На долю конвекции приходится

Гид по духовкам: для чего нужен конвекционный нагрев

На долю конвекции приходится

В каждом нашем видео о духовках мы говорим о том, что конвекционный нагрев — это круто. Но что это вообще за зверь такой, и какие преимущества он дает? Сейчас расскажем.

Для начала давайте разберемся, что такое конвекция и зачем она нужна. А потом пройдем по ее видам.

Конвекция — это перенос тепла потоками воздуха (в нашем случае — перенос по всей духовке). Теплые и холодные воздушные потоки смешиваются и меняются местами, создавая вихрь горячего воздуха — в результате температура в духовке становится равномерной. А благодаря обдуву горячего воздуха пища прогревается со всех сторон.

Зачем нужна конвекция?

  • Духовка будет разогреваться быстрее
  • Даже самые толстые куски мяса и рыбы или большой пирог пропекутся качественно
  • Все продукты приготовятся быстрее, покроются со всех сторон хрустящей корочкой и меньше пригорят
  • Если блюдо выделяет много сока, он высушится
  • Можно готовить сразу на нескольких уровнях одновременно, используя весь объем духового шкафа максимально эффективно (больше не придется, к примеру, печь каждый корж для торта отдельно, потратив на это несколько часов)
  • Есть возможность быстро разморозить продукты без потери их полезных элементов в режиме малого нагрева с конвекцией
  • При готовке можно сократить количество используемого масла
  • Электроэнергия или газ будут значительно экономиться
  • Можно использовать конвекцию для сушки ягод, зелени, овощей и фруктов (благодаря обдуву вентилятора это произойдет быстро и без подгорания, а вам не придется постоянно перемешивать продукты, следить за температурой и оставлять дверцу духовки открытой). Обычно рядом с конвектором соседствует дополнительный круговой ТЭН малой мощности, поэтому верхние и нижние нагреватели даже не обязательно включать
  • Можно не только готовить, но и банки (и другую посуду) стерилизовать.

Естественная конвекция

Естественная конвекция есть даже в самых простых духовках — и электрических, и газовых. Духовка в газовой плите устроена максимально просто: внизу располагаются горелки (их может быть одна или две), над которыми ставится противень.

Конечно, равномерно в таком режиме ничего не пропечется. Ведь противень будет нагреваться только снизу, а в верхней части циркулирует горячий воздух, нагреваемый нижними горелками.

Поэтому, чтобы еда не пригорала, противень придется переворачивать и переставлять его с уровня на уровень. Ни минуты покоя.

Но даже это не всегда помогает. Пока вы двигаете противень туда-сюда, чтобы распределить горячий воздух равномерно, одна часть пирога уже пригорит, а другая останется сырой.

Что уж говорить о том, что ваш бисквит точно опадет, а капризное безе осядет после таких манипуляций.

А если противень будет слишком широким, и по бокам не останется просветов, то горячий воздух снизу просто не сможет попасть в верхнюю часть. И опять, здравствуйте подгорелый низ и непропеченный верх!

В более современных газовых плитах может быть и верхний нагревательный элемент (он бывает и электрический). Такое решение, конечно, улучшает процесс естественной конвекции и, как следствие, качество готовых блюд, но прямо отличных результатов все равно не даст.

Что касается электрических духовок, то в них нагревательных элементов всегда как минимум два: один ТЭН греет сверху, а другой снизу, обеспечивая более равномерное запекание продуктов. Но и тут есть нюансы. Например, если поставить сразу два пирога на разных уровнях, равномерно они не пропекутся (один сильнее поджарится сверху, а другой — снизу).

А чтобы продукты пропекались максимально равномерно, не были мокрыми или слишком пересушенными, нужна духовка с принудительной конвекцией.

Принудительная конвекция

На задней стенке духовок с принудительной конвекцией есть вентилятор, который и отвечает за равномерный разогрев духового шкафа — он перегоняет и перемешивает теплые и холодные воздушные потоки. При достижении нужной температуры он автоматически отключается — это экономит электроэнергию.

