Теплопроводность – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия от более нагретого тела к менее нагретому или от более нагретой части тела к менее нагретой происходит за счет взаимодействия молекул.

При теплопроводности не происходит переноса вещества.

Плохой теплопроводностью обладают газы, например воздух, т. к. расстояние между молекулами в газах значительно больше, чем в жидкостях и твердых телах.

В вакууме теплопроводность не происходит, т. к. в вакууме отсутствуют частицы вещества.

Хорошей теплопроводностью обладают все металлы.

Конвекция – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия от более нагретого слоя жидкости или газа к менее нагретому слою передаётся за счет перемещения самих слоев жидкости или газа.

Причём более нагретые слои (а значит более лёгкие) перемещаются благодаря силе Архимеда вверх, а менее нагретые вниз. Вот почему жидкости и газы надо нагревать снизу. При конвекции происходит перенос вещества.

Излучение – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия от более нагретого тела к менее нагретому передается за счет видимых и невидимых лучей (с помощью электромагнитных волн).

Излучение может происходить и в вакууме.

Чем больше температура тела, тем сильнее оно излучает энергию.

Чем больше площадь тела, тем больше оно излучает.

Темные поверхности лучше излучают и лучше поглощают энергию, чем светлые.

Билет № 43. Количество теплоты.

Количество теплоты.

Теплопередача (теплообмен) – это процесс передачи внутренней энергии от более нагретого тела к менее нагретому без совершения работы.

Количество теплоты - это та часть внутренней энергии, которую тело получает или отдает при теплопередаче.

Q = ∆U - количество теплоты. [Q] СИ = Дж

Нагревание тел.

Нагревание – это тепловой процесс, при котором температура тела возрастает, следовательно, внутренняя энергия тела увеличивается, т. е. тело получает некоторое количество теплоты.

t 1 – начальная температура тела. t 2 – конечная температура тела.

Q н. = cm(t 2 – t 1) = cm∆t – количество теплоты, полученное телом при нагревании.

m – масса тела ∆t = t 2 – t 1 - изменение температуры. с – удельная теплоёмкость вещества, из которого состоит тело.

с = Q н /m∆t [c] = Дж/кг∙ 0 С

с – удельная теплоёмкость вещества - это физическая величина, показывающая какое количество теплоты необходимо для нагревания 1 кг данного вещества на 1 0 С.

с воды. = 4200 Дж/кг∙ 0 С – это значит, что для нагревания 1кг воды на 1 0 С потребуется 4200 Дж теплоты, т. е. внутренняя энергия 1 кг воды при нагревании на 1 0 С увеличится на 4200 Дж.

Удельная теплоёмкость различна у разных веществ. Она также зависит от агрегатного состояния данного вещества.

Чем больше удельная теплоёмкость вещества, тем медленнее нагревается тело. Охлаждении тел.

Охлаждение – это тепловой процесс, при котором температура тела уменьшается, следовательно, внутренняя энергия тела уменьшается, т. е. тело отдаёт некоторое количество теплоты.

T, мин

Q охл. = cm(t 1 – t 2) - количество теплоты, выделяющееся при охлаждении тела.

Удельная теплоёмкость вещества при нагревании и охлаждении одна и та же.

Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.

Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.

Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.

Теплопроводность

Теплопроводность - это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная пе¬редача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

Теплопроводность не сопровождается переносом вещества! Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, пере¬носится лишь энергия.

Теплопроводность различных веществ разная.

Можно провести следующий опыт – взят стакан с горячей водой и положить туда ложки из различных матераиалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и пластмассовую) Через 3 минуты посмотреть, одинаково ли нагрелись ложки?? Проанализируйте результат

Из таблицы видно, что металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается.

Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

Рассмотрим опыт с теплопроводностью жидкостей. Если в бочку с водой опустить на дно лед, а верхний слой воды нагревать кипятильником. То вода у поверхности скоро закипит, а лед внизу не растает. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Плохой теплопроводностью обладают также воло¬сы, перья, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность - это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Металлы - твердые тела - жидкости - газы

Ослабление теплопроводности

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применя¬ют вещества с малой теплопроводностью. Так, ручки у кранов на батарее делают из пластмассы, также из аналогичного сплава делают ручки для кастрюль. Дома строят из бревен или пористого кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а зна¬чит, предохраняют помещения от охлаждения.

В настоящее время во многих регионах здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Сваи делают из прочного твердого материала, а внутри они заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.

