Façons de modifier le transfert de chaleur dans la nature et la technologie. Types de transfert de chaleur. Exemples de transfert de chaleur dans la nature et la technologie. Questions à vérifier
8e année
Chapitre: phénomènes thermiques.
Généralisation du sujet : « Types de transfert de chaleur. Exemples de transfert de chaleur dans la nature et la technologie"
Cibles et objectifs leçon:
- En géologie, il s'agit du mouvement lent des matériaux sous la croûte terrestre.
- Eau bouillante - la chaleur est transférée du brûleur au pot, chauffant l'eau en dessous.
- Radiateur - Force l'air chaud en haut et aspire l'air plus frais en bas.
- Tasse de thé chaud - La vapeur montre de la chaleur, est transférée dans l'air.
- Lors de la fonte - la chaleur est transférée à la glace de l'air.
- convection du manteau.
- C'est pour cette raison que les plaques tectoniques se déplacent progressivement autour de la Terre.
- Le matériau chaud est ajouté aux bords de croissance de la plaque, puis refroidi.
Généralisation du matériel sur le sujet: "Types de transfert de chaleur".
Vérifier les compétences et les capacités des étudiants sur des tâches de test pour résoudre des problèmes sur ce sujet.
Enseigner à voir les manifestations des modèles étudiés dans la vie environnante, élargir la compréhension des étudiants de l'image physique du monde en utilisant l'exemple du transfert de chaleur dans la nature et la technologie, élargir les horizons des étudiants.
Exemples quotidiens de convection
La convection se produit lorsque la chaleur est transférée à travers un gaz ou un liquide par un matériau plus chaud se déplaçant dans une zone plus froide. En météorologie, il s'agit du transfert de chaleur et d'autres propriétés atmosphériques par le mouvement des masses d'air, en particulier vers le haut. Cette eau chaude monte alors et l'eau plus froide descend pour la remplacer, provoquant un mouvement circulaire. Cela provoque la fusion du solide au liquide. Ballon - Un réchauffeur à l'intérieur du ballon chauffe l'air et l'air monte. Cela fait monter le ballon parce que l'air chaud pénètre à l'intérieur. Lorsque le pilote veut descendre, il libère une partie de l'air chaud et l'air froid l'absorbe, provoquant la descente du ballon. La substance gelée dégèle. Les aliments surgelés décongèlent plus rapidement sous l'eau courante froide s'ils sont placés dans l'eau. L'action de l'eau courante transfère rapidement la chaleur aux aliments.
Convection en météorologie et géologie
Le manteau rocheux de la Terre se déplace lentement en raison des courants de convection qui transfèrent la chaleur de l'intérieur de la Terre vers la surface. Aux confins de la consommation, la matière se densifie, rétrécit sous l'effet de la chaleur et s'enfonce dans la Terre dans une fosse océanique. Cela provoque la formation de volcans. Circulation océanique - L'eau chaude autour de l'équateur circule vers les pôles, tandis que l'eau plus froide aux pôles se déplace vers l'équateur. Effet de cheminée - Également appelé effet de cheminée, il s'agit du mouvement de l'air entrant et sortant des bâtiments, des cheminées ou d'autres objets en raison de la flottabilité. Dans ce cas, la flottabilité fait référence aux différentes densités d'air entre l'air intérieur et l'air extérieur. La force de flottabilité est augmentée en raison de la plus grande hauteur de la structure et de la plus grande différence entre le niveau de chaleur à l'intérieur et à l'extérieur de l'air. Convection d'étoile - une étoile a une zone de convection où l'énergie est déplacée par convection. En dehors du noyau - la zone de rayonnement dans laquelle le plasma se déplace. Le courant de convection se forme lorsque le plasma monte et que le plasma refroidi descend. Convection gravitationnelle. Cela montre que le sel sec se diffuse vers le bas dans le sol humide car l'eau douce flotte dans l'eau salée. Convection forcée - Cela utilise un ventilateur, une pompe ou un dispositif d'aspiration pour faciliter la convection. ClimatisationChauffage centralTurbines thermiquesÉchangeurs de chaleurChauffage aérodynamique à l'aide d'hélices dans le liquideRadiateur de voiture utilisant du liquideCirculation des gaz d'échappement chez les animaux à sang chaudOndes de choc provenant du four à convection d'explosion.Enseigner la pensée indépendante, la capacité de parler devant un large public.
