Как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой


Вопросы § 5

1.Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.

Воздух, соприкасаясь с нагретой лампой, нагревается, расширяется и становится менее плотным, чем окружающий его холодный воздух. Под действием архимедовой силы нагретый воздух вверх выталкивается, а его место занимает холодный воздух.

2. Объясните, как происходит нагревание воды в колбе, поставленной на огонь.

При нагревании снизу нижний слой воды раньше нагревается, чем верхний, становится менее плотным, поднимается вверх, а вниз опускаются более тяжелые холодные слои. Снова происходит нагрев слоя, поднятие и опускание. При этом холодные и теплые слои воды постоянно перемешиваются. Так происходит равномерный прогрев всей жидкости.

3. В чём состоит явление конвекции?

Конвекция как вид теплопередачи — это перенос энергии самими нагретыми струями газа или жидкости.

4. Чем отличается естественная конвекция от вынужденной?

Естественная конвекция происходит свободно за счет перемещений нагретых слоев воздуха или жидкости. При вынужденной конвекции в ход идут для дополнительного перемешивания лопатки, ложки, насосы и т.п. средства для перемешивания.

5. Почему жидкости и газы нагревают снизу?

Жидкости и газы нагревают снизу, чтобы происходила конвекция и разогревался весь объем, а не только их верхняя часть.

6. Почему конвекция невозможна в твёрдых телах?

В твердых телах конвекция невозможна, так как частицы в твердых телах могут лишь колебаться около положения равновесия. Следовательно невозможно и перемещение одних частиц относительно других.

Как движется тепло?

Как движется тепло?

Как движется тепло?

Тепло движется тремя способами: излучением, теплопроводностью и конвекцией.

Излучение происходит, когда тепло движется в виде энергетических волн, называемых инфракрасными волны, прямо от источника к чему-то еще. Вот как жар от Солнце попадает на Землю. Фактически, все горячее излучает тепло в более прохладный вещи. Когда тепловые волны ударяются о более прохладную вещь, они заставляют молекулы более холодный объект ускоряется.Когда молекулы этого объекта ускоряются, объект становится горячее.

Инфракрасные волны являются частью спектра энергетических волн, известных как электромагнитные спектр. Электромагнитный спектр включает в себя все виды энергии, которые могут путешествовать в волнах, включая свет, тепло, рентгеновские лучи, радиоволны, ультрафиолетовые волны и микроволновые печи.

Все эти виды волн содержат много энергии. Кроме того, все они могут путешествовать через глубокий космос.Вот почему мы можем видеть солнечный свет от звезд миллиарды света лет прочь. Свет от них излучается к нам.

Проводимость - это еще один способ перемещения тепла. Тепло - это форма энергии, и когда она вступает в контакт с материей (что угодно к которому вы можете прикоснуться физически) он заставляет атомы и молекулы двигаться. однажды атомы или молекулы движутся, они сталкиваются с другими атомами или молекулами, заставляя их тоже двигаться. Затем они сталкиваются с другими молекулами и заставляют их тоже двигаться.Таким образом, тепло передается через материю.

Проводимость - это то, что делает ручку кастрюли горячей, когда только дно горшок касается плиты. Тепло от горелки запускает молекулы в контакт с горелкой начинают двигаться. Эти молекулы сталкиваются с другими в горшок, который ударяет других, пока все молекулы в горшке, в том числе в ручка, двигаются. Когда кто-то дотрагивается до ручки кастрюли, он чувствует жар.Тепло переместилось от горелки к руке повара за счет теплопроводности.

Проводимость - важный способ распространения тепла в космосе, но только в пределах космического корабля. Поскольку в глубоком космосе очень мало материи, тепло не может покинуть космический корабль за счет теплопроводности.

Конвекция - очень важный способ нагрева движется по Земле, но в космосе не имеет большого значения. Конвекция происходит, когда вещество, которое может течь, например вода или воздух, нагревается в присутствии сила тяжести.Когда воздух или вода находятся в присутствии силы тяжести, сила тяжести тянет все это вниз. Нижняя часть воздуха или воды становится плотнее, потому что тянется вниз, а также под действием веса молекул наверху из этого.