Назад Вперёд

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• Познакомить учащихся с видами теплопередачи.
• Формировать умение объяснять теплопроводность тел с точки зрения строения вещества; уметь анализировать видеоинформацию; объяснять наблюдаемые явления.

Тип урока: комбинированный урок.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по металлическому стержню.
2. Видео демонстрация эксперимента по сравнению теплопроводности серебра, меди и железа.
3. Вращение бумажной вертушки над включенной лампой или плиткой.
4. Видео демонстрация возникновения конвекционных потоков при нагревании воды с марганцовкой.
5. Видео демонстрация по излучению тел с темной и светлой поверхностью.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Сообщение темы и целей урока

На предыдущем уроке вы узнали, что внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы или теплопередачей. Сегодня на уроке мы рассмотрим, как происходит изменение внутренней энергии теплопередачей.
Попробуйте объяснить значение слова «теплопередача» (слово «теплопередача» подразумевает передачу тепловой энергии). Существует три способа передачи теплоты, но называть их я не буду, вы сами их назовете, когда решите ребусы.

Ответы: теплопроводность, конвекция, излучение.
Познакомимся с каждым видом теплопередачи отдельно, и пусть девизом нашего урока станут слова М.Фарадея: «Наблюдать, изучать, работать».

III. Изучение нового материала

1. Теплопроводность

Ответьте на вопросы: (слайд 3)

1. Что произойдет, если в горячий чай опустим холодную ложку? (Через некоторое время она нагреется).
2. Почему холодная ложка нагрелась? (Чай отдал часть своего тепла ложке, а часть окружающему воздуху).
Вывод: Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому (от горячей воды к холодной ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке – от ее нагретого конца к холодному.
3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному? (В результате движения и взаимодействия частиц)

Нагревание ложки в горячем чае - пример теплопроводности.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Проведем опыт:

Закрепим конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать свободный конец проволоки свечей или на пламени спиртовки.

Вопросы: (слайд 4)

1. Что наблюдаем? (Гвоздики начинают постепенно один за другим отпадать, сначала те, которые ближе к пламени).
2. Как происходит передача тепла? (От горячего конца проволоки к холодному).
3. Как долго будет происходить передача тепла по проволоке? (Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется)
4. Что можно сказать про скорость движения молекул на участке, расположенном ближе к пламени? (Скорость движения молекул увеличивается)
5. Почему нагревается следующий участок проволоки? (В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает)
6. Влияет ли расстояние между молекулами на скорость передачи тепла? (Чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла)
7. Вспомните расположение молекул в твердых телах, жидкостях и газах. В каких телах процесс переноса энергии будет происходить быстрее? (Быстрее в металлах, затем в жидкостях и газах).

Посмотрите демонстрацию эксперимента и подготовьтесь ответить на мои вопросы.

Вопросы: (слайд 5)

1. По какой пластине теплота распространяется быстрее, а по какой медленнее?
2. Сделайте вывод о теплопроводности данных металлов. (Лучшая теплопроводность у серебра и меди, несколько хуже у железа)

Обратите внимание, что при передаче тепла в данном случае переноса тела не происходит.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).

Запишем основные особенности теплопроводности: (слайд 7)

• в твердых телах, жидкостях и газах;
• само вещество не переносится;
• приводит к выравниванию температуры тела;
• разные тела – разная теплопроводность

Примеры теплопроводности : (слайд 8)

1. Снег - пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.
2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.
3. Вещества с хорошей теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2. Конвекция

Отгадайте загадки:

1) Загляните под окошко –
Там растянута гармошка,
Но гармошке не играет –
Нам квартиру согревает... (батарея)

2) Наша толстая Федора
наедается не скоро.
А зато когда сыта,
От Федоры – теплота... (печь)

Батареи, печи, радиаторы отопления используются человеком для обогрева жилых помещений, а точнее нагревания воздуха в них. Происходит это благодаря конвекции – следующему виду теплопередачи.

Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа. (Слайд 9)
Попробуем объяснить, как происходит конвекция в жилых помещениях.
Воздух, соприкасаясь с батареей, от нее нагревается, при этом он расширяется, его плотность становится меньше плотности холодного воздуха. Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх под действием силы Архимеда, а тяжелый холодный воздух опускается вниз.
Затем снова: более холодный воздух доходит до батареи, нагревается, расширяется, становится легче и под действием Архимедовой силы поднимается вверх и т.д.
Благодаря такому движению воздух в комнате прогревается.