Développer chez les élèves une activité d'apprentissage active, la capacité de comparer et d'analyser les connaissances acquises. Développer les habiletés de communication, la parole orale des étudiants; développer la curiosité des élèves.
6. Apprendre à utiliser les outils d'information et traiter le matériel extrait.
Qu'est-ce qui transporte l'énergie ?
Pour mieux comprendre quand et comment l'inflammation et la combustion se produisent à la suite d'un incendie de forêt, nous devons discuter des processus physiques qui y sont associés. Notez que le transfert de chaleur fait référence aux processus physiques par lesquels l'énérgie thermique se déplace dans et à travers le combustible non brûlé.
Fait référence au processus physique par lequel l'énergie thermique se déplace d'une zone à une autre. Les méthodes de transfert de chaleur ci-dessus illustrent différentes manières transfert de chaleur. Les branches au-dessus du feu reçoivent de la chaleur par convection et rayonnement. Les troncs d'arbres et les buissons reçoivent de la chaleur du rayonnement du feu. Les combustibles au sol sont préchauffés par conduction et rayonnement. Le chauffage du combustible peut se produire simultanément de toutes ces manières, en fonction de l'emplacement ou de la charge du combustible.
La classe est divisée en groupes. Chaque groupe travaille sur un sujet précis, le temps de travail est de 2 semaines. Il existe une sélection de matériaux pour créer une présentation, un projet à partir de diverses sources d'information (littérature supplémentaire, ressources Internet). Certains étudiants, s'ils le souhaitent, travaillent individuellement.
Création de présentation, projet. Consultations.
Méthodes générales de transfert de chaleur
Nous avons souligné l'importance du transfert de chaleur rayonnante dans le chauffage du combustible et la propagation du feu. Quelle quantité de chaleur sera reçue par le combustible avant le feu ? Bon, ça dépend de l'intensité du feu et de la distance, mais combien ? La première méthode courante de transfert de chaleur est la conduction. La conduction est le transfert de chaleur d'une molécule de matière à une autre. Un exemple de ceci est un feu qui couve à travers un morceau de combustible solide. Comme le bois est généralement un mauvais conducteur de chaleur, la conduction est la moins importante des trois méthodes.
Protection préalable de l'œuvre.
Formes et méthodes de travail :
conversation d'introduction;
Enquête frontale ;
Présentation (projet)
Contrôle intermédiaire sous forme d'enquête test ;
Analyse et correction des connaissances;
Comme matériel d'illustration supplémentaire, l'animation et les modèles interactifs "Transfert de chaleur", "Etude conductivité thermique différente matériaux », « Brise du jour et de la nuit ».
C'est le transfert de chaleur résultant du mouvement de l'air. C'est la montée flottante naturelle de l'air chaud au-dessus d'une source de chaleur qui provoque une circulation automatique dans la masse d'air. Des exemples de convection forcée sont le feu qui se propage du carburant de surface au carburant dans l'air et les colonnes de fumée qui s'élèvent haut dans l'atmosphère. La convection implique également un contact direct avec la flamme, un puissant processus de transfert de chaleur, en particulier dans un feu de tête.