А когда температура начинает падать, и воздух смешивается неравномерно, включается снова. Благодаря этому горячему вихрю, духовка равномерно нагревается и как бы обволакивает жаром еду со всех сторон. Пирожки будут одинаково румяными и пропеченными как у задней стенки духовки, так и у дверцы.

Да и снизу ничего не подгорит, а сверху будет красивая корочка.

Конвекция в газовых духовках

Газовые модели с принудительной конвекцией тоже можно найти, но встречаются они намного реже. Это связано с наличием открытого огня в газовых духовках.

Во-первых, камера тут не может быть абсолютно герметичной (иначе продукты горения не выйдут наружу), а значит, без теплопотерь не обойтись, и еда будет готовиться медленнее, чем в электрических моделях.

Во-вторых, работающий вентилятор может попросту задуть огонь, поэтому производителям приходится предусматривать в конструкции духовки автоматическое перекрытие газа при погасшем пламени.

Хотите знать, какие еще технологии и фишки должны быть в хорошей духовке? Мы все рассказали в этом видео:

К сожалению, без ложки дегтя не обошлось. С режимом конвекции духовка будет очень быстро загрязняться изнутри, поэтому лучше выбирать модель с самоочисткой. Ну или запастись терпением и средствами для чистки.

Вам может быть интересно: Как и чем лучше чистить духовку

Источник: https://zen.yandex.com/media/tostr/gid-po-duhovkam-dlia-chego-nujen-konvekcionnyi-nagrev-5ec7c5880d590b68ff56fc20

Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение – FIZI4KA

На долю конвекции приходится

ОГЭ 2018 по физике ›

1. Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Если к металлическому стержню с помощью воска прикрепить несколько гвоздиков (рис. 68), закрепить один конец стержня в штативе, а другой нагревать на спиртовке, то через некоторое время гвоздики начнут отпадать от стержня: сначала отпадет тот гвоздик, который ближе к спиртовке, затем следующий и т.д.

Это происходит потому, что при повышении температуры воск начинает плавиться. Поскольку гвоздики отпадали не одновременно, а постепенно, можно сделать вывод, что температура стержня повышалась постепенно. Следовательно, постепенно увеличивалась и внутренняя энергия стержня, она передавалась от одного его конца к другому.

2. Передачу энергии при теплопроводности можно объяснить с точки зрения внутреннего строения вещества.

Молекулы ближнего к спиртовке конца стержня получают от неё энергию, их энергия увеличивается, они начинают более интенсивно колебаться и передают часть своей энергии соседним частицам, заставляя их колебаться быстрее.

Те, в свою очередь передают энергию своим соседям, и процесс передачи энергии распространяется по всему стержню. Увеличение кинетической энергии частиц приводит к повышению температуры стержня.

Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другому или от одной части тела к другой передается энергия.

Процесс передачи энергии от одного тела к другому или от одной части тела к другой благодаря тепловому движению частиц называется теплопроводностью.

3. Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.

Ещё более плохой теплопроводностью обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.

Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими — сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения.

Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах.

Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.

4. Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.

Если на дно колбы с водой аккуратно через трубочку опустить кристаллик марганцево-кислого калия и нагревать колбу снизу так, чтобы пламя касалось её в том месте, где лежит кристаллик, то можно увидеть, как со дна колбы будут подниматься окрашенные струйки воды. Достигнув верхних слоёв воды, эти струйки начнут опускаться.

Объясняется это явление так. Нижний слой воды нагревается от пламени спиртовки. Нагреваясь, вода расширяется, её объём увеличивается, а плотность соответственно уменьшается.

На этот слой воды действует архимедова сила, которая выталкивает нагретый слой жидкости вверх. Его место занимает опустившийся вниз холодный слой воды, который, в свою очередь, нагреваясь, перемещается вверх и т.д.

Следовательно, энергия в данном случае переносится поднимающимися потоками жидкости (рис. 69).

Подобным образом осуществляется теплопередача и в газах. Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла (рис. 70), то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.

Теплопередача, которая осуществляется в этом опыте и в опыте, изображенном на рисунках 69, 70, называется конвекцией.

Конвекция — вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа.

Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.