Бумажная вертушка, помещенная над включенной лампой, начинает вращаться. (Слайд 10)
Попробуйте объяснить, как это происходит? (Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх, при этом вертушка вращается).

Точно также происходит нагревание жидкости. Посмотрите эксперимент по наблюдению конвекционных потоков при нагревании воды (с помощью марганцовки). (Слайд 11)

Обратите внимание, что в отличие от теплопроводности, при конвекции происходит перенос вещества и в твердых телах конвекция не происходит.

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную.
Нагревание жидкости в кастрюле или воздуха в комнате – это примеры естественной конвекции. Для ее возникновения вещества нужно нагревать снизу или охлаждать сверху. Почему именно так? Если нагревать будем сверху, то куда будут перемещаться нагретые слои воды, а куда холодные? (Ответ: никуда, так как нагретые слои и так уже наверху, а холодные слои так и останутся внизу)
Вынужденная конвекция наблюдается, если жидкость перемешивать ложкой, насосом или вентилятором.

Особенности конвекции: (слайд 12)

• возникает в жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
• само вещество переносится;
• нагревать вещества нужно снизу.

Примеры конвекции: (слайд 13)

1) холодные и теплые морские и океанические течения,
2) в атмосфере, вертикальные перемещения воздуха приводят к образованию облаков;
3) охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах, например в холодильниках и др., обеспечивается водяное охлаждение двигателей
внутреннего сгорания.

3. Излучение

(Слайд 14)

Всем известно, что Солнце основной источник тепла на Земле. Земля находится от него на расстоянии 150 млн. км. Как передается тепло от Солнца на Землю?
Между Землей и Солнцем за пределами нашей атмосферы все пространство – вакуум. А нам известно, что в вакууме теплопроводность и конвекция происходить не могут.
Каким способом происходит передача тепла? Здесь осуществляется еще один вид теплопередачи – излучение.

Излучение – это теплообмен, при котором энергия переносится электромагнитными лучами.

Отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум.

Посмотрите видеофрагмент об излучении (слайд 15).

Излучают энергию все тела: тело человека, печь, электрическая лампа.
Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.

Тела не только излучают энергию, но и поглощают ее.
(слайд 16) Причем темные поверхности лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Особенности излучения (слайд 17):

• происходит в любом веществе;
• чем выше температура тела, тем интенсивнее излучение;
• происходит в вакууме;
• темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые и лучше излучают.

Примеры использования излучения тел (слайд 18):

поверхности ракет, дирижаблей, воздушных шаров, спутников, самолётов, окрашивают серебристой краской, чтобы они не нагревались Солнцем. Если наоборот надо использовать солнечную энергию, то части приборов окрашивают в темный цвет.
Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются.

IV. Закрепление полученных знаний на примерах задач

Игра «Попробуй, объясни» , (слайды 19-25).

Перед вами игровое поле с шестью заданиями, вы можете выбрать любое. После выполнения всех заданий вам откроется мудрое высказывание и тот, кто его очень часто произносит с экранов телевизоров.

1. В каком доме теплее зимой, если толщина стен одинакова? Теплее в деревянном доме, так как дерево содержит 70% воздуха, а кирпич 20%. Воздух - плохой проводник тепла. В последнее время в строительстве применяют «пористые» кирпичи для уменьшения теплопроводности.

2. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику? Мальчику, сидящему у печки, энергия в основном передается теплопроводностью.

3. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику?
Мальчику, лежащему на песке, энергия от солнца передается излучением, а от песка теплопроводностью.

4. В каком из этих вагонов перевозят скоропортящиеся продукты? Почему? Скоропортящиеся продукты перевозят в вагонах, окрашенных в белый цвет, так как такой вагон в меньшей степе­ни нагревается солнечными лучами.

5. Почему водоплавающие птицы и другие животные не замерзают зимой?
Мех, шерсть, пух обладают плохой теплопроводностью (наличие между волокнами воздуха), что позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и защищаться от охлаждения.

6. Почему оконные рамы делают двойными?
Между рамами содержится воздух, который обладает плохой теплопроводностью и защищает от потерь тепла.

«Мир интересней, чем нам кажется», Александр Пушной, программа «Галилео».

