3 kysymystä lämmönsiirrosta
1. Katso seuraavaa kuvaa!
Jos kolme putkea asetetaan suljettuun lasilaatikkoon, kuten kuvassa näkyy. Paperirullan savu asetetaan putken B päähän ja tulee sisään putken läpi, minkä jälkeen savu poistuu jälleen putkien A ja C kautta, kuten kuvassa näkyy. Tämä tapahtuu lämmön siirtymisen vuoksi…
A. konvektio
B. johtavuus
C. induktio
D. säteily
Keskustelu
Tämä ilmiö johtuu lämmön siirtymisestä konvektion avulla. Konvektiolämmönsiirto on lämmön siirtymistä, johon liittyy aineen liike. Esimerkkejä konvektiolämmönsiirrosta ovat tuuli, kiehuva vesi tai savun liike, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy.
Kuinka selität savun liikkeen, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy? Suljetun lasilaatikon sisällä on palava kynttilä. Kynttilän liekki lämmittää ympäröivää ilmaa, mikä nostaa lasilaatikon sisällä olevan ilman lämpötilaa. Tämä lämpötilan nousu aiheuttaa ilman laajenemisen (tilavuuden kasvun). Tämä laajeneminen aiheuttaa ilman tiheyden pienenemisen. Siksi lasilaatikon ulkopuolella olevan ilman tiheys on suurempi kuin lasilaatikon sisällä olevan ilman tiheys. Kaasut liikkuvat luonnollisesti alueilta, joilla on korkea ilmantiheys, alueille, joilla on matala ilmantiheys. Tämä ilmantiheysero aiheuttaa savun virtauksen lasilaatikon ulkopuolelta, jossa on korkea ilmantiheys, lasilaatikkoon, jossa on matala ilmantiheys.
Lasilaatikon sisällä kynttilänliekki lämmittää savua, mikä nostaa sen lämpötilaa ja lisää sen tilavuutta. Tämä lisää savun tiheyttä, jolloin se liikkuu ylöspäin kohti alueita, joilla on pienempi ilmantiheys. Muista, että mitä korkeammalla paikka on maanpinnan yläpuolella, sitä pienempi on ilmantiheys, koska painovoima pienenee.
Oikea vastaus on A.
2. Kiinnitä huomiota alla olevaan lauseeseen:
1. Kattilassa oleva vesi kiehuu, koska sitä kuumennetaan.
2. Päivällä tuntuu kuumemmalta kuin yöllä.
3. Keittovälineissä on yleensä puiset tai muoviset kahvat.
4. Palava kynttilä sulaa, kunnes se on loppuun palanut.
Lausunnosta, jossa todetaan säteilyn vaikutus numeroksi...
A. 1 ja 3
B. 1 ja 4
C. 2 ja 4
D. 2 ja 3
Keskustelu
Väite 1: Kattilassa oleva vesi kiehuu, koska sitä kuumennetaan.
On totta, että osa lämmöstä siirtyy liekistä astiaan säteilyn kautta, ja osa lämmöstä siirtyy myös astiasta veteen johtumisen kautta. Mutta kiehuva vesi on suora seuraus lämmönsiirrosta konvektion kautta.
Väite 2: Päivällä tuntuu kuumemmalta kuin yöllä.
Aurinko paistaa maan pinnalle päivän aikana säteilyn muodossa.
Väite 3: Keittovälineissä on yleensä puiset tai muoviset kahvat.
Jos keittovälineen kahva on valmistettu metallista, kokin kädet kuumenevat, koska lämpö siirtyy johtumalla keittovälineen kahvan läpi.
Väite 4: Palava kynttilä sulaa, kunnes se on loppuun palanut.
Vaha sulaa lämmön siirtymisen seurauksena liekin säteilyn kautta vahaan.
Joten säteilyn vaikutuksia kuvaavat väittämät ovat 2 ja 4.
Oikea vastaus on C.
3. Nesteiden oikea konvektiotapahtuma on esitetty kuvassa...
Keskustelu
Konvektiolämmönsiirto on lämmön siirtymistä, johon liittyy aineen liike. Esimerkkejä luonnollisesta konvektiosta ovat veden kiehuminen lämmityksen aikana tai maa- ja merituulten muodostuminen.
Yllä olevassa prosessissa lämpö siirtyy aluksi tulesta astiaan johtumalla , ja vastaavasti lämpö siirtyy astiasta veteen johtumalla. Seuraavaksi lämpö siirtyy vesimolekyyleistä toisiin vesimolekyyleihin konvektiolla.
Säiliön pohjalla oleva vesi on kuumempaa, laajenee ja sen tiheys pienenee. Kääntäen sen yläpuolella oleva vesi eli pinnalla oleva vesi on viileämpää ja siksi sen tiheys on suurempi.
Säiliön pohjalla olevalla vedellä on pienempi tiheys, minkä vuoksi se kelluu ja korvautuu yläpuolella olevalla tiheämmällä vedellä. Tämä veden liike astiassa jatkuu, kunnes kaikki vesi saavuttaa saman lämpötilan eli kiehuu.
Tarkempi kaavio, joka kuvaa veden konvektioprosessia astiassa, on vastauksessa C. Syynä on se, että kuumempi vesi, joka on laajentunut, liikkuu välittömästi ylöspäin eikä liiku ensin sivulle.
Oikea vastaus on C.