5. Третий вид теплопередачи — излучение. Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.

Если закрепить металлическую коробочку (теплоприёмник), одна сторона которой блестящая, а другая чёрная, в штативе, соединить коробочку с манометром, а затем налить в сосуд, у которого одна поверхность белая, а другая чёрная, кипяток, то, повернув сосуд к чёрной стороне теплоприёмника сначала белой стороной, а затем чёрной, можно заметить, что уровень жидкости в колене манометра, соединённом с теплоприёмником, понизится. При этом он сильнее понизится, когда сосуд обращён к теплоприёмнику чёрной стороной (рис. 71).

Понижение уровня жидкости в манометре происходит потому, что воздух в теплоприёмнике расширяется, это возможно при нагревании воздуха.

Следовательно, воздух получает от сосуда с горячей водой энергию, нагревается и расширяется. Поскольку воздух обладает плохой теплопроводностью и конвекция в данном случае не происходит, т.к.

плитка и теплоприёмник располагаются на одном уровне, то остаётся признать, что сосуд с горячей водой излучает энергию.

Опыт также показывает, что чёрная поверхность сосуда излучает больше энергии, чем белая. Об этом свидетельствует разный уровень жидкости в колене манометра, соединённом с теплоприёмником.

Чёрная поверхность не только излучает больше энергии, но и больше поглощает. Это можно также доказать экспериментально, если поднести включённую в сеть электроплитку сначала к блестящей стороне тенлоприёмника, а затем к чёрной. Во втором случае жидкость в колене манометра, соединённом с теплоприёмником, опустится ниже, чем в первом.

Таким образом, чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.

Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле.

Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.

  • Примеры заданий
  • Ответы

Часть 1

1. В твёрдых телах теплопередача может осуществляться путём

1) конвекции2) излучения и конвекции3) теплопроводности

4) конвекции и теплопроводности

2. Теплопередача путём конвекции может происходить

1) только в газах2) только в жидкостях3) только в газах и жидкостях

4) в газах, жидкостях и твёрдых телах

3. Каким способом можно осуществить теплопередачу между телами, разделёнными безвоздушным пространством?

1) только с помощью теплопроводности2) только с помощью конвекции3) только с помощью излучения

4) всеми тремя способами

4. Благодаря каким видам теплопередачи в ясный летний день нагревается вода в водоёмах?

1) только теплопроводность2) только конвекция3) излучение и теплопроводность

4) конвекция и теплопроводность

5. Какой вид теплопередачи не сопровождается переносом вещества?

1) только теплопроводность2) только конвекция3) только излучение

4) только теплопроводность и излучение

6. Какой(-ие) из видов теплопередачи сопровождается(-ются) переносом вещества?

1) только теплопроводность2) конвекция и теплопроводность3) излучение и теплопроводность

4) только конвекция

7. В таблице приведены значения коэффициента, который характеризует скорость процесса теплопроводности вещества, для некоторых строительных материалов.

В условиях холодной зимы наименьшего дополнительного утепления при равной толщине стен требует дом из

1) газобетона2) железобетона3) силикатного кирпича

4) дерева

8. Стоящие на столе металлическую и пластмассовую кружки одинаковой вместимости одновременно заполнили горячей водой одинаковой температуры. В какой кружке быстрее остынет вода?

1) в металлической2) в пластмассовой3) одновременно

4) скорость остывания воды зависит от её температуры

9. Открытый сосуд заполнен водой. На каком рисунке правильно изображено направление конвекционных потоков при приведённой схеме нагревания?

10. Воду равной массы нагрели до одинаковой температуры и налили в две кастрюли, которые закрыли крышками и поставили в холодное место. Кастрюли совершенно одинаковы, кроме цвета внешней поверхности: одна из них чёрная, другая блестящая. Что произойдёт с температурой воды в кастрюлях через некоторое время, пока вода не остыла окончательно?

1) Температура воды не изменится ни в той, ни в другой кастрюле.2) Температура воды понизится и в той, и в другой кастрюле на одно и то же число градусов.3) Температура воды в блестящей кастрюле станет ниже, чем в чёрной.