V. Итог урока

– С какими видами теплопередачи мы познакомились?
– Определите, какой из видов теплопередачи играет основную роль в следующих ситуациях:

а) нагревание воды в чайнике (конвекция);
б) человек греется у костра (излучение);
в) нагревание поверхности стола от включенной настольной лампы (излучение);
г) нагревание металлического цилиндра, опущенного в кипяток (теплопроводность).

Разгадайте кроссворд (слайд 26):

1. Величина, от которой зависит интенсивность излучения.
2. Вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме.
3. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.
4. Основной источник энергии на Земле.
5. Смесь газов. Обладает плохой теплопроводностью.
6. Процесс превращения одного вида энергии в другой.
7. Металл, имеющий самую хорошую теплопроводностью.
8. Разреженный газ.
9. Величина, обладающая свойством сохранения.
10. Вид теплопередачи, который сопровождается переносом вещества.

Разгадав кроссворд, вы получили еще одно слово, которое является синонимом к слову «теплопередача» – это слово… («теплообмен»). «Теплопередача» и «теплообмен» – одинаковые по смыслу слова. Используйте их, заменяя одно другим.

VI. Домашнее задание

§ 4, 5, 6, Упр. 1 (3), Упр. 2(1), Упр. 3(1) – письменно.

VII. Рефлексия

В конце урока предлагаем учащимся обсудить урок: что понравилось, что хотелось бы изменить, оценить свое участие в уроке.

Прозвенит сейчас звонок,
Подошел к концу урок.
До свидания, друзья,
Отдыхать пришла пора.

Теплопередача - это важный физический процесс. Он предполагает перенос теплоты и является сложным процессом, который состоит из совокупности простых превращений.

Существуют определенные виды теплопередачи: конвекция, теплопроводность, тепловое излучение.

Особенности процесса

Теория теплообмена является наукой об особенностях передачи теплоты. Теплопередача - это перенос энергии в газообразных, жидких, твердых средах.

Теория о теплоте появилась в середине XVIII века. Ее автором стал М. В. Ломоносов, который сформулировал механическую теорию теплоты, воспользовавшись законом сохранения и превращения энергии.

Варианты теплообмена

Теплопередача - это составная часть теплотехники. Разные тела могут обмениваться своей внутренней энергией в форме теплоты. Вариант теплообмена является самопроизвольным процессом передачи теплоты в свободном пространстве, который наблюдается при неравномерном распределении температур.

Разность в значениях температур является обязательным условием проведения теплообмена. Распространение тепла происходит от тел, имеющих более высокую температуру, к телам, обладающим меньшим ее показателем.

Результаты исследований

Теплопередача - это процесс переноса тепла и внутри твердого тела, но при условии, что есть разность температур.

Многочисленные исследования свидетельствуют о том, что теплопередача ограждающих конструкций является сложным процессом. Для того чтобы упростить изучение сути явлений, связанных с передачей тепла, выделяют элементарные операции: кондукцию, излучение, конвекцию.

Теплопроводность: общая информация

Чаще всего используется какой вид теплопередачи? Переносом вещества внутри тела можно изменить температуру, например, нагревая металлический стержень, увеличить скорость теплового движения атомов, молекул, повысить показатель внутренней энергии, увеличить теплопроводность материала. По мере соударения частиц происходит постепенная передача энергии, в результате чего весь стержень меняет свою температуру.

Если рассматривать газообразные и жидкие вещества, то передача энергии путем теплопроводности в них имеет незначительные показатели.

Конвекция

Такие способы теплопередачи связаны с переносом теплоты при движении в газах или жидкостях из области с одним температурным значением в область с другим ее показателем. Существует подразделение конвекции на два вида: вынужденную и свободную.

Во втором случае происходит перемещение жидкости под воздействием разности в плотностях ее отдельных частей из-за нагревания. К примеру, в помещении от горячей поверхности радиатора холодный воздух поднимается вверх, получая от батареи дополнительное тепло.

В тех случаях, когда для перемещения тепла необходимо применение насоса, вентилятора, мешалки, ведут речь о вынужденной конвекции. Прогревание по всему объему жидкости в этом случае происходит существенно быстрее, нежели при свободной конвекции.

Излучение

Какой вид теплопередачи характеризует изменение температурного показателя в газообразной среде? Речь идет о тепловом излучении.

Именно оно предполагает перенос тепла в виде электромагнитных волн, подразумевающий двойной переход тепловой энергии в излучение, затем обратно.