Le rayonnement est le transfert d'énergie thermique par un faisceau passant d'une source de chaleur à un matériau absorbant. Des exemples sont la chaleur reçue du soleil et le préchauffage du combustible devant un front enflammé. Le rayonnement d'un charbon incandescent ou d'une flamme est très fort. C'est pourquoi les pompiers doivent souvent protéger la peau exposée. Le rayonnement est la principale source de transfert de chaleur dans l'hélice. Y a-t-il des exemples donnés pour les trois méthodes de transfert de chaleur, comme une relation entre l'allumage, l'intensité du feu et la vitesse de propagation ?
Ressources et matériaux :
Un ordinateur.
Projecteur multimédia.
Disque animé.
Programme: Microsoft Office PowerPoint 200 3.
PLAN DE COURS:
Présentation.-1 min.
Attaque physique -10 min. : répétition du matériel théorique.
Généralisation du matériel traité -15 min. ( travail étudiant, animation).
Eh bien, ils le devraient, car le comportement d'un incendie est une conséquence et dépend de la manière et de la quantité de transfert d'énergie thermique dans l'environnement de l'incendie. Il existe une quatrième méthode de propagation du feu qui préoccupe beaucoup les pompiers. Il s'agit d'un transfert massif de pompiers qui peut se produire sous l'effet de la convection, du vent ou de la gravité. De petites braises de matériau brûlant peuvent être soulevées dans une colonne de convection et transportées à une certaine distance devant le feu. Le vent, en plus des forts courants de convection, peut transporter des charbons ou des frères de feu sur des distances considérables sous le vent d'un incendie.
Achèvement d'une tâche de test - 8 min. (2 options).
Vérification des résultats -4 min.
Résumé de la leçon. Réflexion -5 min.
Devoirs -2 min.
PENDANT LES COURS.
1. Introduction.
2. Attaque physique – ( ).
3. Généralisation du sujet "Types de transfert de chaleur":
1) soutenance du meilleur projet étudiant ou présentation - ( ) -1 exemple.
Le vent sans portance convective entraînera une détection plus courte des armes à feu. La gravité est également responsable de la détection des armes à feu, mais toujours en descente. En règle générale, plus la pente est raide, plus le problème des taches de matériaux en feu de différentes tailles qui dévalent la pente est important. Dans chacun de ces cas, il s'agit de nouveaux allumages hors du périmètre du feu, et non de la croissance normale du feu.
Détermination du comportement potentiel du feu
Pourquoi certains incendies restent petits alors que d'autres se développent très rapidement ? Que se passe-t-il lorsque le feu devient important en taille et en intensité ? Comment le feu interagit-il avec l'environnement ? Considérons d'abord l'étendue de l'environnement du feu. Pour un très petit feu, l'environnement du feu est limité à quelques pieds horizontalement et verticalement. À mesure que le feu grandit, le degré d'exposition à l'environnement change également. Dans un grand incendie, l'environnement du feu peut s'étendre sur plusieurs kilomètres horizontalement et sur des milliers de pieds verticalement.
2) présentation d'animations et de maquettes interactives "Transfert de chaleur", "Etude des différentes conductivités thermiques des matériaux", "Brises diurnes et nocturnes".
4. Exécution tâches de test . La version informatique est utilisée - tests – ( ).
5. Essais de vérification(un auto-test est effectué ou vous pouvez faire un test en échangeant du travail avec un voisin).
Les grands incendies de grande intensité, de grande ou de petite taille, ont tendance à avoir un effet significatif sur l'atmosphère verticalement. Ceci est démontré par leurs colonnes de convection. Généralement, trois facteurs déterminent le degré de développement vertical d'une convection ou d'une colonne de fumée d'un feu : l'énergie thermique dégagée par le feu, l'instabilité de la basse atmosphère et le vent ascendant.
Un feu de haute intensité créera des changements beaucoup plus forts qui aideront à construire des colonnes de convection à plusieurs milliers de pieds dans l'atmosphère. Ceci est parfois appelé feu 3D. Les feux de faible intensité créeront de faibles élévations au bord du feu, qui alimenteront une fumée faible et faible ou une colonne de convection au-dessus du feu. C'est ce que nous appelons parfois le feu bidimensionnel.
