3 pytania dotyczące wymiany ciepła
1. Spójrz na poniższy obrazek!
Jeśli trzy rury zostaną umieszczone w zamkniętej szklanej obudowie, jak pokazano na rysunku. Dym z rolki papieru zostanie umieszczony na końcu rury B i będzie wchodził przez rurę, a następnie będzie wydostawał się ponownie przez rury A i C, jak pokazano na rysunku. Zjawisko to występuje z powodu wymiany ciepła przez…
A. konwekcja
B. przewodzenie
C. indukcja
D. promieniowanie
Pembahasan
Zjawisko to występuje w wyniku przenoszenia ciepła przez konwekcję. Konwekcyjny transport ciepła to przenoszenie ciepła połączone z ruchem materii. Przykładami konwekcyjnego transportu ciepła są wiatr, wrząca woda lub ruch dymu, jak pokazano na powyższym rysunku.
Jak wyjaśnić ruch dymu pokazany na powyższym obrazku? Wewnątrz zamkniętej szklanej skrzynki znajduje się zapalona świeca. Płomień świecy ogrzewa otaczające powietrze, zwiększając jego temperaturę wewnątrz. Ten wzrost temperatury powoduje rozszerzenie się powietrza (wzrost objętości). To rozszerzenie powoduje zmniejszenie gęstości powietrza. Zatem gęstość powietrza na zewnątrz szklanej skrzynki jest większa niż gęstość powietrza wewnątrz szklanej skrzynki. Gazy naturalnie przemieszczają się z obszarów o dużej gęstości powietrza do obszarów o małej gęstości. Ta różnica gęstości powietrza powoduje, że dym przepływa z zewnątrz szklanej skrzynki, która ma dużą gęstość powietrza, do szklanej skrzynki, która ma małą gęstość powietrza.
Po włożeniu do szklanej komory płomień świecy podgrzewa dym, zwiększając jego temperaturę i objętość. To zwiększa gęstość dymu, powodując jego unoszenie się w górę, w kierunku obszarów o niższej gęstości powietrza. Należy pamiętać, że im wyżej znajduje się miejsce nad poziomem gruntu, tym gęstość powietrza jest niższa, ponieważ zmniejsza się siła grawitacji.
Prawidłowa odpowiedź to A.
2. Zwróć uwagę na poniższe stwierdzenie:
1. Woda w garnku gotuje się, ponieważ jest podgrzewana.
2. W ciągu dnia odczuwalna jest wyższa temperatura niż w nocy.
3. Naczynia kuchenne mają zazwyczaj uchwyty drewniane lub plastikowe.
4. Płonąca świeca będzie się topić, aż do wypalenia.
Ze stwierdzenia, że wpływ promieniowania jest liczbą...
A. 1 i 3
B. 1 i 4
C. 2 i 4
D.2 i 3
Pembahasan
Twierdzenie 1: Woda w garnku gotuje się, ponieważ jest podgrzewana.
Prawdą jest, że część ciepła przenosi się z płomienia do pojemnika poprzez promieniowanie, a część ciepła przenosi się również z pojemnika do wody poprzez przewodzenie. Jednak wrzenie wody jest bezpośrednim rezultatem przenoszenia ciepła przez konwekcję.
Twierdzenie 2: W ciągu dnia odczuwalna jest wyższa temperatura niż w nocy.
Słońce świeci na powierzchnię Ziemi w ciągu dnia poprzez promieniowanie.
Twierdzenie 3: Naczynia kuchenne mają zazwyczaj uchwyty drewniane lub plastikowe.
Jeśli uchwyt naczynia kuchennego jest wykonany z metalu, dłonie kucharza będą się nagrzewać, ponieważ ciepło jest przenoszone przez przewodzenie poprzez uchwyt naczynia.
Twierdzenie 4: Płonąca świeca będzie się topić, aż się wypali.
Wosk topi się na skutek przenoszenia ciepła z płomienia do wosku.
Zatem stwierdzeniami opisującymi skutki promieniowania są 2 i 4.
Prawidłowa odpowiedź to C.
3. Prawidłowy przebieg konwekcji w cieczach pokazano na rysunku...
Pembahasan
Konwekcyjny transport ciepła to przenoszenie ciepła w połączeniu z ruchem materii. Przykładami konwekcji naturalnej są wrzenie wody podczas ogrzewania lub powstawanie bryz lądowych i morskich.
W opisanym powyżej procesie ciepło początkowo przemieszcza się z ognia do pojemnika poprzez przewodzenie , a następnie z pojemnika do wody poprzez przewodzenie. Następnie ciepło przemieszcza się z cząsteczek wody do innych cząsteczek wody poprzez konwekcję.
Woda w pobliżu dna pojemnika jest cieplejsza, rozszerza się i zmniejsza swoją gęstość. Natomiast woda nad nią, czyli na powierzchni, jest chłodniejsza, a zatem ma większą gęstość.
Woda na dnie pojemnika ma niższą gęstość, co powoduje, że unosi się na powierzchni i jest zastępowana przez wodę o wyższej gęstości znajdującą się nad nią. Ten ruch wody w pojemniku trwa, aż cała woda osiągnie tę samą temperaturę, czyli się zagotuje.
Dokładniejszy diagram opisujący proces konwekcji wody w pojemniku znajduje się w odpowiedzi C. Powodem jest to, że cieplejsza woda, która rozszerzyła się, natychmiast przemieszcza się w górę, a nie najpierw na boki.
Prawidłowa odpowiedź to C.