Особенности передачи тепла

Для того чтобы проводить расчет теплопередачи, необходимо иметь представление о том, что для теплопроводности и конвекции нужна материальная среда, а для излучения в этом нет необходимости. В процессе теплообмена между телами наблюдается уменьшение температуры у того тела, у которого этот показатель имел большую величину.

На такую же точно величину повышается температура холодного тела, что подтверждает полноценный процесс обмена энергией.

Интенсивность теплообмена зависит от разности в температурах между телами, которые обмениваются энергией. Если она практически отсутствует, процесс завершается, устанавливается тепловое равновесие.

Характеристика процесса теплопроводности

Коэффициент теплопередачи связан со степенью нагретости тела. Температурным полем называют сумму показателей температур для разных точек пространства в определенный момент времени. При изменении значения температуры в единицу времени поле является нестационарным, для неизменной величины - стационарным видом.

Изотермическая поверхность

Независимо от температурного поля, всегда можно выявить точки, имеющие одинаковое температурное значение. Геометрическое расположение их образует определенную изотермическую поверхность.

В одной точке пространства не допускается одновременного нахождения двух разных температур, поэтому изотермические поверхности не могут пересекаться между собой. Можно сделать вывод о том, что изменение в теле значения температуры проявляется лишь в тех направлениях, которые пересекают изотермические поверхности.

Максимальный скачок отмечается в направлении нормали к поверхности. Температурный градиент представляет собой отношение наибольшего показателя температур к промежутку между изотермами и является векторной величиной.

Он показывает интенсивность изменения температуры внутри тела, определяет коэффициент теплопередачи. То количество теплоты, которое будет переноситься через любую изотермическую поверхность, называют тепловым потоком.

Под его плотностью подразумевают отношение к единице площади самой изотермической поверхности. Эти величины являются векторами, противоположными по направлению.

Закон Фурье

Он является основным законом теплопроводности. Суть его заключается в пропорциональности плотности теплового потока градиенту температуры.

Коэффициент теплопроводности характеризует способность тел пропускать теплоту, он зависит от физических свойств вещества и его химического состава, влажности, температуры, пористости. Влага при заполнении пор стимулирует повышение теплопроводности. При высокой пористости внутри тела содержится повышенное количество воздуха, что сказывается на уменьшении показателя теплопроводности.

Определенный коэффициент сопротивления теплопередаче есть у всех материалов, найти его можно в справочниках.

Теплопроводность в твердой стенке

В качестве обязательного условия для данного процесса считается разность температур поверхностей стенки. В такой ситуации образуется поток теплоты, который направлен от стенки с большим значением температуры к поверхности стенки с небольшой температурой.

По закону Фурье тепловой поток будет пропорционален площади стенки, а также температурному напору, и обратно пропорционален толщине этой стенки.

Приведенное сопротивление теплопередаче зависит от теплопроводности материала, из которого изготовлены стенки. Если они включают в себя несколько разных слоев, их считают многослойными поверхностями.

В качестве примера подобных материалов можно назвать стены домов, где на кирпичный слой наносят внутреннюю штукатурку, а также внешнюю облицовку. В случае загрязнения наружной поверхности передающей тепловую энергию, к примеру, радиаторов либо двигателей, грязь можно рассмотреть как наложение нового слоя, имеющего незначительный коэффициент теплопроводности.

Именно из-за этого снижается теплообмен, возникает угроза перегревания работающего двигателя. Аналогичный эффект вызывает нагар и накипь. При увеличении количества слоев стенки растет ее максимальное термическое сопротивление, уменьшается величина теплового потока.

Для многослойных стенок распределение температуры является ломаной линией. Во многих теплообменных аппаратах осуществляется прохождение теплового потока через стенки круглых трубок. Если нагревающее тело движется внутри таких трубок, то в таком случае тепловой поток направлен к наружным стенкам от внутренних частей. При наружном варианте наблюдается обратный процесс.

Теплопередача: особенности процесса

Существует взаимодействие между тепловым излучением, конвекцией, теплопроводностью. Например, в процессе конвекции происходит тепловое излучение. Теплопроводность в пористых материалах невозможна без излучения и конвекции.

При проведении практических вычислений деление сложных процессов на отдельные явления не всегда целесообразно и возможно. В основном результат суммарного воздействия нескольких простейших явлений приписывают тому процессу, который считается основным в конкретном случае.

