A hő terjedése létrejöhet hővezetéssel, hősugárzással és hőáramlással

Az előadások a következő témára: "A hő terjedése létrejöhet hővezetéssel, hősugárzással és hőáramlással"— Előadás másolata:

1 A hő terjedése létrejöhet hővezetéssel, hősugárzással és hőáramlással
HŐTANI JELENSÉGEK A hő terjedése létrejöhet hővezetéssel, hősugárzással és hőáramlással

2 Hővezetés esetén a hő a testben részecskéről részecskére halad
Hőáramláskor a részecskék elmozdulnak helyükről Hősugárzáskor a hő áthatol a közegen, míg el nem nyelődik A hőtani jelenségeket azon természetüknél fogva tárgyaljuk, hogy mi változik az adott jelenség esetén az anyagban

3 HŐVEZETÉS (Fourier) Hővezetésről akkor beszélünk, ha a hőenergia úgy terjed, hogy közben az anyag nem mozog

4 Ennek a jelenségnek a magyarázata a hővezetésben rejlik.
Tény: Forró italba (például kávéba, teába) kiskanalat téve, a kanál vége egy kis időn belül forróvá válik Magyarázat: Ennek a jelenségnek a magyarázata a hővezetésben rejlik. A kanál folyadékban lévő vége melegszik a forró folyadéktól és ez a melegedés adódik át atomról atomra, végül elérkezve a kanál másik végéhez, ami így meleggé válik. Ebben a folyamatban a hőenergia úgy terjed a kanálban, hogy a kanál maga nem mozdul el!

5 Hővezetés A szilárd testekben és nyugvó közegekben (folyékony vagy gáz) lezajló hőterjedési jelenség. Stacionárius körülmények között az egységnyi keresztmetszeten vezetéssel átvitt hő egyenesen arányos a hőmérsékletkülönbséggel és fordítottan arányos a távolsággal.  (W/m·K) a hővezetési tényező, anyagjellemző

6 Az anyagokat hővezetés szempontjából két nagy csoportba soroljuk
Az anyagokat hővezetés szempontjából két nagy csoportba soroljuk. Vannak jó hővezető anyagok, mint például a fémek, és vannak rossz hővezető agyagok, mint például a fa és a műanyagok. Néhány anyag hővezetési tényezője (W/mK) ezüst réz alumínium sárgaréz víz acél ólom üveg ,6 - 1 téglafal ,3 - 0,6 fa ,2 - 0,5 gyapjúszövet ,05 levegő ,02

7 Miért nem hal ki a tavak élővilága télen sem?
A jég is rossz hővezető, ezért a mélyebb tavak nem fagynak be fenékig, élővilága nem hal ki télen sem. Milyen hőterjedési módot nevezünk hővezetésnek? Hővezetésről akkor beszélünk, ha a hőenergia úgy terjed, hogy közben az anyag nem mozog Írja fel és értelmezze a hővezetés FOURIER-féle alapegyenletét! Stacionárius körülmények között az egységnyi keresztmetszeten vezetéssel átvitt hő egyenesen arányos a hőmérsékletkülönbséggel és fordítottan arányos a távolsággal. (W/m·K) a hővezetési tényező, anyagjellemző

8 HŐÁRAMLÁS a hő terjedésének azon módja, amikor az anyag különböző hőmérsékletű részecskéi helyüket megváltoztatják a hőáramlás addig tart, amíg a folyadékban vagy a gázban hőmérséklet-különbség, ezért sűrűségkülönbség van

9 Folyadékokban történő hőáramlás megértéséhez gondoljunk a vízfűtésrendszerre.
Gázokban történő hőáramlás megértéséhez képzeljünk el „papírkígyót”, melyet egy kötőtűre támasztunk. Ha a kígyót a fűtőtest fölé helyezzük, akkor a feláramló meleg levegő hatására forgásban jön. Ezért fázik a lábunk hagyományos fűtésnél.

10 Lávalámpa működési elve:
A lávalámpában a viasz és a hordozó folyadék eltérő expanzióját használja ki a különböző hőmérsékleteken. Folyékony szén-tetrakloridban (CCL4-erősen mérgező) viaszt helyeznek el. Melegítés hatására ezen elegynek enyhén kisebb lesz a sűrűsége a vízénél, azonban alacsonyabb hőmérsékleten nagyobb, szobahőmérsékleten pedig szilárd halmazállapotú. Mivel a viasz a vízben oldhatatlan, ezért egyben marad. Az üveghengerrel alulról folyamatosan hőt közölnek, így hőáramlás útján a benne lévő megolvadt viaszból buborékok szakadnak le, és az üveghenger felső része felé kezdenek áramolni. Az üvegkúp csúcsához érkezve a hőközlő forrástól távolabb kerülnek, így sűrűségük az enyhe hőmérséklet-különbség hatására ismét nagyobb lesz, mint a hordozó közegé, aminek következtében a buborékok ismét leszállnak az üvegkúp aljára, ahol a hőközlés hatására a folyamat megismétlődik. Környezeti hőmérséklet hatása: nyáron általában több és kisebb viaszbuborék keletkezik, télen pedig kevesebb és nagyobb. A viaszbuborékok keletkezése és áramlása teljesen véletlenszerű, matematikai függvényekkel nem írható le.