4) Температура воды в чёрной кастрюле станет ниже, чем в блестящей.

11. Учитель провёл следующий опыт. Раскалённая плитка (1) размещалась напротив полой цилиндрической закрытой коробки (2), соединённой резиновой трубкой с коленом U-образного манометра (3). Первоначально жидкость в коленах находилась на одном уровне. Через некоторое время уровни жидкости в манометре изменились (см. рисунок).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт излучения.2) Передача энергии от плитки к коробке осуществлялась преимущественно за счёт конвекции.

3) В процессе передачи энергии давление воздуха в коробке увеличивалось.4) Поверхности чёрного матового цвета по сравнению со светлыми блестящими поверхностями лучше поглощают энергию.

5) Разность уровней жидкости в коленах манометра зависит от температуры плитки.

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу.

1) Внутреннюю энергию тела можно изменить только в процессе теплопередачи.2) Внутренняя энергия тела равна сумме кинетической энергии движения молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

3) В процессе теплопроводности осуществляется передача энергии от одних частей тела к другим.4) Нагревание воздуха в комнате от батарей парового отопления происходит, главным образом, благодаря излучению.

5) Стекло обладает лучшей теплопроводностью, чем металл.

Ответы

Источник: https://fizi4ka.ru/ogje-2018-po-fizike/vidy-teploperedachi-teploprovodnost-konvekcija-izluchenie.html

Теплоотдача радиаторов отопления — делаем расчет

На долю конвекции приходится

1. Теплоотдача радиатора: что означает данный показатель

2. Порядок расчета теплоотдачи радиатора отопления
3. Теплоотдача батарей из разных материалов
4. Зависимость степени теплоотдачи от способа подключения
5. Способы, как можно увеличить теплоотдачу

Главным параметром, согласно которому определяют, насколько эффективна работа схемы теплоснабжения и всей отопительной системы, считается теплоотдача батарей отопления.

Этот важный показатель для каждой модели отопительного прибора является индивидуальным. На теплоотдачу влияет вариант подключения радиатора, особенности его места установки и другие моменты.

 Также важно понимать, в чем измеряется отопление и как выполняется его расчет.

Теплоотдача радиатора: что означает данный показатель

Означает термин теплоотдача количество тепла, которое батарея отопления передает в помещение в течение определенного периода времени. Для данного показателя существует несколько синонимов: тепловой поток; тепловая мощность, мощность прибора.

Измеряется теплоотдача радиаторов отопления в Ваттах (Вт). Иногда в технической литературе можно встретить определение этого показателя в калориях в час, при этом 1 Вт =859,8 кал/ч.

 

Осуществляется теплопередача от батарей отопления благодаря трем процессам: 

  • теплообмену;
  • конвекции;
  • излучению (радиации). 

Каждым прибором отопления используются все три варианта переноса тепла, но их соотношение у разных моделей отличается. Радиаторами ранее было принято называть устройства, у которых не меньше 25 % тепловой энергии отдается в результате прямого излучения, но сейчас значение данного термина существенно расширилось. Теперь нередко так называют приборы конвекторного типа.  

Порядок расчета теплоотдачи радиатора отопления

В основе выбора отопительных устройств для установки в доме или квартире лежит максимально точный расчет теплоотдачи радиаторов отопления.

Каждому потребителю с одной стороны хочется сэкономить на обогреве жилья и поэтому нет желания приобретать лишние батареи, но если их будет недостаточно, комфортной температуры достичь не удастся.

   

Способов, как рассчитать теплоотдачу радиатора, существует несколько. 

Вариант первый. Это самый простой способ, как рассчитать батареи отопления, в его основе – количество наружных стен и окон в них.

Порядок вычислений следующий: 

Вариант второй. Он более сложен, но позволяет иметь более точные данные о необходимой мощности приборов.

В данном случае расчет теплоотдачи радиатора (батарей) отопления производится по формуле: 

S x h x41, где  S — площадь помещения, для которого выполняются вычисления;  H — высота комнаты; 41 – минимальная мощность на один кубометр объема помещения. 

