3 spørgsmål om varmeoverføring
1. Se på det følgende billede!
Hvis tre rør placeres i en lukket glaskasse som vist på billedet. Røgen fra en papirrulle placeres for enden af rør B og kommer ind gennem røret, hvorefter røgen vil komme ud igen gennem rør A og C som vist på billedet. Denne hændelse sker på grund af varmeoverførsel fra….
A. konvektion
B. ledning
C. induktion
D. stråling
Diskussion
Dette fænomen opstår på grund af varmeoverførsel ved konvektion. Konvektionsvarmeoverførsel er overførsel af varme ledsaget af bevægelse af stof. Eksempler på konvektionsvarmeoverførsel omfatter vind, kogende vand eller bevægelse af røg, som vist på billedet ovenfor.
Hvordan forklarer man røgbevægelsen, som vist på billedet ovenfor? Inde i en lukket glaskasse er der et tændt stearinlys. Stearinlysflammen opvarmer den omgivende luft, hvilket øger temperaturen på luften inde i glaskassen. Denne temperaturstigning får luften til at udvide sig (øge volumen). Denne udvidelse får luftens densitet til at falde. Derfor er luftens densitet uden for glaskassen større end luftens densitet inde i glaskassen. Gasser bevæger sig naturligt fra områder med høj lufttæthed til områder med lav lufttæthed. Denne forskel i lufttæthed får røg til at strømme udefra glaskassen, som har en høj lufttæthed, ind i glaskassen, som har en lav lufttæthed.
Når stearinlyset er inde i glaskassen, opvarmer det røgen, hvilket øger dens temperatur og volumen. Dette øger røgens tæthed, hvilket får den til at bevæge sig opad mod områder med lavere lufttæthed. Husk, at jo højere et sted er over jorden, desto lavere er lufttætheden, fordi tyngdekraften falder.
Det rigtige svar er A.
2. Vær opmærksom på nedenstående udsagn:
1. Vandet i gryden koger, fordi det er opvarmet.
2. Om dagen føles det varmere end om natten.
3. Køkkenredskaber har generelt træ- eller plastikhåndtag.
4. Det brændende lys vil smelte, indtil det er færdigt.
Fra udsagnet, der angiver effekten af stråling, er tal...
A. 1 og 3
B. 1 og 4
C. 2 og 4
D. 2 og 3
Diskussion
Udsagn 1: Vandet i gryden koger, fordi det opvarmes.
Det er sandt, at noget varme overføres fra flammen til beholderen gennem stråling, og noget varme overføres også fra beholderen til vandet gennem ledning. Men kogende vand er et direkte resultat af varmeoverførsel ved konvektion.
Udsagn 2: Om dagen føles det varmere end om natten.
Solen skinner på jordens overflade i løbet af dagen gennem stråling.
Udsagn 3: Køkkenredskaber har generelt træ- eller plastikhåndtag.
Hvis håndtaget på køkkenredskabet er lavet af metal, vil kokkens hænder blive varme, fordi varmen overføres ved ledning gennem håndtaget på køkkenredskabet.
Udsagn 4: Et brændende lys vil smelte, indtil det er færdigt.
Voksen smelter på grund af varmeoverførsel via stråling fra flammen til voksen.
Så udsagnene, der er virkningerne af stråling, er 2 og 4.
Det rigtige svar er C.
3. Den korrekte konvektionshændelse i væsker er vist på billedet...
Diskussion
Konvektionsvarmeoverføring er varmeoverføring ledsaget af bevægelse af stof. Eksempler på naturlig konvektion omfatter kogning af vand under opvarmning eller dannelsen af land- og havbrise.
I ovenstående proces bevæger varme sig først fra ilden til beholderen ved ledning , og ligeledes bevæger varme sig fra beholderen til vandet ved ledning. Derefter bevæger varme sig fra vandmolekyler til andre vandmolekyler ved konvektion.
Vandet nær bunden af beholderen er varmere, hvilket udvider sig og mindsker dets densitet. Omvendt er vandet over det, eller vandet på overfladen, køligere og har derfor en højere densitet.
Vandet i bunden af beholderen har en lavere densitet, hvilket får det til at flyde og blive erstattet af vand med en højere densitet ovenover. Denne bevægelse af vand i beholderen fortsætter, indtil alt vandet når samme temperatur eller koger.
Et mere præcist diagram, der beskriver vandkonvektionsprocessen i en beholder, findes i svar C. Årsagen er, at det varmere vand, der har udvidet sig, straks bevæger sig opad og ikke bevæger sig sidelæns først.
Det rigtige svar er C.
