Здравствуйте, уважаемые обучающиеся. И так давайте продолжим эту лекция с того места на котором мы остановились на прошлой лекции. И мы с вами обсуждаем такой вид теплопередачи, как конвекция. На прошлой лекции мы провели две демонстрации, в которых убедились в том, что конвекция возможна и в жидкостях и в газах. При демонстрации конвекции в жидкостях мы нагревали колбу с красителем, который находился на дне и видели струи жидкости, которые поднимаются, потому что плотность жидкости при нагревании становится меньше и вторая демонстрация говорила нам о том, что над нагретым телом возникает поток направленного вверх газа воздуха, который заставлял крутиться змейку, ну а почему она крутилась для нас это большого значения не имеет в данной ситуации, поскольку нам важно понять одно раз змейка крутится, значит над нагретым телом появляется конвекционный поток воздуха. И явление конвекции имеет огромное значение в природе и это явление используем и мы. И давайте познакомимся с некоторыми проявлениями конвекции.
Первое проявление конвекции - это отопление помещений.
И так... в каждой квартире под окном находится батарея. Она когда холодно - теплая. От батареи воздух нагревается. Окно не случайно находится под батареей. Воздух, который нагревает батарея, заметно теплее, чем воздух, который находится возле окна. Давайте приведем схему...
То что мы увидели в видеоролике выше в природе существует в очень больших масштабах. Что такое ветер? Ветер это ни что иное как конвекционные потоки воздуха. Вращение Земли очень усложняет картину движения воздуха, но идея состоит в том, что там где воздух нагревается он поднимается вверх. Может быть вы замечали когда-нибудь, когда грозовая туча накрывает местность и из под тучи дует ветер. Это холодный воздух опускается, потому что тучи не дают ему нагреваться. Для жителей прибрежных районов ближе будет все-таки другой пример...
Идем дальше, где еще проявляется конвекция? Конвекция проявляется в явлении, которое называется тягой.
И давайте посмотрим примеры использования тяги на промышленных объектах.
Теперь давайте рассмотрим следующий вид теплопередачи - это излучение.
И так помимо конвекции и теплопроводности существует третий вид теплопередачи. Этот вид теплопередачи не связан, ни с взаимодействием молекул воздуха и их движением, как в теплопроводности; не связан с существованием потоков воздуха, газа или жидкости. Это совершенно другой вид теплопередачи, который называется излучение.
Это самый сложный, с точки зрения физики, вид теплопередачи. Оказывается, что если тело нагрето, то оно испускает в пространство электромагнитные волны. Вы уже знаете, что такое волны - это колебания распространяющиеся в пространстве с течением времени, но здесь пойдет речь не о таких волнах, которые мы изучали несколько лекции назад, вроде, звуковых. Здесь волны представляют собой не изменение давления, не смещение частиц какой-то среды это быстро меняющееся электромагнитное поле. Такие волны называются электромагнитными волнами и мы такие волны будем проходить далее. И вот излучение - это перенос энергии с помощью электромагнитных волн. Давайте сформулируем строе определение излучения.
Излучение - это вид теплопередачи при котором энергия передается с помощью электромагнитных волн.