Fournissant une vérification rapide, et surtout, chaque étudiant a la possibilité de connaître immédiatement le résultat de son travail et les questions auxquelles il doit prêter attention.
Résumé de la leçon. Réflexion.
Eh bien, notre leçon touche à sa fin. Dans l'atmosphère et l'environnement dans lesquels nous avons travaillé aujourd'hui, chacun de vous s'est senti différemment. Et maintenant, j'aimerais que vous évaluiez quelle partie de la leçon était la plus intéressante (déclarations des élèves).
Ces images illustrent des environnements de feu ouverts et fermés. Sur la gauche, nous voyons le feu brûlant à tous les niveaux de végétation et exposé à divers vents et autres éléments météorologiques. Il sera facilement affecté par tout changement atmosphérique, et le comportement du feu peut changer considérablement en raison des changements de vent, etc. à droite, un feu brûle sous la canopée de la forêt. Ceci est quelque peu similaire à un incendie structurel brûlant à l'intérieur d'un bâtiment. Les conditions à l'extérieur du bâtiment ont relativement peu d'effet sur le feu à l'intérieur. Ces incendies restent généralement de faible intensité.
Les énigmes peuvent être résolues pour toujours.
L'univers est, après tout, infini.
Merci à tous pour la leçon
Et surtout, qu'il était pour l'avenir !
J'ai vraiment apprécié travailler avec vous. Et maintenant, résumons votre travail dans la leçon d'aujourd'hui (notation).
7. Devoirs :§1, p.178. Vous pouvez représenter sur papier les phénomènes physiques observés et discutés dans la leçon sous forme d'images amusantes, de bandes dessinées
Cependant, une fois qu'un incendie se déclare hors d'un bâtiment ou sort à travers le couvert forestier, l'intensité et la propagation du feu peuvent augmenter considérablement car les conditions atmosphériques extérieures influencent le feu. N'oubliez pas que tout feu de forêt est une source de chaleur qui peut interagir et interagira avec son environnement naturel. La taille de cette sphère d'influence dépendra de la taille et de l'intensité ou de la production d'énergie thermique du feu. L'emplacement physique du feu et l'effet d'abri du paysage et de la végétation environnants sont souvent un facteur contribuant au comportement potentiel de ce feu.
Bibliographie:
Proyanenkova L.A., Stefanova GP, Krutova I.A. Cours de physique sur le thème "Phénomènes thermiques". Astrakhan, 2003.
MOI. Tulchinski. Questions et problèmes qualitatifs en physique.
Manuel de physique 8 cellules. Perychkine A.V.
V.N. Lange. Tâches expérimentales en physique pour l'ingéniosité.
AV Usova. Méthodes d'enseignement de la physique en 7e et 8e année.
Comparons à nouveau les incendies de faible intensité avec les incendies de forte intensité. On peut généraliser en disant que lorsque faible intensité environnement d'incendie contrôle essentiellement le feu. La sphère d'influence est très petite et le feu ne provoque qu'une faible modification des éléments météorologiques à proximité immédiate du feu. D'autre part, les incendies de haute intensité peuvent contrôler en grande partie environnement. La sphère d'influence devient beaucoup plus grande et les incendies de haute intensité peuvent modifier considérablement les éléments météorologiques à proximité et à proximité de l'incendie.
A.E. Maron, E.F. Maron. Matériel didactique en physique. 8e année.
Ivanov Vitaly 8 "z"
Présentation pour le résumé de l'élève de 8e année, Vitaliy Ivanov. La présentation a clairement analysé les problèmes de transfert de chaleur dans la nature et la technologie.
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- L'environnement contrôle le feu.
- La sphère d'influence est très petite.
- Modification mineure des éléments météorologiques à proximité immédiate de l'incendie.
- Le feu peut contrôler l'environnement.