Второстепенные процессы при таком подходе учитывают только для количественных вычислений.

В современных теплообменных аппаратах происходит передача теплоты от одного вида жидкости к другой жидкости через стенку, которая их разделяет. Важным фактором, который влияет на коэффициент теплообмена, является форма стенки. Если она плоская, в таком случае можно выделить три этапа теплопередачи:

• к поверхности стенки от нагревающей жидкости;
• теплопроводностью через стенку;
• к нагреваемой жидкости к поверхности стенки.

Полное термическое сопротивление теплопередачи является величиной, которая обратна коэффициенту теплопередачи.

Заключение

Теплопроводность является процессом передачи внутренней энергии от нагретых участков тела к его холодным частям. Подобный процесс осуществляется с помощью беспорядочно движущихся атомов, молекул, электронов. Такой процесс может происходить в телах, которые имеют неоднородное распределение значений температур, но будет отличаться в зависимости от агрегатного состояния рассматриваемого вещества.

Можно рассматривать данную величину в качестве количественной характеристики способности тела к провождению тепла. Удельной теплопроводностью называют количество тепла, которое может проходить через материал, имеющий толщину 1м, площадь 1 м²/сек.

Долгое время считали, что существует взаимосвязь между передачей тепловой энергии и перетеканием от тела к телу теплорода. Но после проведения многочисленных экспериментов была выявлена зависимость подобных процессов от температуры.

В реальности при проведении математических расчетов, касающихся определения количества теплоты, передаваемой разными способами, учитывают проводимость путем конвекции, а также проникающее излучение. Коэффициент теплопередачи связан со скоростью передвижения жидкости, характером движения, его природой, а также с физическими параметрами движущейся среды.

В качестве носителей лучистой энергии выступают электромагнитные колебания, имеющие разную длину волн. Излучать их могут любые тела, температура которых превышает нулевое значение.

Излучение является результатом процессов, происходящих внутри тела. При попадании его на другие тела наблюдается частичное ее поглощение и частичное поглощение телом.

Закон Планка определяет зависимость плотности поверхностного потока излучения черного тела от абсолютной температуры и длины волны.

Простейшие виды теплообмена, которые были рассмотрены выше, не существуют по отдельности, они взаимосвязаны друг с другом. Сочетание их является сложным теплообменом, который предполагает серьезное изучение и детальное рассмотрение.

В теплотехнических расчетах используют суммарный коэффициент передачи тепла, который представляет собой совокупность коэффициентов теплоотдачи соприкосновением, которое учитывает теплопроводность, конвекцию, излучение.

При правильном подходе и учете отдельных тепловых явлений можно с высокой достоверностью рассчитать количество теплоты, переданное телу.

1. только конвекция;

2. только теплопроводность;

3. только излучение

Что называется тепловым движением?

1. упорядоченное движение большого числа молекул;

2. непрерывное беспорядочное движение большого числа молекул;

3. прямолинейное движение отдельной молекулы.

17. Какое из приведенных ниже вариантов является определением внутренней энергии?

1. энергия, которой обладает тело вследствие своего движения;

2. энергия, которая определяется положением взаимодействующего тел или частей одного и того же тела;

3. энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

От каких физических величин зависит внутренняя энергия тела?

1. от массы и скорости тела;

2. от высоты над землёй и скорости;

3. от температуры и массы тела.

В каком состоянии вещества конвекция протекает быстрее (при одинаковых условиях)?

1. в жидком;

2. в твердом;

3. в газообразном.

Какое движение молекул и атомов в твердом состоянии называется тепловым?

1. беспорядочное движение частиц во всевозможных направлениях с различными скоростями;

2. беспорядочное движение частиц во всевозможных направлениях с одинаковыми скоростями при одинаковой температуре;

3. упорядоченное движение частиц со скоростью, пропорциональной температуре;

4. колебательное движение частиц в различных направлениях около определенных положений равновесия.

В каком, из перечисленных случаев энергия телу передается в основном теплопроводностью?

1. от нагретой Земли верхним слоем атмосферы;

2. человеку, греющемуся у костра;

3. от горячего утюга к разглаживаемому белью;

4. человеку, согревающемуся бегом.

17. Основу структуры биологических мембран составляют:

1. слой белков;

2. углеводы;

3. двойной слой фосфолипидов;

4. аминокислоты;

5. двойная спираль ДНК.