Изучая излучение физики пришли к выводу, что "классическая" физика оказывается не работает. В 1900 году Макс Планк изучая излучение нагретых тел сделал важнейшее открытие, которое говорит о том, что например свет - это не волна и не поток частиц. Это куда более сложное явление природы, о котором подробнее мы будем говорить на более поздних лекциях. А сейчас для нас важно знать, что нагретое тело испускает электромагнитные волны, которое мы еще называем тепловым излучением, которое еще иногда называют инфракрасными лучами. Инфракрасные и тепловые лучи - это одно и то же. И давайте вернемся к тепло приемнику, который мы использовали в видеоролике выше с одной стороны поверхность тепло приемника - черная, а с другой стороны она блестящая. Когда мы тепло приемник поворачивали к плитке черной стороной, мы замечали, что воздух внутри нагревается. Когда блестящей - то воздух не нагревался. О чем это говорит? Черный цвет лучше поглощает излучение, а блестящая сторона хуже, так как она большую часть излучения отражает. Темная сторона поглощает тепловое излучение, а светлая отражает, подобно тому, как зеркало отражает свет. Действительно оно отражает не только тепловое излучение, но и видимое излучение. Очень не правильно говорят, что темная поверхность "притягивает" тепловые лучи. Это глупости. Темная поверхность не притягивает, а поглощает тепловое излучение. Тепловое излучение не подозревает о том, что оно "идет" в направлении темной стороны тепло приемника. Вот когда тепловое излучение начинает взаимодействовать с веществом, он либо передает свою энергию и тогда происходит поглощение, либо не передает и тогда происходит отражение. Самым важным для нас видом теплопередачи является именно излучение...Между нами и Солнцем 150 млн. км., но вся энергия, которая находится в нашем распоряжении или почти вся, кроме атомной или ядерной энергии - это энергия, полученная нами от Солнца, посредством излучения. Излучение удивительно тем, что для его распространения не требуется никакая среда. 150 млн. км пустоты и сквозь эту пустоту Солнечная энергия приходит к нам. Значит, будем помнит о том, что для того, что бы распространялось излучение не нужна никакая среда. Чего нельзя сказать о конвекции и о теплопроводности. Ну а теперь становится понятным почему, например, летом мы предпочитаем ходить в светлых рубашках. Как вы думаете почему? Потому что светлая ткань отражает, как свет, так и тепловое излучение. А шубы или пальто делают обычно из темной ткани, для того, что бы, если Солнышко на свете есть, если это зимнее Солнце, чтобы Солнце согревала ткань и таким образом нам было все-таки немного теплее. И в этом случае мы греем пальто или шубу изнутри, а Солнечные лучи греют темную поверхность шубы снаружи и в результате эффект усиливается. Хорошо,кстати, знаете ли вы как начиналось оледенение - большой ледниковый период. Ледниковый период...говорят, что после того, как упал метеорит вымерли мамонты и начался ледниковый период. С чем это связано? Оказывается ледниковый период имеет непосредственное отношение к такому виду теплопередачи, как излучение. Кто может подсказать почему это произошло? В результате удара метеорита о Землю поднялось огромное облако пыли, копоти и т.д. Которое не пропускало на Землю Солнечные лучи. И из-за того, что атмосфера не пропускает Солнечные лучи поверхность Земли охлаждается, выпадает снег. Снег, как известно, белый. И этот темный смог рассеялся, но снег уже выпал и Солнечные лучи стали отражаться от поверхности снега не поглощаясь при этом планетой. Солнце посылает нам живительное тепло, но планета вся покрыта снегом и не принимает, отражая обратно в космос тепло. В результате становится все холоднее и холоднее, а чем холоднее становится, тем устойчивее снежный покров. Вот так и наступает великое оледенение. И для того, чтобы этот процесс прекратился нужно какое-то вмешательство, нужно как-то согреть Землю...но это уже вопрос не этой лекции. Но процесс образования ледникового периода и его зарождения связано с тем, что выпадает снег из-за снега нарушается теплообмен Земли с окружающим пространством. Т.е Земля перестает принимать излучение от Солнца, охлаждается еще сильнее, снега становится еще больше и этот само поддерживающийся процесс заканчивается ледниковым периодом. Кстати, чем горячее тело, тем сильнее оно излучает и вот это свойство можно использовать в термометрах при измерении температуры. Существуют термометры, которые не нужно приводить в контакт с тем телом, температуру, которого мы хотим измерить. Эти термометры измеряют тепловое излучение, которое испускается нагретыми телами.
И так теперь мы с вами знаем, что излучение не требует для своего распространения никакой среды. А теперь давайте попробуем сделать так, чтобы теплообмен полностью отсутствовал. Т.е давайте создадим устройство в котором не будет теплопередачи ни путем теплопроводности, ни путем конвекции, тогда если, например, есть у нас нагретое тело и мы поместим его в такие условия, что теплообмен с окружающей средой будет отсутствовать, то это тело будет теплым все время. Оно не будет отдавать свою внутреннюю энергию: ни через теплопроводность, ни через конвекцию, ни через излучение. и такое устройство давно придумано и называется оно термос.
На этом мы эту лекцию закончим.
Если тебе понравилось, пожалуйста подпишись на канал и поддержи автора.