Когда на дне этого воздуха или воды присутствует тепло, молекулы воздуха или воды при контакте с теплом начинают двигаться, и молекулы расходятся. В нагретый воздух или вода становятся менее плотными. Он поднимается вверх, пока не попадет в воздух или вода с той же плотностью, что и у нее, и когда она попадает туда, она толкает воздух или вода, которые не мешали.В то же время новый воздух или вода заполняет пространство, которое было освобождено, когда нагретые молекулы поднялись вверх. Воздух или вода, которую выталкивают с дороги, падает. Это устанавливает круговой движение. Воздух или вода внизу нагреваются, поднимаются наверх, охлаждают, плотнее, падает, снова нагревается и весь цикл начинается заново. Конвекция не происходит в космосе, потому что нет гравитации.

Духовки работают за счет конвекции.Змеевики на дне духовки нагревают воздух, который поднимается наверх, немного остывает и снова падает.


Что такое тепло?
Что может пойти не так на DS1, если станет слишком холодно?
Что может пойти не так на DS1, если слишком много тепла?

Получит ли DS1 нагревается непосредственно солнцем?
Ли тепло путешествует в космосе иначе, чем на Земле?
Что роль Солнца в космических миссиях вроде DS1?

Что еще формы энергии, которые космический корабль выпускает в космос?
Что делает EM радиация?
Где энергия приходит и уходит?
Что происходит с теплом, когда оно попадает в космос?


.

Как работает система кондиционирования воздуха?

Если вы живете в жарком климате, нет ничего лучше, чем сохранять прохладу с помощью системы кондиционирования воздуха. Но как именно они работают?

Здесь мы пытаемся ответить на этот самый вопрос и исследовать, какие типы систем переменного тока существуют. Поскольку отопление, вентиляция и кондиционирование воздуха (HVAC) - это очень сложная инженерная область, мы должны отметить, что это не является исчерпывающим руководством и должно рассматриваться как краткий обзор.

СВЯЗАННЫЙ: КАК ЛЮДИ СОХРАНЯЮТ ОХЛАЖДЕНИЕ ДО КОНДИЦИОНЕРА ВОЗДУХА

Как работает кондиционер?

Короче говоря, они работают как обычный кухонный холодильник. И в системах кондиционирования, и в холодильниках используется одна и та же технология - цикл охлаждения.

В системах, использующих преимущества этого цикла, используются специальные химические вещества, называемые хладагентами (в некоторых системах вода), для поглощения и / или выделения энергии для нагрева или охлаждения воздуха.Когда эти химические вещества сжимаются компрессором агрегата AC, хладагент меняет состояние с газа на жидкость и выделяет тепло в конденсаторе .

При охлаждении помещения этот процесс происходит за пределами рассматриваемого пространства. Этот холодный воздух под высоким давлением перекачивается во внутренний блок и возвращается обратно в газ с помощью расширительного клапана системы .

Это, как следует из названия, вызывает расширение жидкого хладагента обратно в газовую форму.По мере расширения хладагент «втягивает» тепло и вызывает охлаждение воздуха в рассматриваемом пространстве в испарителе системы кондиционирования воздуха .

Этот теперь расширенный и «горячий» газ далее транспортируется в компрессор системы, и цикл начинается снова.

Чтобы визуализировать это, представьте губку как хладагент, а воду как «тепло». Когда вы сжимаете промокшую губку (компрессор и конденсатор), вода выталкивается наружу и выделяется тепло в нашей аналогии. Когда вы отпускаете губку (расширительный клапан и испаритель), она расширяется и, по нашей аналогии, может поглотить больше воды или тепла.

В основе этого цикла лежат научные принципы термодинамики, закон Бойля, закон Шарля и законы Ги-Люссака.

В первую очередь факт «жидкость, расширяющаяся в газ, извлекает или забирает тепло из окружающей среды». - Система кондиционирования и отопления Goodman.

В этом смысле кондиционер и холодильники работают, «перемещая» или «перекачивая» энергию из одного места в другое. В большинстве случаев блоки переменного тока будут передавать «тепло» из вашей комнаты, офиса или дома и выбрасывать его в воздух за пределами вашего дома или офиса.

Источник: Pixabay

Этот цикл является обратимым и может использоваться для обогрева вашей комнаты или всего вашего дома в холодные месяцы, но эта функция обычно зарезервирована для систем, называемых тепловыми насосами .