18. Для возникновения трансмембранной разности потенциалов необходимо и достаточно:

1. наличие избирательной проницаемости мембраны;

2. различие концентраций ионов по обе стороны от мембраны;

3. наличие избирательной проницаемости и различие концентраций ионов по обе стороны от мембраны;

4. появление автоволновых процессов;

5. повышенная проницаемость для ионов.

Активный транспорт ионов осуществляется за счет. . .

1. энергии гидролиза макроэргических связей АТФ;

2. процессов диффузии ионов через мембраны;

3. переноса ионов через мембрану с участием молекул – переносчиков;

4. латеральной диффузии молекул в мембране;

5. электродиффузии ионов.

Уравнение Нернста для потенциала покоя показывает, что. . .

1. потенциал покоя возникает в результате активного транспорта;

2. перенос ионов определяется неравномерностью их распределения (градиентом концентрации) и воздействием электрического поля (градиентом электрического потенциал);

3. главная роль в возникновении потенциала покоя принадлежит ионам калия;

4. мембраны обладают избирательной проницаемостью;

5. коэффициент проницаемости веществ через мембрану определяется их подвижностью.

При условии, что мембрана проницаема только для ионов калия, уравнение Гольдмана- Ходжкина-Катца трансформируется в уравнение. . .

1. Нернста для ионов калия;

2. Нернста для ионов натрия;

3. Фика для диффузии ионов калия.

22.Какое трансмембранное перераспределение ионов К⁺ и Na⁺ характерно для начального момента развития потенциала действия?

1. активное проникновение ионов К⁺ внутрь клетки;

2. активное проникновение ионов Na⁺ внутрь клетки;

3. активный выброс ионов К⁺ из клетки;

4. активный выброс ионов Na⁺ из клетки.

Какой знак имеет разность потенциалов между внутренней и наружной поверхностями клеточных мембран в состоянии покоя?

1. положительный;

2. отрицательный;

3. разность потенциалов равна нулю.

Какие ионы вносят вклад в создание потенциала покоя клеточных мембран?

1. ионы Na⁺ и Cl - ;

2. ионы К⁺

3. ионы Сa 2+ , К⁺ и Cl - ;

4. ионы К⁺, Na⁺ и Cа 2+ .

25.Наличие в биологических мембранах емкостных свойств подтверждается тем, что:

1. сила тока опережает по фазе приложенное напряжение;

2. сила тока отстает по фазе от приложенного напряжения;

3. сила тока совпадает по фазе с приложенным напряжением.

26. Укажите правильные высказывания:

1) Диффузия заряженных частиц через мембрану подчиняется уравнению Фика.

2) Диффузия заряженных частиц через мембрану подчиняется уравнению Нернста;

3) Диффузия незаряженных частиц через мембрану подчиняется уравнению Нернста.

27. Укажите правильные высказывания:

1) Коэффициент проницаемости мембраны для ионов калия выше, чем для ионов натрия или хлора, когда на мембране клетки генерируется потенциал покоя.

2) При возникновении потенциала действия коэффициент проницаемости мембраны для ионов натрия имеет самое высокое значение.

3) При возникновении потенциала действия коэффициент проницаемости мембраны для ионов хлора имеет самое высокое значение.

28. Укажите правильные высказывания:

1) Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца описывает возникновение только потенциала покоя, но не потенциала действия.

2) Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца описывает возникновение только потенциала действия, но не потенциала покоя.

3) Уравнение Гольдмана-Ходжкина-Каца описывает возникновение трансмембранной разности потенциалов на мембранах как в случае генерации потенциалов покоя, так и потенциалов действия.

Пусть отношение концентраций ионов калия по разные стороны от мембраны равно 10 и мембрана избирательно проницаема для калия. Возникающая при этом трансмембранная разность потенциалов равна 60 мВ. Чему будет равна разность потенциалов, если заменить ионы калия ионами кальция в тех же концентрациях и сделать мембрану избирательно проницаемой для кальция?

30.В покое мембрана клеток:

1.непроницаема для ионов Na⁺ и К⁺;

2.проницаема для ионов Na⁺ в 25 раз больше, чем для ионов К⁺;

3.проницаема для ионов К⁺ в 25 раз больше, чем для ионов Na⁺;

4.одинаково проницаема для ионов Na⁺ и К⁺.

