Техническая термодинамика Понятие теплоемкости Изотермический процесс Двигатели внутреннего сгорания Теплопроводность Роль теплоты и её использование Источники энергии и топливные ресурсы Тепловые, гидравлические, атомные электростанции


Лекции по термодинамике

Конвекция.

Явление возникновения струй или потоков в нагреваемых или охлаждаемых жидкостях и газах называется конвекцией. Кроме того, с точки зрения термодинамики конвекция – это способ теплопередачи, при котором внутренняя энергия переносится потоками неравномерно нагретых веществ. Конвекцией называют перенос тепла в пространстве при перемещении и перемешивании макрообъемов вещества Прямолинейное  движение материальной точки: В этом случае радиус кривизны траектории равен бесконечности и нормальное ускорение равно нулю.

 На рисунке вы видите тень руки с зажженной спичкой. Волнистые тени над пламенем - это струйки поднимающегося теплого воздуха. Такие тени легко получаются на стене темной комнаты при освещении спички фонариком.

Горящая спичка вызывает появление конвективных потоков теплого воздуха. Они поднимаются вверх и становятся видимыми при освещении 'на просвет'. Конвекция возникает благодаря существованию архимедовой силы.

Конвекция характерна для жидкостей и газов, где перемещение макрообъемов легко осуществляется с помощью специальных устройств (мешалки, насосы, вентиляторы и т.п.). Когда движение макрообъемов происходит под действием внешних сил, конвекцию называют вынужденной. Если же такое движение возникает только под влиянием гравитации, то конвекцию называют естественной или свободной. Естественная конвекция возникает тогда, когда нагретые слои жидкости или газа оказываются расположенными ниже более холодных слоев. Тогда из-за разницы плотностей нагретых и холодных объемов возникают подъемные силы, вызывающие перемещение макрообъемов.

Естественная конвекция

Проделайте сами такой опыт (руки должны быть теплыми).

Такой процесс часто называется естественной конвекцией. Для ее возникновения требуется подогрев жидкости снизу (или охлаждение сверху), причем нагрев в разных участках должен быть неравномерным.

Кроме естественной конвекции, возможна и принудительная конвекция. Чтобы не расходовать тепло отопительной системы впустую, нужно пользоваться современными обогревателями, обеспечивающими принудительную циркуляцию воздуха. Осуществляется ….

Планер

Явление конвекции весьма распространено в природе. Типичными примерами конвекции в атмосфере являются ветры, в частности бризы и муссоны, с которыми вы знакомились при изучении географии.

С явлением конвекции связаны процессы  глобальной циркуляции атмосферных масс воздуха, парение птиц и планеров, столбы дыма из труб и кратеров вулканов, охлаждение продуктов в холодильнике, работа отопительной системы дома и многие другие.

Теплоообмен конвекцией часто встречается в быту. Например, отопительные батареи-радиаторы располагаются вблизи пола под подоконником. Поэтому нагреваемый ими воздух, поднимаясь вверх, смешивается с холодным воздухом, опускающимся от окна. В результате в комнате устанавливается почти равномерная температура. Этого не происходило бы, если бы батареи располагались у потолка. Конвективные потоки возникают и внутри кастрюль с жидкостями, которые нагреваются на кухонной плите.


Руководство к лабораторным работам по термодинамике