Основное различие между холодильником и блоком переменного тока состоит в том, что блок имеет тенденцию разделяться на две отдельные части; внешний конденсатор (или чиллер) и внутренний блок.

Холодильники, с другой стороны, являются одним автономным блоком (хотя некоторые блоки переменного тока также могут быть).

Любое тепло, удаляемое из его внутренней части, сбрасывается в ту же комнату в задней части устройства. Это основная причина, по которой вы никогда не сможете использовать холодильник в качестве самостоятельного блока переменного тока; если, конечно, вы не проделаете дыру в стене позади него.

Вы можете проверить это, прикоснувшись (будьте осторожны, он может сильно нагреться) к задней части холодильника во время его работы. Он должен быть теплым или горячим на ощупь.

Какие существуют типы систем кондиционирования воздуха?

Блоки переменного тока сегодня бывают самых разных форм и размеров, от массивных систем воздуховодов в офисах и промышленных зданиях до небольших домашних систем переменного тока, с которыми вы, вероятно, более знакомы.

Некоторые из более крупных установок имеют очень большие наружные холодильные агрегаты, которые могут иметь водяное или воздушное охлаждение, а в старых системах - градирни. Они соединены изолированными трубами для перекачивания хладагента для кондиционирования воздуха внутри большого или набора больших агрегатов, называемых установками кондиционирования воздуха (AHU).

Эти системы могут быть очень сложными с нагревательными элементами, увлажнителями и фильтрами для очень точного контроля температуры и качества воздуха в помещениях в здании, которые они обслуживают.Они также, как правило, поставляются со сложными системами рекуперации тепла для уменьшения количества электричества (или газа), необходимого для нагрева / охлаждения воздуха в системе.

Они бывают двух основных форм; Постоянный объем воздуха (CAV) и переменный объем воздуха (VAV) , который определяет степень, в которой регулируется воздушный поток вокруг воздуховодов системы.

Им также можно управлять с помощью очень сложных систем программного обеспечения, датчиков и исполнительных механизмов, называемых системами управления зданием (BMS).

Эти большие системы отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха «всасывают» свежий наружный воздух и при необходимости нагревают / охлаждают его перед транспортировкой по воздуховодам в требуемые зоны.Эти системы также могут иметь терминалы повторного нагрева или фанкойлы для дальнейшего улучшения темперирования подаваемого воздуха в зону.

Более современные установки отказываются от централизованных AHU в пользу систем фанкойлов или «внутренних блоков», которые напрямую связаны с одним или несколькими «наружными» блоками переменного тока. Они называются системами с регулируемым потоком охлаждения (VRF), которые регулируют воздух непосредственно в месте использования.

Но большинство людей привыкло к тепловым насосам с раздельным или многократным распределением воздуха (ASHP) или к агрегатам кондиционирования воздуха для отдельных помещений.Они гораздо больше похожи на холодильники и чаще всего устанавливаются в домашних условиях.

Но следует также отметить, что существуют различные другие системы, использующие тот же принцип, например, геотермальные тепловые насосы (GSHP). Они используют землю в качестве «свалки» или источника тепла вместо воздуха или источника тепла. И ASHP, и GSHP также могут подключаться к обычным радиаторным системам или системам теплого пола вместо обычного газового котла с некоторыми изменениями.

Как работает кондиционер в автомобилях?

Проще говоря, кондиционер в автомобиле работает точно так же, как и любой другой блок переменного тока.Единственная разница в том, что они должны быть достаточно компактными, чтобы поместиться в автомобиле.

Чиллерная часть системы (с расширительным клапаном и испарителем) обычно устанавливается за приборной панелью автомобиля. Другой рабочий конец системы (компрессор и конденсатор), как правило, располагается рядом с решеткой радиатора автомобиля - туда, куда вы едете, вдувается свежий воздух.

Обе части соединены цепью труб, по которым хладагент проходит между агрегатами во время работы.В отличие от более крупных агрегатов, используемых в зданиях, сам агрегат в автомобилях, как правило, приводится в действие коленчатым валом автомобиля, другими словами, он приводится в действие двигателем.

Эти системы обычно также поставляются с обогревателем и осушителями для кондиционирования воздуха по мере необходимости. Как и в случае создания систем переменного тока, автомобильный блок переменного тока преобразует хладагент между газом и жидкостью, высоким и низким давлением и высокой и низкой температурой по мере необходимости.