31. Na⁺ - К⁺ насос переносит:

1. 3 К⁺ наружу, 2 Na⁺ внутрь клетки;

2. 3 Na⁺ внутрь клетки, 2 К⁺ наружу;

3. 3 Na⁺ наружу, 2 К⁺ внутрь клетки;

4. 3 К⁺ внутрь клетки, 2 Nа⁺ наружу.

32. Уравнение Фика описывает:

1. пассивный транспорт;

2. транспорт неэлектролитов;

3. транспорт ионов;

4. активный транспорт.

33. Для возникновения трансмембранной разности потенциалов необходимо и достаточно выполнения следующих двух условий:

1) мембрана должна содержать интегральные белки;

2) мембрана должна содержать поверхностные белки;

3) должна существовать избирательная проницаемость ионов через мембрану;

4) концентрации ионов по обе стороны от мембраны должны различаться;

1. Методы исследования проницаемости мембран:

A. Осмотический метод

B. Калориметрический метод

C. Индикаторный метод

D. Электронно-микроскопический метод

E. Радиоизотопный метод

F. Метод измерения электропроводности

2. Понятие транспорта включает:

A. Способность мембраны пропускать данное вещество

B. Способ проникновения вещества через мембрану

C. Кинетику проникновения вещества через мембрану

3. Транспорт, осуществляемый против градиента с затратой энергии макроэргов, называется:

A. Активный

B. Пассивный

C. Электрогенный

4. Активный от пассивного вида транспорта отличается:

A. Направлением относительно градиента концентрации

B. Использованием энергии

C. Видом переносимых ионов

5. Перенос ион-транспортирующей системой двух ионов в противоположных направлениях называется:

A. Унипорт

B. Симпорт

C. Антипорт

6. Простая диффузия – это:

7. Облегченная диффузия – это:

A. Процесс самопроизвольного проникновения вещества через мембрану по градиенту концентрации

B. Процесс самопроизвольного проникновения вещества через мембрану против градиента концентрации

C. Процесс проникновения вещества через мембрану по градиенту концентрации с участием белка-переносчика

8. Кинетика процесса диффузии вещества через клеточную мембрану описывается:

A. Уравнением Коллендера-Берлунда

B. Уравнением Фика

C. Уравнением Бернулли

9. Кинетика процесса облегченной диффузии описывается уравнением:

B. Коллендера-Берлунда

C. Михаэлиса-Ментен

10. Механизмы проникновения воды через клеточную мембрану:

A. Через поры, сформированные интегральными белками

B. Через структурные дефекты в мембране – кинки

C. Посредством растворения в липидном бислое

11. Осмос – это движение воды через мембрану:

12. Онкотическое давление – это:

A. Осмотическое давление внутри клетки

B. Компонент осмотического давления, обусловленный белками

C. Осмотическое давление в клетках злокачественной опухоли

13. Фильтрация – это движение воды через мембрану:

A. В область меньшего гидростатического давления

B. В область меньшей концентрации растворенных веществ

C. В область большей концентрации растворенных веществ

14. Клеточные мембраны выполняют следующие функции:

A. Компартментация

B. Рецепторная

C. Транспортная

D. Проведение нервного импульса

E. Мышечное сокращение

F. Межклеточные взаимодействия

15. В состав биомембран входят:

C. Гликопротеиды

16. Мембранные липиды представлены следующими классами:

A. Фосфолипилы

B. Гликопротеиды

C. Гликолипиды

D. Стероиды

17. Липидные молекулы являются:

A. Гидрофобными соединениями

B. Гидрофильными соединениями

C. Амфифильными соединениями

18. Фазовые переходы в мембране осуществляются между следующими состояниями:

A. Гель – золь

B. Гель – жидкая фаза

C. Жидкий кристалл – гель

19. По расположению в мембране белки делятся на:

A. Переферические

B. Интегральные

C. Ферментативные

D. Полуинтегральные

E. Монотопические

20. Белки мембран составляют следующие функциональные группы (укажите неправильный ответ):

A. Ферментативные

B. Белки цитоскелета

C. Сократительные

D. Рецепторы

21. Липиды могут модифицировать структуру мембранных белков:

A. Вторичную

B. Третичную

C. Четвертичную

22. Мозаичную модель мембраны предложили:

A. Синжер и Николсон

B. Даниэли и Девсон

C. Варбург и Нигилейн

D. Гортер и Грендель

23. Современным представлениям о структуре мембран соответствует:

A. Модель липидного бислоя

B. Мозаичная модель

C. Унитарная модель