Полученный итог будет требуемой теплоотдачей для радиаторов отопления. Далее эту цифру делят на номинальную тепловую мощность, которую имеет одна секция данной модели батареи. Узнать эту цифру можно в инструкции, прилагаемой производителем к своему изделию.

Результатом расчета батарей отопления станет необходимое количество секций, чтобы теплоснабжение конкретного помещения было эффективным. Если полученное число дробное, тогда его округляют в большую сторону. Лучше небольшой избыток тепла, чем его недостаток.

 

Теплоотдача батарей из разных материалов

Выбирая радиатор отопления, следует помнить, что они отличаются по уровню теплоотдачи. Покупке батарей для дома или квартиры должно предшествовать внимательное изучение характеристик каждой из моделей.

Нередко сходные по форме и габаритам приборы обладают разной теплоотдачей. 

Чугунные радиаторы. Эти изделия имеют небольшую поверхность теплоотдачи и отличаются незначительной теплопроводностью материала изготовления.

Номинальная мощность у секции чугунного радиатора, такого как МС-140, при температуре теплоносителя, равного 90°С, составляет примерно 180 Вт, но данные цифры получены в лабораторных условиях (детальнее: «Какая тепловая мощность чугунных радиаторов отопления»).

В основном теплоотдача осуществляется за счет излучения, а на долю конвекции приходится всего лишь 20%. 

В централизованных системах теплоснабжения температура теплоносителя обычно не превышает 80 градусов, а кроме этого часть тепла расходуется при продвижении горячей воды к батарее. В результате температура на поверхности чугунного радиатора составляет около 60°С, а теплоотдача каждой секции равна не более 50-60 Вт.  
Стальные радиаторы. В них сочетаются положительные характеристики секционных и конвекционных приборов. Состоят они, как видно на фото, из одной или нескольких панелей, у которых внутри перемещается теплоноситель. Чтобы теплоотдача стальных панельных радиаторов была больше, с целью повышения мощности к панелям приваривают специальные ребра, функционирующие как конвектор.  К сожалению, теплоотдача стальных радиаторов не сильно отличается от теплоотдачи чугунных радиаторов отопления. Поэтому их преимущество заключается только в относительно небольшом весе и более привлекательном внешнем виде.  Потребителям следует знать, что теплоотдача стальных радиаторов отопления значительно уменьшается в случае снижения температуры теплоносителя. По этой причине, если в системе теплоснабжения будет циркулировать вода, подогретая до 60-70°С, показатели этого параметра могут сильно отличаться от данных, предоставляемых на эту модель производителем. 

Алюминиевые радиаторы. Их теплоотдача намного выше, чем у стальных и чугунных изделий.

Одна секция обладает тепловой мощностью, равной до 200 Вт, но у данных батарей имеется особенность, ограничивающая их применение. Она заключается в качестве теплоносителя.

Дело в том, что при использовании загрязненной воды изнутри поверхность алюминиевого радиатора подвергается коррозийным процессам. 

Поэтому, даже при отличных показателях мощности, батареи из этого материала следует устанавливать в частных домовладениях, где используется индивидуальная отопительная система. 

Биметаллические радиаторы. Данная продукция по показателю теплоотдачи ни в чем не уступает алюминиевым приборам. Тепловой поток у биметаллических изделий в среднем равен 200 Вт, но к качеству теплоносителя они не настолько требовательны. Правда их высокая цена не позволяет многим потребителям установить эти устройства. 

На теплоотдачу отопительных радиаторов влияет не только материал изготовления и температура теплоносителя, циркулирующего по трубам, но и выбранный вариант подсоединения прибора к системе:

  1. Подключение прямое односторонне. Является наиболее выгодным относительно показателя тепловой мощности. По этой причине расчет теплоотдачи радиатора отопления выполняют именно при прямом подключении. 
  2. Диагональное подключение. Его применяют, если к системе планируется подсоединить радиатор, в котором количество секций превысит 12. Такой способ позволяет максимально понизить теплопотери. 
  3. Нижнее подключение. Его используют в том случае, когда батарею присоединяют к стяжке пола, в которой скрыта отопительная система. Как показывает расчет теплоотдачи радиатора, при таком подключении потери тепловой энергии не превышают 10%. 
  4. Однотрубное подключение. Наименее выгодный способ с точки зрения тепловой мощности. Потери теплоотдачи при однотрубном подключении чаще всего достигают 25 — 45%.

