 6. Рабочее тело тепловой машины получило 70 кДж теплоты. При этом холодильнику передано 52,5 кДж теплоты. КПД такой машины
1) 1,7%; 2) 17,5%; 3) 25%; 4) >100%

№ 7. Установите соответствие между физическими величинами и формулами, по которым эти величины определяются. К каждой позиции первого столбца подберите соответствующую позицию второго и запишите в таблицу выбранные цифры под соответствующими буквами.
ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА: A) Количество теплоты, необходимое для плавления вещества; Б) Удельная теплота парообразования; B) Количество теплоты, выделяемое при сгорании топлива

№ 8. Твёрдый нафталин находится в теплоизолированном сосуде при температуре 80 °С. В сосуд наливают расплавленный нафталин массой 600 г, начальная температура которого равна 100 °С. С некоторого момента времени кусочки нафталина в сосуде перестают плавиться, а масса жидкого нафталина достигает 700 г. По результатам этого эксперимента определите удельную теплоёмкость жидкого нафталина. Удельная теплота плавления нафталина 150 кДж/кг. Температура плавления нафталина 80 °С.

ОТВЕТЫ на контрольную работу:

№ 1). 3.
№ 2). 4.
№ 3). 3.
№ 4). 2.
№ 5). 3.
№ 6). 3.
№ 7). 215.
№ 8). 1250 Дж/(кг • °С).

Вы смотрели: Контрольная работа № 1 по физике в 8 классе с ответами Вариант 4 для УМК Перышкин. Цитаты из пособия для учащихся «Контрольные и самостоятельные работы по физике к учебнику А.В. Перышкина Физика 8 класс ФГОС» (авт. О.И. Громцева, изд-во «Экзамен») использованы в учебных целях. Работы представлены в формате удобном для копирования и распечатывания на принтере. В конце статьи даны ОТВЕТЫ.

В металлическом стержне теплопередача осуществляется преимущественно путем?

В металлическом стержне теплопередача осуществляется преимущественно путем.

1)Излучением ; 2)Конвекции ; 3)Теплопроводности ; 4)Излучения и конвекции.

Правильный ответ : 3) путём теплопроводности, т.

К. в твёрдом теле невозможен ни один из других представленных способов изменения внутренней энергии.

Каким способом происходит теплопередача в утюге 1 тепловым излучением 2 теплопроводностью 3 конвекцией 4 тепловым узлучением, теплопроводностью, конвекцией 5 тепловым излучением и конвекцией?

Каким способом происходит теплопередача в утюге 1 тепловым излучением 2 теплопроводностью 3 конвекцией 4 тепловым узлучением, теплопроводностью, конвекцией 5 тепловым излучением и конвекцией.

Особенности теплопроводности, конвекции и излучения?

Виды теплопередачи : теплопроводность, конвекция, излучение?

Виды теплопередачи : теплопроводность, конвекция, излучение.

Вы согреваетесь, сидя у костра?

Вы согреваетесь, сидя у костра.

Какой вид теплопередачи преимущественно помогает в этом?

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

Металлический стержень нагревают, поместив один конец в пламя?

Металлический стержень нагревают, поместив один конец в пламя.

Через некоторое время на другом конце чувствуется повышение температуры стержня.

Это можно объяснить передачей энергии от одного конца стержня другому

а) в основном путем теплопроводности

б)путем конвекции и теплопроводности в равной мере

с)путем теплопроводности, конвекции и излучения в равной мере

д)восновном путем излучения.

Какой преимущественно вид теплопередачи осуществляется , когда мы греемся у костра?

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

Какой премущественно вид теплопередачи осуществляется при согревании у костра?

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

Среда в которой возможна теплопроводность / концекция / излучение?

Происходит или нет перенос вещества у теплопередач : теплопроводность, конвекция, излучение?

1. В газах теплопередача осуществляется преимущественно путём 1) конвекции 2) теплопроводности 3) излучения?

1. В газах теплопередача осуществляется преимущественно путём 1) конвекции 2) теплопроводности 3) излучения.

Если я не ошибаюсь, то ответ под номером 3.

2. В жидкостях теплопередача осуществляется преимущественно путём конвекции?

Какие виды теплопередачи не сопровождаются переносом вещества?