- La sphère d'influence s'agrandit.
- Peut modifier considérablement les éléments météorologiques à proximité ou à proximité du feu.
Légendes des diapositives :
"Exemples de transfert de chaleur dans la nature et la technologie" Complété par Ivanov Vitaly 8 "z"
Introduction
Concepts de base Le processus de modification de l'énergie interne sans faire de travail sur le corps ou sur le corps lui-même s'appelle le transfert de chaleur. Le transfert d'énergie des parties les plus chauffées du corps vers les moins chauffées en raison du mouvement thermique et de l'interaction des particules est appelé conductivité thermique. En convection, l'énergie est transférée par les jets de gaz ou de liquide eux-mêmes. Le rayonnement est le processus de transfert de chaleur par rayonnement. Le transfert d'énergie par rayonnement diffère des autres types de transfert de chaleur en ce qu'il peut être réalisé dans un vide complet.
Concepts de base
Exemples de transfert de chaleur dans la nature et la technologie
Vents Tous les vents dans l'atmosphère sont des courants de convection à grande échelle.
La convection des vents explique, par exemple, les vents et les brises qui se produisent sur les rives des mers. Les jours d'été, la terre se réchauffe par le soleil plus rapidement que l'eau, de sorte que l'air au-dessus de la terre se réchauffe plus qu'au-dessus de l'eau, sa densité diminue et la pression devient inférieure à la pression de l'air plus froid au-dessus de la mer. En conséquence, comme dans les vases communicants, l'air froid se déplace en aval de la mer vers le rivage - le vent souffle. C'est la brise du jour. La nuit, l'eau se refroidit plus lentement que la terre, et au-dessus de la terre, l'air devient plus froid qu'au-dessus de l'eau. Une brise nocturne se forme - le mouvement de l'air froid de la terre vers la mer.
Tirant d'eau Nous savons que la combustion de carburant est impossible sans apport d'air frais.
Tirage Si l'air ne pénètre pas dans la fournaise, la fournaise ou le tuyau du samovar, la combustion du combustible s'arrêtera. Utilisez généralement un apport d'air naturel - courant d'air. Pour créer une traction au-dessus du four, par exemple, dans les chaufferies des usines, des usines, des centrales électriques, un tuyau est installé. Lorsque le carburant brûle, l'air qu'il contient se réchauffe. Cela signifie que la pression de l'air dans le four et le tuyau devient inférieure à la pression de l'air extérieur. En raison de la différence de pression, de l'air froid pénètre dans le four et de l'air chaud monte - un courant d'air se forme.
Tirage Plus le tuyau construit au-dessus de la fournaise est haut, plus la différence de pression entre l'air extérieur et l'air dans le tuyau est grande. Par conséquent, la poussée augmente avec l'augmentation de la hauteur du tuyau.
Chauffage et refroidissement des locaux d'habitation Les résidents des pays situés dans les zones tempérées et froides de la Terre sont obligés de chauffer leurs maisons.
Chauffage et refroidissement des locaux d'habitation Dans les pays situés dans les zones tropicales et subtropicales, la température de l'air même en janvier atteint + 20 et + 30 C. Des appareils qui refroidissent l'air dans les locaux sont utilisés ici. Le chauffage et le refroidissement de l'air intérieur sont basés sur la convection.
Chauffage et refroidissement des locaux d'habitation Il est conseillé de placer les dispositifs de refroidissement en haut, plus près du plafond, de sorte que convection naturelle. Après tout, l'air froid a une plus grande densité que l'air chaud et va donc couler.
Chauffage et refroidissement des locaux d'habitation Les appareils de chauffage sont situés en bas. De nombreuses grandes maisons modernes sont équipées d'un chauffe-eau. La circulation de l'eau dans celle-ci et le chauffage de l'air dans la pièce se produisent par convection.