Способы, как можно увеличить теплоотдачу

Вне зависимости от мощности радиаторов владельцам домов и квартир все равно хочется повысить их теплоотдачу. Особенно актуальным такое стремление становится с приходом холодного периода года. В зимнюю стужу нередко даже при работе на полную мощность радиатор может не справиться с поддержанием комфортного температурного режима в помещении.

  Существует несколько способов, позволяющих увеличить теплоотдачу приборов отопления:

  1. Регулярное проведение влажной уборки с целью очистки поверхности батарей. Чем чище они будут, тем выше уровень их теплоотдачи. 
  2. Не менее важен момент правильного окрашивания радиатора, особенно это касается чугунных приборов.

    Дело в том, что многослойно нанесенная краска препятствует эффективной теплоотдаче. Перед тем, как приступить к покраске радиатора отопления, следует удалить старый слой. Не менее эффективно применение специальных эмалей, предназначенных для трубопроводов и отопительных приборов, поскольку они имеют низкое сопротивление теплоотдаче.

     

  3. Для обеспечения максимальной мощности, необходимо правильно смонтировать эти устройства.

  4. Среди основных ошибок, допускаемых при монтаже, специалисты отмечают: 
    — наклон батареи;
    — установку прибора слишком близко к напольному покрытию или к стене; 
    — перекрытие доступа к радиаторам предметами обстановки и установка неподходящих отражающих экранов.

     

  5. Для повышения эффективности отопительных батарей не помешает проведение ревизии их внутренней полости. Нередко в процессе подключения батарей отопления к системе образуются заусеницы, из-за которых при эксплуатации образуются засоры, препятствующие свободному передвижению теплоносителя. 
  6. Можно поместить на стену за отопительным прибором теплоотражающий экран, сделанный из фольгированного материала. 

Познавательное видео о теплоотдаче радиаторов отопления:

Рассчитать теплоотдачу радиатора, которая необходима для конкретного помещения, как становится ясно из выше приведенной информации, несложно. Зная ее величину, можно выбрать нужную модель, а затем собственноручно повысить мощность прибора и тем самым обеспечить себе и близким комфортные условия проживания в зимний период. Прочитайте также: «Расчет мощности батарей отопления — как рассчитать самому».

Источник: https://teplospec.com/radiatory-batarei/teplootdacha-radiatorov-otopleniya-delaem-raschet.html

Явление конвекции и примеры конвекции

На долю конвекции приходится

Если приблизить руку к включенной электролампе или поместить ладонь над горячей плитой, можно почувствовать движение теплых потоков воздуха. Тот же эффект можно наблюдать при колебании листа бумаги, помещенного над открытым пламенем. Оба эффекта объясняются конвекцией.

Что представляет собой?

В основе явления конвекции лежит расширение более холодного вещества при соприкосновении с горячими массами. В таких обстоятельствах нагреваемое вещество теряет плотность и становится легче по сравнению с окружающим его холодным пространством. Наиболее точно данная характеристика явления соответствует перемещению тепловых потоков при нагревании воды.

Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Излучение, теплопроводность выступают схожими процессами, однако касаются прежде всего передачи тепловой энергии в твердых телах.

Яркие примеры конвекции – перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения.

Закон Архимеда и тепловое расширение физических тел

Чтобы понять, что представляет собой естественная конвекция, достаточно рассмотреть процесс на примере действия закона Архимеда и явления расширения тел под воздействием теплового излучения.

Так, согласно закону, повышение температуры обязательно приводит к увеличению объемов жидкости. Нагреваемая снизу жидкость в емкостях поднимается выше, а влага большей плотности, соответственно, перемещается ниже.

В случае нагрева сверху более и менее плотные жидкости останутся на своих местах, в таком случае явления не произойдет.