1) теплопроводность и конвекция

2) излучение и конвекция

3) теплопроводность и излучение

4) всеми тремя способами одинаково.

На этой странице сайта вы найдете ответы на вопрос В металлическом стержне теплопередача осуществляется преимущественно путем?, относящийся к категории Физика. Сложность вопроса соответствует базовым знаниям учеников 5 - 9 классов. Для получения дополнительной информации найдите другие вопросы, относящимися к данной тематике, с помощью поисковой системы. Или сформулируйте новый вопрос: нажмите кнопку вверху страницы, и задайте нужный запрос с помощью ключевых слов, отвечающих вашим критериям. Общайтесь с посетителями страницы, обсуждайте тему. Возможно, их ответы помогут найти нужную информацию.

Теплопередача. Теплопроводность металлов

На этом занятии мы узнаем, что такое теплопроводность. Выясним, чем она обусловлена. А также разберёмся в механизмах переноса теплоты в твёрдых телах, жидкостях и газах.

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобретя в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока "Теплопередача. Теплопроводность металлов"

Всем известно, что теплота может «путешествовать» с одного места на другое. Однако нам пока что неизвестно, каким же образом это происходит? Одинаково ли протекают теплообменные процессы в твёрдых телах, жидкостях и газах? И какова природа передачи теплоты? Чтобы ответить на эти вопросы, проведём эксперимент.

Возьмём железный гвоздь и стеклянную палочку и будем нагревать их концы в пламени спиртовки.

Через некоторое время мы почувствуем тепло. К пальцам, которые держат железный гвоздь, оно дойдёт гораздо быстрее, и вскоре мы не сможем удержать гвоздь, поскольку его температура значительно повысится. Стеклянную же палочку мы ещё долго сможем держать, хотя со временем и её температура повысится до такой степени, что будет печь пальцы.

В рассмотренном нами эксперименте происходит перенос теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым. Вы сами можете привести множество примеров такого переноса теплоты.

Такая передача энергии происходит в результате столкновения частиц. Она передаётся как бы по цепочке, последовательно слой за слоем, и со временем температура всех частей тела выравнивается.

Проведём ещё один опыт. К металлическому стержню, закрепленному в штативе, с помощью воска или пластилина прикрепим несколько кнопок. Свободный конец стержня будем нагревать на пламени спиртовки.

Через некоторое время мы увидим, что кнопки начнут отпадать от стержня: сначала отпадёт та кнопка, которая находится ближе к пламени, а затем поочерёдно все остальные.

Поскольку кнопки отпадали не одновременно, то можно сделать вывод о том, что температура стержня повышалась постепенно.

Почему это происходит? Попробуем разобраться, используя знания, полученные нами на предыдущих уроках.

Мы знаем, что в твёрдом теле (например, в металле) частицы взаимодействуют между собой, потенциальная энергия их велика, и они могут совершать колебательные движения около определенных положений. Модель структуры твердого тела (металла) можно представить в виде кристаллической решётки.

Модель кристаллической решётки

Частицы металла ближнего к пламени конца стержня получают от него энергию. А это значит, что увеличивается средняя кинетическая энергия колебательного движения его частиц. Так как частицы взаимодействуют друг с другом, то они передают часть своей энергии соседним частицам, заставляя их колебаться быстрее. Те, в свою очередь, передают энергию своим соседям, и так далее по всему стержню.

Это можно уподобить передаче энергии колебательного движения от одного человека к другому в цепочке стоящих рядом, взявшихся за руки людей. Если один человек будет смещаться, то в одну, то в другую сторону, то он вызовет смещение по очереди и всех остальных.

Обращаем внимание на то, что перемещение вещества от одного тела к другому или от одной части тела к другой, не происходит, но при этом передаётся энергия.

Процесс переноса теплоты от более нагретых тел или частей тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц без переноса вещества называется теплопроводностью.

Так как взаимодействие молекул и тепловое движение у разных веществ неодинаковы, то и теплопроводность веществ разная.

Чтобы в этом убедиться, проделаем следующий опыт. Возьмём сосуд с горячей водой и стержни одинакового размера из различных материалов, например, из серебра, латуни, стали, стекла и дерева. Верхние концы стержней погрузим в сосуд так, чтобы они прогревались водой. А к свободным нижним концам этих стержней прикрепим воском или пластилином кнопки.