11 Órán elvégzendő kísérlet
Kéménymodell bemutatása Helyezzünk háromlábra egy száraz homokkal töltött fémcsészét! Állítsunk fölé egy 5-6 cm széles üvegcsövet, ez alá pedig vízszintesen két kisebb átmérőjűt! Melegítsük meg kissé a homokot, majd tegyünk a vízszintes csövekbe egy-egy égő cigarettát. A széles csőben feláramló levegőt beszívja a füstöt, és magasan kilöki.

12 Két kis kísérlet Szellőztetés elve Kis léggömb elv
Folyosóra nyíló tanterem résnyire nyitott ajtajában helyezzünk egy égő gyertyát a padlóra, egy másikat pedig tartsunk magasra a mennyezet közelébe! Az alsó láng befelé, a felső kifelé hajlik, jelezve, hogy a levegőt felül kifelé, alul pedig befelé áramlik. Egy papírszalvétát csavarjunk hengerré, és állítsuk az asztalra! Gyújtsuk meg a papír felső szélét! A hőáram hatására a lángoló szalvéta felszáll.

13 Hőáramlás A hőmérséklet-különbség sűrűségkülönbséggel jár: a melegebb, nagyobb sűrűségű részecskék elmozdulnak, hőtartalmukat is magukkal viszik, és helyükbe hidegebb, alacsonyabb sűrűségű részecskék áramlanak (Szellőztetésnél, mi a célszerű? Bukóra nyitni az ablakot? Vagy teljesen kitárni? )

14 Mi a hőáramlás jelensége?
a hő terjedésének azon módja, amikor az anyag különböző hőmérsékletű részecskéi helyüket megváltoztatják. Miért áramlanak felfelé a gázok és a folyadékok melegítés hatására? A folyadékok és a gázok a melegítés helyén kitágulnak, sűrűségük kisebb lesz, ezért felfelé áramlanak. Milyen anyag kerül az eltávozott anyag helyére? Az eltávozott anyag helyére hidegebb, nagyobb sűrűségű anyag kerül. Meddig tart a hőáramlás? A hőáramlás addig tart, amíg a folyadékban vagy a gázban hőmérséklet-különbség, ezért sűrűségkülönbség van.

15 HŐSUGÁRZÁS a hő terjedésének azon módja, amikor
a hő nem részecskéről-részecskére halad, hanem rendkívüli gyorsasággal hatol keresztül a közegeken (levegőn, vízen stb.) közvetítő anyag illetve közeg nélküli hőterjedési jelenség (elektromágneses sugárzás)

16 Bármely test, amelyik melegebb az abszolút nulla foknál (0 K = -273,15 °C) hőmérsékleti sugárzás bocsát ki magából. A hősugárzás egyszerre többféle különböző hullámhosszúságú elektromágneses sugárzást is tartalmaz, de van egy a hőmérséklettől függő jellemző maximuma, hogy melyikből a legtöbbet. (itt már átsétálnánk a fizika egy másik területére, a Wien eltolódáshoz, melyet majd 12 osztályban tárgyalunk)

17 Hősugárzás alapfogalmak
Közvetítő anyag illetve közeg nélküli hőterjedési jelenség. (elektromágneses sugárzás) Elektromágneses hullámokat egy test részben: átengedi (átengedési tényező D1), D= declining visszaveri (visszaverődési tényező R1), R=reflection elnyeli (abszorpciós, elnyelési tényező a1). a= absorption a+R+D=1

18 A NAP Hősugárzás útján jut a Földre a Nap melege is. melegítő hatása azonban csak akkor lesz, ha a sugarakat valamely test elnyelni képes. A forró testek hősugarakat bocsátnak ki magukból. Minden test annál jobban sugároz, minél melegebb. A nagyon magas hőmérsékleten izzó testek világítanak is. (pld csillagok) Néhány adat a napról: Felszíni hőmérséklete: C Maghőmérséklet: 15 millió 0C Hogy a Nap fénye és hősugarai eljussanak a Földre, ahhoz nem kell semmilyen különleges közeg, mert az elektromágneses hullámok a vákuumban akadálytalanul közlekednek (c = 3*108 m/s sebességgel). Sőt, valójában éppen az a helyzet, hogy a tiszta vákuumban terjed a legkönnyebben (és gyorsabban), de ha pl. csillagközi gáz és por van jelen, akkor lelassulhat, vagy el is akadhat.

19 A NAP BELSEJE a mag a sugarzasi zona; egy foton szabad úthossza kb. 0,5 cm áramlási zóna

20 ABSZOLÚT FEKETE TEST Olyan feltételezett test, amely teljes egészében elnyeli a ráeső hő- és fénysugarakat (semmit sem ver vissza és nem is ereszt át sugárzást). Jellemző elméleti tulajdonsága még, hogy adott hőmérsékleteken több hő- és fényenergiát sugároz ki, mint bármely más test. Az abszolút fekete test tulajdonságait jól megközelíti a belül kormozott falú, zárt, üres doboz falán levő kicsiny nyílás. Az abszolút fekete test sugárzásának, az ún. fekete sugárzásnak a vizsgálata alapján jutott el Max Planck Nobeldíjas német fizikus 1900-ban a kvantumelmélet alapgondolatához.

21 Hősugárzás kérdések Mi a hősugárzás jelensége? Az energia úgy is eljuthat egyik testről a másikra, hogy a közbeeső levegőréteg vagy más közeg nem melegszik fel. Ez a hősugárzás. Mitől függ a testek sugárzásának mértéke? A forró testek hősugarakat bocsátnak ki magukból. Minden test annál jobban sugároz, minél melegebb. Mire képesek még a rendkívül magas hőmérsékleten izzó testek (a melegítés mellett)? A nagyon magas hőmérsékleten izzó testek világítanak is. Melyik felület nyeli el nagyobb mértékben a hősugarakat? A sötét, érdes felület nagyobb mértékben nyeli el a hősugarakat, mint a fényes, sima.

22 Szerepelhetnek a dolgozatban!!!
Most pedig jöjjenek az érdekes mindennapi jelenségekkel kapcsolatos kérdések Szerepelhetnek a dolgozatban!!!

23 Miért forog a fűtött kályha tetejére állított papírkígyó?
A kályha felmelegíti a felette lévő levegőt. A meleg levegő felszáll, helyébe hideg levegő tódul, amit a kályha ismét felmelegít, mely ismét felszáll, stb. Milyen hőterjedési módot nevezünk hővezetésnek? Hővezetésről akkor beszélünk, ha a hőenergia úgy terjed, hogy közben az anyag nem mozog Miért áll bordákból a fűtőtest? Mert több meleget ad, mintha ugyanekkora sima tartály lenne, nagyobb a hőleadási felület Miért fázunk jobban, ha fúj a szél? Az emberi test hőmérséklete C. Mivel itt a szervezetünkben állandó belső égés van, a testünk körül mindig egy a testünk által felmelegített levegőréteg van. Ez a hőköpeny. A szél elsöpri, vagy megbontja ezt a hőköpenyt, és ezért már a néhány fokkal hűvösebb levegőt is nagyon hidegnek érezzük. Miért emelkedik felfelé szárnycsapás nélkül a gólya? A Föld felületét felmelegíti a Nap sugárzása (hősugárzás útján, tehát a levegőt ez nem melegíti fel!) A Föld pedig a vele érintkező levegőréteget melegíti fel , majd a felmelegített levegő, szűk kéményszerű oszlopokban száll felfelé (hőáramlás jelensége). Ezekre a hőrétegekre fekszenek rá a gólyák.

24 ÉRDEKES LINKEK (EZ UGYAN ANGOL NYELVŰ, de hát Önök jól tudnak angolul!) (kísérletek) Dr. Juhász András HA VALAKI VALAMILYEN ÉRDEKESET TALÁL A NETEN SZÓLJON NEKEM, HOGY BŐVÍTHESSÜK A LISTÁT!!!

25 FELHASZNÁLT IRODALOM Fizika 10-Maxim Kiadó www.sdt.sulinet.hu
Ötösöm lesz fizikából-Gulyás János...-Műszaki Kiadó Fizika Középiskolásoknak - Dr. Siposs András-Korona Kiadó Fizika Hőtan - Dr. Zátonyi – Ifj. Zátonyi Fizika Szakközépiskolai Összefoglaló Feladatgyűjtemény (kísérletek) Dr. Juhász András Wikipedia, stb más internetes anyagok