Конвекция

Слайд 1. Конвекция: почему тепло поднимается вверх?

Физика, 8 класс. Изучаем способы теплопередачи простыми словами

Слайд 2. Что такое конвекция?

Конвекция — это вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями или потоками самого вещества (жидкости или газа).

В отличие от теплопроводности, здесь происходит реальное перемешивание слоёв. Важно помнить: конвекция невозможна в твёрдых телах, так как их частицы прочно связаны друг с другом.

Слайд 3. Где встречается конвекция?

В жидкостях: нагревание воды в чайнике или кастрюле.

В газах: движение воздуха в комнате от батареи или обогревателя.

В природе: образование ветров, морских бризов и океанических течений.

В технике: охлаждение деталей внутри системного блока компьютера с помощью вентилятора.

Слайд 4. Механизм процесса

Почему это происходит? При нагревании вещество расширяется.

1. Объём увеличивается.

2. Плотность $\rho$ уменьшается.

3. По закону Архимеда более лёгкий (тёплый) слой вытесняется вверх более тяжёлым (холодным) слоем.

Слайд 5. Виды конвекции

Происходит сама собой из-за разницы температур. Например, нагрев воздуха в комнате или возникновение ветра на улице.

Вещество перемещается под воздействием внешних сил: насоса, вентилятора или при перемешивании жидкости ложкой.

Слайд 6. Конвекция в газах (в комнате)

Батареи всегда ставят внизу: холодный воздух у пола нагревается и уходит вверх.

Форточки открывают сверху: тёплый «отработанный» воздух покидает помещение.

Над горящей свечой или костром всегда есть поток горячего воздуха (тяга).

Птицы используют восходящие потоки воздуха, чтобы парить без взмахов крыльев.

Слайд 7. Важный нюанс: нагрев сверху

Если мы начнём греть жидкость или газ сверху, конвекция не возникнет!

Тёплые слои уже находятся наверху, им некуда подниматься. В этом случае тепло будет передаваться только за счёт медленной теплопроводности. Именно поэтому нагревательные элементы в чайниках и бойлерах всегда располагают на дне.

Слайд 8. Примеры в природе и технике

Дневной ветер дует с моря на сушу, ночной — с суши на море из-за разницы температур.

В печных трубах создаётся поток воздуха, который поддерживает горение топлива.

Глобальная конвекция в океанах переносит тепло от экватора к полюсам (например, Гольфстрим).

В состоянии невесомости естественная конвекция отсутствует — пламя свечи там круглое.

Слайд 9. Вопросы для обсуждения

Где в холодильнике должен находиться испаритель (морозильная камера) и почему?

Почему в вакууме (космосе) конвекция невозможна?

В каком доме будет теплее зимой: с высокими или низкими потолками? Обоснуйте с точки зрения конвекции.

Почему жители южных стран часто красят крыши домов в белый цвет?

Слайд 10. Подведём итоги

Конвекция — это перенос тепла потоками вещества (жидкости или газа).

Основная причина — расширение нагретого вещества и уменьшение его плотности.

Существует естественная (свободная) и вынужденная конвекция.

В твёрдых телах и вакууме конвекция не происходит.

Знание законов конвекции помогает правильно строить дома и системы отопления.