Класс!ная физика



Конвекция. Опыты

06.2012

ВЕС - РЕГУЛИРОВЩИК ТЕПЛОТЫ


Одним из естественных способов распространения теплоты в природе является конвекция. Это наблюдается в жидкостях и газах. Основана конвекция на том, что участки жидкости или газа при нагревании становятся менее плотными и поднимаются вверх, а более холодные, более тяжелые слои опускаются вниз. Источник тепла обычно помещается внизу, поэтому происходит непрерывное перемещение нагретых слоев вверх, а холодных вниз. Но при невесомости, например, в помещении орбитальной станции, такой способ распространения тепла не действует, ведь вес - регулировщик теплоты - отсутствует.


Опыт 1

Возьмите гладкую металлическую пластинку, например ровную металлическую крышку от стеклянной банки из-под консервов, положите на нее несколько кристаллов марганцевокислого калия, капните на них каплю воды и покройте тонким слоем стеарина. Края лепешки из стеарина плотно прилепите к пластинке. Налейте в стакан воду, накройте его пластинкой так, чтобы стеариновая лепешка оказалась внутри стакана. Придерживая стакан рукой, переверните его вверх дном.

Поставьте пластинку со стаканом на две опоры, чтобы к ней, ее средней части, был снизу доступ для свечи.
Поднесите к тому месту пластинки, над которым приклеен стеарин, горящую свечу. Лепешка, нагревшись, оторвется от пластинки, и поток горячей воды, окрашенный в фиолетовый цвет, устремится вверх. Вы увидите циркуляцию окрашенных потоков воды: теплые струйки идут вверх, холодные - вниз.


Опыт 2

Опыт, демонстрирующий циркуляцию воздушных тепловых потоков, проделайте так: возьмите стекло от керосиновой лампы, а если его нет, то бутылку с ровно отрезанным дном.

Поставьте ламповое стекло на горящую свечку. Она быстро погаснет. Свежий воздух к ней не поступает. Горячий воздух с продуктами горения устремляется вверх, а свежему воздуху пройти негде. Но если вы в ламповое стекло вставите полоску из плотной бумаги, она разделит внутреннее пространство на две половины: в той, где находится свеча, горячий воздух с продуктами горения по-прежнему будет идти вверх, а свежий, более холодный воздух будет притекать к свече сверху - по другую сторону перегородки.
Чтобы убедиться, что перегородка играет важную роль в снабжении свечи свежим воздухом и что без нее циркуляции воздуха не будет, выдерните бумажную полоску. Свеча моментально погаснет.


ВИНОВАТА КОНВЕКЦИЯ



Опыт 1

Возьмите учебные весы, закрепите, их в лапке штатива и уравновесьте. Поднесите горящую спичку под чашку весов снизу на расстоянии 10—12 см.

Почему они выходят из равновесия?
Оказывается, при горении спички возникают восходящие конвекционные потоки, которые вызывают подъем чашки.


Опыт 2

Зажгите стеариновую свечу, накройте ее стеклянной цилиндрической трубкой. При этом пламя уменьшается и может погаснуть. Почему?

Если трубку приподнять, то свеча горит ярче. Почему?

Когда горящую свечу накрывают стеклянной цилиндрической трубкой, доступ кислорода к свече ухудшается и ее пламя уменьшается.
При подъеме трубки улучшается доступ кислорода к горящей свече, улучшается тяга.


ХИТРАЯ ЗМЕЯ


Есть на свете хитрая змея. Она лучше людей чувствует движение потоков воздуха. Сейчас мы ее сделаем и проверим, действительно ли так неподвижен воздух в закрытой комнате.

Змею можно сделать из старой почтовой открытки, годится и лист, вырванный из тетради по рисованию. Нарисуй выкройку змеи по нашей картинке и аккуратно вырежь ее ножницами. На хвосте змеи, в самой серединке, выдави острием карандаша маленькое углубление.

Проверим теперь, действует ли наша змея. Надень ее углублением на кончик остро очищенного карандаша и подними. Закинув голову, легонько подуй на змею снизу.
Завертелась!

Значит, хитрая змея действительно замечает то, чего люди не видят. Она чувствует, когда воздух поднимается вверх. Попробуем воспользоваться этим свойством змеи и поищем в комнате такое место, где воздух сам поднимается вверх. Поднеси карандаш со змеей к топящейся печке или к батарее центрального отопления. Придвинь его совсем близко, так, чтобы только змея могла свободно вертеться.

Хитрая змея завертится!
Она будет вертеться тем быстрее, чем горячее печка. Это потому, что печка нагревает воздух. В комнате происходит распределение тепла с помощью конвекции - потоков воздуха: теплый воздух поднимается вверх. Он и вертит хитрую змею.


ВЕРТУШКА НА БУЛАВКЕ



Для опытов с хитрой змеей нужна горячая печка или горячая батарея отопления. Ну, а что делать летом?
Есть гораздо более чувствительный физический прибор, для работы которого вполне достаточно тепла твоего тела. Это бумажная вертушка на булавке. Сделать ее ничуть не труднее, чем змею.

Вырежь квадратик размером 4x4 см из тоненькой, лучше всего папиросной бумаги. Перегни его точно с угла на угол — сначала по одной диагонали, потом по другой. Получится колпачок в виде отлогой пирамидки. Углы этой пирамидки сложи попарно так и этак, чтобы образовались еще складки, входящие внутрь.

Каждая боковая грань пирамидки разделилась на два треугольника. Возьми ножницы и вырежь из каждой грани левый треугольничек. Только —чур! — не до самой серединки режь, оставь по 2—3 мм, иначе все развалится.

Получилась вертушка с четырьмя косыми крылышками. Возьми в руки булавку, острием вверх, и положи вертушку на острие вершинкой. Убери вторую руку и подожди несколько секунд.
Видишь? Вертушка тихонько завертелась. Ее крутит поток нагретого воздуха - это явление воздушной конвекции. Он поднимается от руки, в которой ты держишь булавку. Конечно, поток этот очень слабенький. Но вертушка легонькая, ей и этого хватает!

Источник:"Забавная физика" Л. Гальперштейн; "Занимательные опыты по физике" А. Горев





Устали? - Отдыхаем!

Вверх