Дешевле оставить кондиционер на весь день?

Проще говоря, нет.Причина этого в том, что, оставив систему переменного тока на весь день, вы получите:

1. Не используйте энергию без необходимости, если вас нет дома или комнаты / зоны не используются.

2. Работа системы приводит к ее износу. Это сокращает срок его службы.

Также убедитесь, что окна закрыты или установлена ​​защита от сквозняков, когда кондиционер работает. В конце концов, вы же не хотите «кондиционировать» мир.

Вам также следует убедиться, что вы используете внешние устройства затенения (например, навес или стратегически посаженные деревья), чтобы уменьшить «солнечное излучение» или пассивное отопление вашего дома солнечным светом.

Другие меры включают улучшение теплоизоляции вашего дома, поддержание в хорошем состоянии систем кондиционирования (особенно фильтров) и использование потолочных вентиляторов для улучшения внутреннего смешивания воздуха (т. Е. Предотвращения расслоения горячего воздуха около потолка или наоборот. ).

Если вас действительно беспокоят счета за электроэнергию, связанные с вашими системами переменного тока, вы можете сделать свою систему переменного тока «умнее». Используя домашнюю BMS, интеллектуальные датчики (термостаты и погодную компенсацию), зональный контроль и другие энергоэффективные меры, вы можете значительно повысить эффективность и снизить стоимость ваших систем переменного тока.

Вам также следует использовать решения «бесплатного» охлаждения и обогрева, подумав об использовании природы, чтобы помочь вам. Правильное использование естественной вентиляции для охлаждения или обогрева вашего дома резко сократит затраты на использование энергии, связанной с отоплением / охлаждением, путем ее отключения.

Но это возможно только в том случае, если качество воздуха за пределами вашего дома позволяет это. Например, проживание в большом городе с «грязным воздухом» может ограничить вашу способность использовать эту бесплатную форму отопления и охлаждения.

Как работает кондиционер с обратным циклом?

Системы кондиционирования воздуха с обратным циклом или тепловые насосы, как они более широко известны, работают так же, как и любые другие блоки переменного тока. Исключением является то, что они специально разработаны, чтобы иметь возможность по желанию полностью изменить цикл.

Как и другие системы переменного тока, они также могут фильтровать и осушать воздух по мере необходимости.

.

Как работает кондиционер? (с иллюстрациями)

Вопреки распространенному мнению, кондиционер (кондиционер) предназначен не для добавления прохладного воздуха в комнату, а для отвода тепла от нее. Конечным результатом является пространство со значительно меньшим количеством тепла, что делает его более прохладным для пассажиров. Кондиционер использует эффект испарения, так же как тампон со спиртом делает кожу человека более прохладной по мере испарения жидкости. Спирт не снижает температуру кожи человека, а скорее отводит тепло из воздуха, превращаясь в газ.

Кондиционер работает, отводя горячий воздух из комнаты.

Кондиционеры содержат специальный химикат, называемый хладагентом, который обладает уникальной способностью превращаться из газа в жидкость за короткое время. В кондиционерах обычно используется хладагент под названием фреон, хотя существуют и другие коммерческие хладагенты.Хладагент закачивается в агрегат на заводе вместе с небольшим количеством смазочного масла для компрессора.

Термостат, подключенный к системе кондиционирования воздуха.

Части типичного кондиционера обычно образуют замкнутую систему, состоящую из компрессора, конденсатора, расширительного клапана и термостата.Вентиляторы с электроприводом помогают циркулировать кондиционированный воздух, а тонкие металлические ребра позволяют быстро рассеивать тепло. Самой тяжелой частью типичного кондиционера часто является компрессор, поскольку он должен быть достаточно сильным, чтобы выдерживать значительное давление.

Центральный кондиционер.

Процесс охлаждения участка начинается с того, что хладагент входит в компрессор, обычно расположенный в нижней части агрегата. На данный момент хладагент представляет собой холодный газ. Когда газ поступает во внутреннюю камеру компрессора, компрессор сжимает хладагент, и этот газ становится очень горячим под высоким давлением. Этот горячий газ проходит через серию конденсирующих змеевиков, расположенных вне охлаждаемого помещения.Тепло рассеивается в наружный воздух, так же как радиатор автомобиля отводит тепло от охлаждающей жидкости двигателя. Когда хладагент достигает конца этих змеевиков, он становится значительно холоднее и находится в жидкой форме.

В кондиционерах обычно используется хладагент под названием фреон.

Эта жидкость по-прежнему находится под высоким давлением, как содержимое аэрозольного баллона. В случае кондиционирования воздуха жидкий хладагент пропускается через очень маленькое отверстие, называемое расширительным клапаном. Жидкий хладагент выходит из другого конца расширения в очень небольшом количестве за раз. Поскольку хладагент испаряется при гораздо более низкой температуре, чем вода, он начинает испаряться, проходя через другой набор змеевиков. Именно это действие испарения отводит тепло из окружающего воздуха, включая воздух, содержащийся в комнате.Вентилятор устройства обдувает металлические ребра, расположенные над этими змеевиками, вызывая ощущение охлаждения в комнате.

В этот момент жидкий хладагент снова превратился в холодный газ и снова попадает в компрессор, где весь процесс начинается снова, пока термостат не зафиксирует определенную температуру и не отключит компрессор.Когда комната нагревается, термостат определяет добавленное тепло, и компрессор снова включается, чтобы создать больше горячего газа под давлением. В какой-то момент температура в комнате может сравняться с охлаждающей способностью кондиционера, и компрессор снова отключится. Системы кондиционирования воздуха в большинстве домов действительно выигрывают от энергосберегающих шагов, таких как использование оконных штор и закрытие дверей, поскольку им не нужно прилагать столько усилий, чтобы поддерживать в комнате приемлемый уровень прохлады.

Кондиционер работает не за счет охлаждения воздуха, а за счет отвода тепла и влажности из воздуха..

Как работают радиаторы | HowStuffWorks

Тепло может передаваться тремя способами: конвекцией, излучением и теплопроводностью. Проводимость - это способ передачи тепла в твердом теле и, следовательно, способ его передачи в радиаторе. Проводимость возникает, когда два объекта с разной температурой контактируют друг с другом. В точке встречи двух объектов более быстро движущиеся молекулы более теплого объекта врезаются в более медленные молекулы более холодного объекта.Когда это происходит, более быстро движущиеся молекулы от более теплого объекта передают энергию более медленным молекулам, которые, в свою очередь, нагревают более холодный объект. Этот процесс известен как теплопроводность , - это то, как радиаторы отводят тепло от процессора компьютера.

Радиаторы обычно изготавливаются из металла, который служит проводником тепла, отводящим тепло от процессора. Однако у каждого типа металла есть свои плюсы и минусы. Во-первых, каждый металл имеет разный уровень теплопроводности.Чем выше теплопроводность металла, тем эффективнее он передает тепло.

Объявление

Одним из наиболее распространенных металлов, используемых в радиаторах, является алюминий. Алюминий имеет теплопроводность 235 Вт на Кельвин на метр (Вт / м · К). (Число теплопроводности, в данном случае 235, относится к способности металла проводить тепло. Проще говоря, чем выше показатель теплопроводности металла, тем больше тепла может проводить металл.) Алюминий также дешев в производстве и имеет небольшой вес. Когда прикреплен радиатор, его вес создает определенную нагрузку на материнскую плату, для которой материнская плата предназначена. Тем не менее, легкий алюминиевый корпус полезен тем, что добавляет небольшой вес и нагрузку на материнскую плату.

Медь - один из лучших и наиболее распространенных материалов, используемых для изготовления радиаторов. Медь имеет очень высокую теплопроводность - 400 Вт / мК. Однако он тяжелее алюминия и дороже.Но для операционных систем, требующих значительного отвода тепла, часто используется медь.

Так куда же девается тепло, когда оно отводится от процессора через радиатор? Вентилятор внутри компьютера перемещает воздух через радиатор и выходит из компьютера. На большинстве компьютеров непосредственно над радиатором установлен дополнительный вентилятор, который помогает должным образом охлаждать процессор. Радиаторы с этими дополнительными вентиляторами называются активными радиаторами , а радиаторы с одним вентилятором называются пассивными радиаторами .Наиболее распространенным вентилятором является корпусный вентилятор , который забирает холодный воздух снаружи компьютера и продувает его через компьютер, вытесняя горячий воздух сзади.

.

Смотрите также