Через некоторое время мы заметим, что первым отпадает кнопка от серебряного стержня. Значит серебро — это очень хороший проводник тепла. Затем отпадает гвоздик от стержня из латуни, а потом и от стального.

Ждать же, пока прогреются стеклянный и деревянный стержни, приходится очень долго. Значит, дерево и стекло имеют очень малую теплопроводность.

Так теплопроводность дерева примерно в три тысячи раз меньше теплопроводности серебра. Убедиться в этом можно на опыте. Деревянную или стеклянную палочку можно безопасно держать рукой, в то время как другой ее конец, находящийся в пламени спиртовки, уже горит или плавится.

Становится понятным, почему деревянные дома лучше сохраняют тепло, чем кирпичные, почему ручки паяльников, кастрюль и сковородок делают из пластмассы или дерева.

Материалы, которые очень плохо проводят тепло, называют теплоизоляторами.

Теперь зададимся вопросом, а могут ли проводить теплоту газы? Что бы на него ответить, проделаем такой опыт: поместим в открытый конец пробирки термометр и будем нагревать пробирку в пламени спиртовки донышком вверх. Можно заметить, что нагревание воздуха идёт, но очень медленно, что подтверждается незначительным повышением показания термометра.

Приведём ещё несколько примеров. И так, все вы знаете, что фен выдувает горячий воздух за счёт электрической энергии, которую он потребляет из сети.

Однако, если встать чуть-чуть в стороне от потока воздуха, то тепло едва ли можно будет ощутить.

Кроме того, мы знаем, что двойные окна значительно лучше сохраняют тепло, чем одинарные. Это происходит за счёт небольшого слоя воздуха между ними.

Двойные стёкла в оконной раме

Так чем объясняется столь плохая теплопроводность газов? Вспомните, что силы взаимодействия между молекулами газов при нормальном давлении практически равны нулю. Значит, энергия переносится только за счёт хаотического движения молекул и столкновений их друг с другом. Поэтому, например, сильно разреженные газы практически не проводят теплоту. Это их свойство применяют, в частности, в термосах, чтобы продолжительное время сохранять в них жидкости при постоянной температуре.

Такими образом, теплопроводность газов очень малая, особенно по сравнению с теплопроводностью твёрдых тел. Так, например, теплопроводность обычного воздуха, которым мы с вами дышим, почти в 10 000 раз меньше, чем теплопроводность меди.

А теперь давайте выясним, какова же теплопроводность жидкостей? Так как взаимодействие молекул у жидкостей значительное, то перенос энергии молекулами у них лучше, чем у газов, но хуже, чем у твёрдых тел. Чтобы в этом убедиться, проведём такой опыт. Возьмём пробирку с водой, на дно которой поместим кусочек льда. Чтобы лёд не всплывал, прикрепим к нему какой-либо металлический предмет. Будем нагревать верхнюю часть пробирки в спиртовке.

Через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, но лёд на дне при этом не растает. Это говорит о том, что теплопроводность воды малая, хотя и больше чем у воздуха. Следует помнить, что металлы, находящиеся в жидком состоянии (это, например, медь, олово и так далее) обладают хорошей теплопроводностью.

Таким образом, теплопроводность жидкости действительно занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.

И так, из всех рассмотренных нами примеров мы можем сделать вывод о том, что теплопроводность — это свойство тел, и у каждого тела она разная. Например, шерсть, перья и волосы имеют плохую теплопроводность. Это объясняется тем, что между их волокнами содержатся частички воздуха.

Мы постоянно сталкиваемся с явлением теплопроводности в повседневной жизни. Например, посуду, в которой готовят пищу, делают из материалов, обладающих хорошей теплопроводностью, чтобы передавать энергию от источника к пище. А вот посуду из которой едят, наоборот, делают из материалов с плохой теплопроводностью.

Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (то есть пространство, свободное от вещества). И это неудивительно, ведь явление теплопроводности возникает при взаимодействии молекул или других частиц, которых в вакууме попросту нет в вакууме. Этим и объясняется тот факт, что в открытом космосе самая низкая температура в природе.

Конечно же у вас может возникнуть вопрос: как же тогда нам передаётся тепло от Солнца? Это происходит посредством ещё одного вида теплопередачи — излучения. Но нём мы поговорим с вами в следующий раз.

Читайте также: