Примеры теплопередачи

1. Теплопередача и растительный мир. Температура нижнего слоя воздуха и поверхностного слоя почвы имеет большое значение для развития растений.

В прилегающем к Земле слое, воздуха и верхнем слое почвы происходит непрерывное изменение температуры. Днем почва поглощает энергию и нагревается, ночью, наоборот, она охлаждается. На нагревание и охлаждение ее влияет присутствие растительности. Так, темная вспаханная почва сильнее нагревается излучением, но быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью.

На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается — излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения.

Одним из средств повышения температуры участка почвы и припочвенного воздуха служат парники, которые позволяет полнее использовать излучение Солнца. Участок почвы, обычно несколько углубленный, покрывают стеклянными рамами. Стекло хорошо пропускает видимое солнечное излучение, которое, попадая на темную почву, нагревает ее. Но стекло препятствует остыванию приземного воздуха, потому что плохо пропускает невидимое излучение, испускаемое нагретой поверхностью Земли. Таким образом, стекла парников действуют как «ловушка» энергии. Внутри парников температура выше, чем на незащищенном грунте, примерно на 10° С.

2. Термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температуры. Поэтому если в комнату внести, например, горячий чайник, то он остынет. Часть его внутренней энергии перейдет к окружающим телам. Чтобы помешать телу остывать или нагреваться, нужно уменьшить теплопередачу. При этом стремятся сделать так, чтобы энергия не передавалась ни одним из трех видов теплопередачи: конвекцией, теплопроводностью и излучением.

Чтобы сохранить горячей воду, пищу или, наоборот, предохранить лед или мороженое от таяния, пользуются термосом (рис. 194).

На рисунке 195 показано устройство термоса для жидкостей 3. Он состоит из стеклянного сосуда 5 с двойными стенками. Внутренняя поверхность стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками сосуда выкачан воздух. Лишенное воздуху пространство между стенками не обладает теплопроводностью, а блестящий слой, вследствие отражения, препятствует передаче энергии излучением.

Чтобы защитить стекло от повреждений, термос помещают в картонный или металлический футляр 4. Сосуд закупоривают пробкой 2, а сверху футляра навинчивают колпачок 1 (рис. 194).

Упражнения.

1. При полете космического корабля его обшивка нагревается от трения о воздух, а также солнечным излучением. Какая из причин нагревания приобретает большее значение при увеличении высоты полета? при уменьшении высоты? Ответ обоснуйте.
2. Один из способов поддержания определенной температуры в космическом корабле или спутнике заключается в том, что оболочку спутника делают двойной и ее внутреннюю полость заполняют газом (например, азотом). Этот газ при помощи вентилятора заставляют двигаться около тепловыделяющих приборов и переносить энергию к оболочке. Почему приходится пользоваться вынужденной, а не свободной конвекцией?