Chauffage et refroidissement des locaux d'habitation Si l'installation de chauffage est située dans le bâtiment lui-même, une chaudière est installée au sous-sol, dans laquelle l'eau est chauffée. L'eau chaude monte à travers un tuyau vertical de la chaudière dans un réservoir, qui est généralement placé dans le grenier de la maison. Un système de tuyaux de distribution est réalisé à partir du réservoir, à travers lequel l'eau passe aux radiateurs installés à tous les étages, elle leur donne sa chaleur et retourne à la chaudière, où elle est à nouveau chauffée. Il y a donc une circulation naturelle de l'eau - la convection.
Chauffage et refroidissement résidentiels Les grands bâtiments utilisent des installations plus complexes. Eau chaude est fourni à plusieurs bâtiments à la fois à partir d'une chaudière installée dans une pièce spéciale. L'eau est entraînée dans bâtiments à l'aide de pompes, c'est-à-dire qu'ils créent une convection artificielle.
Transfert de chaleur et flore La température de la couche d'air inférieure et de la couche superficielle du sol a grande importance pour le développement des plantes.
Transfert de chaleur et flore Dans la couche d'air adjacente à la Terre et la couche supérieure du sol, des changements de température se produisent. Le jour, le sol absorbe de l'énergie et se réchauffe ; la nuit, au contraire, il se refroidit. Son chauffage et son refroidissement sont influencés par la présence de végétation. Ainsi, un sol sombre et labouré est plus fortement chauffé par rayonnement, mais se refroidit plus rapidement qu'un sol recouvert de végétation.
Transfert de chaleur et flore L'échange de chaleur entre le sol et l'air est également influencé par les conditions météorologiques. Les nuits claires et sans nuages, le sol se refroidit fortement - le rayonnement du sol s'échappe librement dans l'espace. Lors de telles nuits au début du printemps, des gelées au sol sont possibles. Si le temps est nuageux, alors les nuages recouvrent la Terre et jouent le rôle d'une sorte d'écran qui protège le sol des pertes d'énergie par rayonnement.
Transfert de chaleur et flore L'un des moyens d'augmenter la température de la surface du sol et de l'air du sol sont les serres, qui permettent une meilleure utilisation du rayonnement solaire. La zone du sol est recouverte de cadres en verre ou de films transparents.
Transfert de chaleur et flore Le verre transmet bien le rayonnement solaire visible qui, tombant sur un sol sombre, le réchauffe, mais le transmet pire rayonnement invisibleémis par la surface chaude de la terre. De plus, le verre (ou le film) empêche le mouvement d'air chaud vers le haut, c'est-à-dire la mise en œuvre de la convection. De cette manière, le verre de serre agit comme un "piège" pour l'énergie. A l'intérieur des serres, la température est plus élevée que sur un sol non protégé, d'environ 10 °C.
Thermos Le transfert de chaleur d'un corps plus chaud à un plus froid conduit à l'égalisation de leurs températures.
Thermos Par conséquent, si vous apportez, par exemple, une bouilloire chaude dans la pièce, elle se refroidira. Une partie de son énergie interne passera aux corps environnants. Pour éviter que le corps ne se refroidisse ou ne se réchauffe, le transfert de chaleur doit être réduit. En même temps, ils s'efforcent de s'assurer que l'énergie n'est transférée par aucun des trois types de transfert de chaleur : convection, conduction thermique et rayonnement.
Thermos Il se compose d'un récipient en verre à double paroi. La surface intérieure des parois est recouverte d'une couche de métal brillant et l'air est pompé hors de l'espace entre les parois du récipient. L'espace sans air entre les murs ne conduit pas la chaleur, la couche brillante, due à la réflexion, empêche le transfert d'énergie par rayonnement. Pour protéger le verre des dommages, le thermos est placé dans un étui en carton ou en métal. Le récipient est scellé avec un bouchon et un capuchon est vissé sur le dessus du boîtier.
Merci pour votre attention!