Возникновение понятия

Впервые термин «конвекция» был предложен английским ученым Вильямом Прутом еще в 1834 году. Использовался он для описания перемещения тепловых масс в нагретых, движущихся жидкостях.

Первые теоретические исследования явления конвекции стартовали лишь в 1916 году.

В ходе экспериментов было установлено, что переход от диффузии к конвекции в подогреваемых снизу жидкостях возникает при достижении некоторых критических температурных значений. Позже это значение получило определение «число Роэля».

Оно было так названо в честь исследователя, занимавшегося его изучением. Результаты опытов позволили дать объяснение перемещению тепловых потоков под влиянием сил Архимеда.

Виды конвекции

Существует несколько видов описываемого нами явления – естественная и вынужденная конвекция. Пример перемещения потоков горячего и холодного воздуха в середине помещения как нельзя лучше характеризует процесс естественной конвекции. Что касается вынужденной, то ее можно наблюдать при перемешивании жидкости ложкой, насосом или мешалкой.

Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии.

Отдельным видом выступает так называемая капиллярная конвекция. Происходит процесс при перепадах температуры во время движения жидкости по трубам. В естественных условиях значение такой конвекции наряду с естественной и вынужденной крайне несущественно.

Однако в космической технике капиллярная конвекция, излучение и теплопроводность материалов становятся весьма значимыми факторами. Даже самые слабые конвективные движения в условиях невесомости приводят к затруднению реализации некоторых технических задач.

Конвекция в слоях земной коры

Процессы конвекции неразрывно связаны с естественным образованием газообразных веществ в толще земной коры. Рассматривать земной шар можно как сферу, состоящую из нескольких концентрических слоев. В самом центре располагается массивное горячее ядро, которое представляет собой жидкую массу высокой плотности с содержанием железа, никеля, а также прочих металлов.

Окружающими слоями для земного ядра выступают литосфера и полужидкая мантия. Верхний слой земного шара представляет собой непосредственно земную кору. Литосфера сформирована из отдельных плит, которые находятся в свободном движении, перемещаясь по поверхности жидкой мантии.

В ходе неравномерного нагревания различных участков мантии и горных пород, которые отличаются разным составом и плотностью, происходит образование конвективных потоков.

Именно под воздействием таких потоков возникает естественное преобразование ложа океанов и перемещение несущих континентов.

Отличия конвекции от теплопроводности

Под теплопроводностью следует понимать способность физических тел к передаче тепла посредством движения атомных и молекулярных соединений. Металлы выступают отличными проводниками тепла, так как их молекулы находятся в неразрывном контакте друг с другом. Напротив, газообразные и летучие вещества выступают плохими проводниками тепла.

Как происходит конвекция? Физика процесса основывается на переносе тепла за счет свободного движения массы молекул веществ. В свою очередь, теплопроводность заключается исключительно в передаче энергии между составляющими частицами физического тела. Однако и тот, и другой процесс невозможен без наличия частиц вещества.

Примеры явления

Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха. Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты.

Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа.

Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника.

Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений.

Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии.

На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые воздушные массы при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки.

Хорошие примеры конвекции – образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой.

При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы. Именно по этой причине промышленные трубы, посредством которых происходит выброс вредных веществ в атмосферу, делают максимально высокими.

Наиболее распространенные примеры конвекции в природе и технике

Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить:

  • движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления;
  • образование и движение облаков;
  • процесс движения ветра, муссонов и бризов;
  • смещение тектонических земных плит;
  • процессы, которые приводят к свободному газообразованию.

Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов.

Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла.

За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются.

Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи.

Естественно, для хозяек, которые готовят в духовом шкафу всего лишь несколько раз в год, бытовой прибор с функцией конвекции нельзя назвать техникой первой необходимости. Однако для тех, кто не может жить без кулинарных экспериментов, такое устройство станет просто незаменимым на кухне.

Надеемся, представленный материал оказался полезным для вас. Всего доброго!

Источник: https://FB.ru/article/177287/yavlenie-konvektsii-i-primeryi-konvektsii

Слесарю
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: