Онлайн

Предметное обучение (старшая школа) - Онлайн

Металлический манометр


Металлический манометр

12 Manometr2

Металлический манометр используют для измерения давления газа в технических устройствах. Модель показывает, как выпрямление тонкостенной дугообразной трубки поворачивает стрелку. Давление газа можно изменять.

 

Подробнее
  Для измерения давления газа используют металлический манометр. Он имеет тонкостенную дугообразную трубку, конец которой соединен с сосудом, давление газа в котором надо измерить.Другой закрытый конец трубки соединен со стрелкой. Чем больше давление в сосуде и трубке, тем больше трубка выпрямляется и тем большее давление по шкале показывает стрелка.

Барометр-анероид


Барометр-анероид

11 model barometer

Барометр-анероид используют для Модель демонстрирует работу барометра-анероида при измерении атмосферного давления. Показано движение всех основных деталей барометра, связывающих металлическую гофрированную коробку со стрелкой, показывающей значение атмосферного давления. Можно выбирать погоду.

Подробнее

 Для измерения атмосферного давления служит барометр-анероид. Его главная часть - металлическая гофрированная коробка. Воздух из коробки частично откачан. В зависимости от атмосферного давления коробка то сжимается (при увеличении давления),то распрямляется (при уменьшении атмосферного давления). С коробкой связана стрелка, которая перемещается по шкале, показывая значение давления.

Всасывающий насос

 


Всасывающий насос

10 NasosInteractive

Принцип действия водяного всасывающего насоса основан на использовании атмосферного давления. Модель позволяет познакомиться с работой простейшего всасывающего насоса, опуская и поднимая ручку насоса.

 

Подробнее

Принцип действия водяного всасывающего насоса основан на использовании атмосферного давления.
При движении поршня вверх под действием атмосферного давления вода из водоема,в который опущена нижняя часть насоса, поднимается и через открытый нижний клапан поступает в цилиндр под поршень.
При опускании поршня вода под ним сжимается, закрывает нижний клапан и открывает верхний клапан, находящийся в поршне. После того, как поршень пойдет снова вверх, он поднимет воду находящуюся над поршнем и выльет ее наружу. 


Давление газа


Давление газа

1 model particlesВ газе молекулы совершают хаотическое движение, тепловое движение молекул газа. Молекулы сталкиваются со стенками сосуда, создавая давление газа на стенки сосуда. Модель демонстрирует изменение давления газа в цилиндре с поршнем при изменении объёма цилиндра, температуры и количества газа.

Подробнее

В газе молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, так что силы взаимодействия молекул практически равны нулю. Тепловое движение молекул газа - хаотическое. Они сталкиваются между собой и со стенками сосуда. Так как молекул очень много (в 1 см³ их число n = 2,7·10¹9), то огромное число их ударов о стенку воспринимается стенкой как действие силы давления Fg. Отношение модуля этой силы к площади S поверхности стенки и есть давление газа (на стенку сосуда):

03-01

Если газ, не меняя объема, нагревать, то число ударов и их сила увеличатся, а значит,  увеличится давление газа. При охлаждении наоборот – давление газа уменьшится.

Если же температуру газа не менять, а уменьшать объем то число молекул в единице объема (концентрация молекул) увеличится. Соответственно увеличится и число ударов о  поверхность стенок. Значит, давление газа возрастет.

Двухкамерный шлюз

 


Двухкамерный шлюз

9 shippingLock

Шлюз – это техническое сооружение, с помощью которого можно проводить суда с одного уровня водной поверхности на другой. Модель позволяет познакомиться с принципом действия простейшего двухкамерного шлюза, передвигая задвижки, чтобы провести судно с одного уровня на другой и обратно. 

Подробнее

 

Закономерности, установленные для сообщающихся сосудов, находят практическое использование в устройстве и принципе действия шлюза. Шлюз - это техническое сооружение, с помощью которого можно проводить суда с одного уровня водной поверхности на другой.

Гидравлические механизмы (3)


Гидравлические механизмы (3)

4 Brake2

Молекулы в жидкости или газе обладают большой подвижностью и поэтому способны передавать давление во все точки жидкости без изменения величины давления. Это свойство жидкости используется в гидравлическом прессе. Модель демонстрирует принцип действия дискового тормоза.

Подробнее
 

Передача давления жидкостями используется в работе гидравлических тормозов.
Нога водителя, нажимая на педаль тормоза, создает давление на тормозную жидкость.
Это давление согласно закону Паскаля, передается во все точки жидкости, в том числе и в тормозные цилиндры колес автомобиля.  Под давлением жидкости поршни тормозных цилиндров прижимают тормозные колодки к ротору. В результате вращение колес замедляется или прекращается совсем. 

В модели показаны плечи x и 4L сил, действующих на педаль (относительно оси вращения). Следовательно, сила вдавливающая поршень гидросистемы, в четыре раза больше силы, прикладываемой ногой водителя. Сила же действующая на тормозные колодки еще больше, т. к. больше поперечное сечение тормозного цилиндра. 

Гидравлические механизмы (2)


Гидравлические механизмы (2)

3 Brake1

Молекулы в жидкости или газе обладают большой подвижностью и поэтому способны передавать давление во все точки жидкости без изменения величины давления. Это свойство жидкости используется в гидравлическом прессе. Модель демонстрирует принцип действия барабанного тормоза.

Подробнее

Передача давления жидкостями используется в работе гидравлических тормозов. Нога водителя, нажимая на педаль тормоза, создает давление на тормозную жидкость. Это давление согласно закону Паскаля, передается во все точки жидкости, в том числе и в тормозные цилиндры колес автомобиля. Под давлением жидкости поршни тормозных цилиндров прижимают тормозные колодки к тормозным барабанам. В результате вращение колес замедляется или прекращается совсем.

Гидравлические механизмы (1)


Гидравлические механизмы (1)

2 hydroPress

Молекулы в жидкости или газе обладают большой подвижностью и поэтому способны передавать давление во все точки жидкости без изменения величины давления. Это свойство жидкости используется в гидравлическом прессе и в различных пневматических и гидравлических механизмах. Модель демонстрирует принцип действия гидравлического пресса.

Подробнее

Молекулы газов и жидкостей обладают большой подвижностью и способны быстро распределяться по всему объему сосуда, в котором они находятся. Если на газ или жидкость подействовать внешней силой и создать давление, то это давление очень быстропередастся во все точки газа или жидкости без изменения величины.
В этом суть закона Паскаля. 

Это свойство газа и жидкости используется в различных пневматических и гидравлических механизмах. В гидравлическом прессе сила F1 действует на малый поршень с площадью сечения S1 и создает давление  p1 = F1/S1.  Жидкость, заполняющая цилиндры под поршнями, передает это давление по всему объему и в точки под большим поршнем площадью S2создавая на большой поршень силу давления F2 = p1·S2 или  F2 = F1·S2/S. Таким образом:

03-02

 Значит сила действующая на большой поршень, во столько раз больше силы, которая действовала на малый поршень, во сколько раз площадь S2 большого поршня больше площади S1 малого поршня.

Водопровод


Водопровод

8 Vodoprovod

Модель демонстрирует принцип действия башенного водопровода, представляющего собой сложную систему сообщающихся сосудов. Чтобы во все дома поступала вода, высота уровня воды в водонапорной башне должен быть выше всех домов. Высота башни и расположение домов можно изменять.

Подробнее

 Башенный водопровод представляет собой сложную систему сообщающихся сосудов. Чтобы на все этажи всех домов поступала вода, высота уровня воды в водонапорной башне должен быть не ниже чем высота водопроводных труб в домах.С коробкой связана стрелка, которая перемещается по шкале, показывая значение давления.

Зависимость давления жидкости от глубины


 Зависимость давления жидкости от глубины

5 TubeWithHoles

Вес неподвижной жидкость увеличивает давление жидкости на дно сосуда. Вес верхнего слоя действует на нижний слой, увеличивая а нем давление. Модель демонстрирует зависимость давления в жидкости от глубины, для чего показано вытекание воды из отверстий в боковой стенке сосуда.

Подробнее

Обладая весом, неподвижная жидкость давит на дно сосуда. Создаваемое неподвижной жидкостью гидростатическое давление зависит от плотности ρ  и высоты h столба жидкости:

03-03

Вес каждого верхнего слоя можно рассматривать как силу, действующую на нижний и создающую на него давление.Это давление по закону Паскаля передается по всем направлениям. Значит давление жидкости действует и на стенки сосуда. Самое большое давление на стенку жидкость создает у дна.

Модель демонстрирует зависимость давления в жидкости от глубины, т. к. скорость воды при вытекании из отверстия в боковой стенке сосуда определяется давлением. Следовательно, чем ниже по отношению к уровню жидкости находится отверстие, тем больше скорость струи. Из механики известно, что тело, брошенное на высоте H горизонтально со скоростью v падает на расстоянии

03-04'

где g - ускорение свободного падения. Форма струи жидкости практически совпадает с траекторией движения такого тела.

Гидростатическое давление


 Гидростатическое давление

6 evaporationCapacity

Из-за веса жидкости давление в ней увеличивается с увеличением глубины. одвижная жидкость давит на дно сосуда. Гидростатическое давление в жидкости зависит от плотности и глубины. В модели перевернутый сосуд (с воздухом) погружается в воду (в колодце). Давление воды сильнее сжимает воздух на большой глубине.

Подробнее

 

Обладая весом, неподвижная жидкость давит на дно сосуда. Создаваемое жидкостью гидростатическое давление зависит от плотности  ρ и высоты h столба жидкости (атмосферное давление пока не учитывается).

03-03

Вес каждого верхнего слоя можно рассматривать как силу, действующую на нижний и создающую на него давление. Это давление по закону Паскаля передается по всем направлениям. Значит давление жидкости действует и на стенки сосуда. Самое большое давление на стенку жидкость создает у дна.

В модели перевернутый сосуд (с воздухом) погружается в воду. Хорошо видно, что давление воды на глубине h

03-05

сжимает воздух в сосуде (здесь p0- атмосферное давление). Например, на глубине 10 м давление воды примерно в два раза больше атмосферного. Поэтому воздух в сосуде на этой глубине сжимается в два раза. 

Удельная теплота парообразования


Удельная теплота парообразования

6 evaporationCapacity

 При парообразовании вещество переходит из жидкого состояния в газообразное (пар). Модель – это десять наглядных упражнений на вычисление конечной температуры наглядно демонстрирует испарение жидкости в калориметре с учетом испарения ацетона.

Подробнее

 

При парообразовании вещество переходит из жидкого состояния в газообразное (пар). Существуют два вида парообразования: испарение и кипение.

Испарение- это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости.

Испарение происходит следующим образом. Молекулы жидкости находятся в непрерывном и беспорядочном движении,причем некоторые из них движутся быстрее, другие - медленнее. Вылететь наружу им мешает взаимное притяжение друг к другу. Если, однако, у поверхности жидкости окажется молекула с достаточно большой кинетической энергией, то она сможет преодолеть силы межмолекулярного притяжения и вылетит из жидкости. То же самое происходит и с другими быстрыми молекулами. Вылетая наружу, эти молекулы образуют над жидкостью пар. Образование этого пара и есть испарение. Часть этих вылетевших молекул возвращается назад в жидкость.

Поскольку при испарении из жидкости вылетают наиболее быстрые молекулы, средняя кинетическая энергия оставшихся в жидкости молекул становится все меньше и меньше. В результате этого температура испаряющейся жидкости понижается, жидкость охлаждается.

Охлаждение жидкости при испарении более заметно в том случае, когда испарение происходит достаточно быстро (так что жидкость не успевает восстановить свою температуру благодаря теплообмену с окружающей средой). Быстро испаряются летучие жидкости, у которых силы межмолекулярного притяжения малы, например эфир, ацетон, спирт, бензин.

Физическая величина, равная количеству теплоты необходимо для превращения в пар 1 кг жидкости при постоянной температуре, называется удельной теплотой парообразования. Удельную теплоту парообразования обозначают буквой r и измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг).

Количество теплоты, необходимое для превращения в пар m кг жидкости, взятой при температуре кипения, равно произведению удельной теплоты парообразования этой жидкости на массу жидкости m, т. е.  Q=r mКоличество теплоты, которое выделяется при конденсации m кг пара, при температуре кипения, определяется той же формулой, но со знаком минус. Имеем Q=-r m.

Модель:
В калориметре находится m1 воды при температуре t1 и банка с легко испаряющейся жидкостью (массы m2 при температуре t2, температура кипения t0), из которой пары выводятся из калориметра. Если вода настолько теплая, что вся жидкость испаряется, то конечная температура t* жидкости удовлетворяет уравнению:

04-05

Слева записана теплота, выделившаяся при охлаждении воды, а справа сумма теплоты на нагрев второй жидкости и теплоты на ее испарение.
Если же испаряется только часть жидкости с массой m2*, то конечная температура системы в калориметре равна t*=t0 и выполняется соотношение

04-06

Третий вариант - конечная температура t* системы в калориметре меньше t0Тогда конечная температура t* удовлетворяет соотношению

04-07

Можно нарисовать графики изменения температуры воды в калориметре от времени.  В этих формулах использованы следующие обозначения:

m1 - масса воды, t1 -  начальная температура воды,  c1 -  удельная теплоемкость воды,  m2 -  масса жидкости,  t2 - начальная температура жидкости,   t0 - температура кипения жидкости, c21  -  удельная теплоемкость жидкости,  -  удельная теплота парообразования жидкости.

Давление


Давление

7 hydroPress9

Гидростатическое давление и закон Паскаля объясняют установление уровней свободных поверхностей жидкостей в сообщающихся сосудах. Модель демонстрирует установление равновесия в открытых сообщающихся сосудах с различными жидкостями: высоты столбов жидкостей зависят от плотностей этих жидкостей и сечений сосудов.

Подробнее

 

Гидростатическое давление и закон Паскаля объясняют установление уровня свободной поверхности жидкости в сообщающихся сосудах. Если в открытых сообщающихся сосудах находится однородная жидкость, то уровни ее поверхности в сосудах одинаковы(независимо от сечения и формы сосудов)

03-06

Если же жидкости разные, но не смешивающиеся, то высоты столбов разнородных жидкостей над уровнем их раздела
обратно пропорциональны плотностям жидкости.

03-07

Для определения уровней раздела нескольких жидкостей необходимо составить уравнение, в котором приравниваются давления в самой нижней жидкости, вычисленные для левого и для правого сосудов. 

Удельная теплота плавления


Удельная теплота плавления

5 tempCapacityIce

Переход вещества из твердого (кристаллического) состояния в жидкое называется плавлением, а обратный процесс – кристаллизацией или отвердеванием. Модель – это десять наглядных упражнений на вычисление конечной температуры при плавлении льда в воде.

 

Подробнее

Переход вещества из твердого (кристаллического) состояния в жидкое называется плавлением,обратный процесс называется кристаллизацией или  отвердеванием(Пример плавления - таяние льда, обратный процесс происходит при замерзании воды.)

При плавлении вещество получает энергию. Отдавая количество теплоты, необходимое для плавления, среда охлаждается. При кристаллизации вещество, наоборот, отдает энергию в окружающую среду. Получая количество теплоты, выделяющееся при кристаллизации, среда нагревается.

В процессе плавления температура вещества не изменяется. Вся получаемая им энергия при этом тратится на разрушение кристаллической решетки и увеличение потенциальной энергии молекул тела.

Физическая величина, равная количеству теплоты, необходимого для превращения 1 кг кристаллическоговещества, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называется удельной теплотой плавлениУдельную теплоту плавления измеряют в джоулях на килограмм (Дж/кг) и обычно обозначают греческой буквой λ (ламбда).

При кристаллизации вещества потенциальная энергия молекул уменьшается и в окружающую среду выделяется точно такое же (по модулю) количество теплоты, что и поглощается при его плавлении. Поэтому, например, при замерзании воды массой 1 кг выделяются те же 332 кДж энергии, которые нужны для превращения такой же массы льда в воду.

Чтобы найти количество теплоты, необходимое для плавления кристаллического тела, надо удельную теплоту плавления этого тела умножить на его массу:

04-02

Количество теплоты, выделяемое телом, считается отрицательным. Поэтому при расчете количества теплоты, выделяющегося при кристаллизации вещества массой m, следует пользоваться той же формулой, но со знаком минус:

04-03

Эта формула дает количество теплоты, необходимое для кристаллизации тела, имеющего температуру плавления.
В более общем случае, если тело имеет температуру t, то для плавления тела его надо нагреть до температуры плавления t0
(количество теплоты c·m·(t0-t ) ), а затем расплавить (количество теплоты λ m ). После этого можно ещё увеличить температуру расплава до температуры t1 (количество теплоты c2·m·(t1 -t0 ) ). Итак, полное количество теплоты, которое необходимо для плавления и увеличения температуры расплава до температуры t1 равно: 

04-04

где c2 - удельная теплоемкость расплава.

Холодильник


Холодильник

9 model Holodilnic

 Модель наглядно демонстрирует основные элементы холодильника.

 

 

Подробнее

При испарении жидкости тепло поглощается, а при конденсации выделяется. На этом основана работа холодильника: испарение и конденсация хладагента переносит тепло из холодильной камеры в окружающую (внешнюю) среду. Точнее, хладагент (в газообразном или жидком состоянии) движется по замкнутой системе, состоящей из двух трубок, разделенным друг от друга компрессором на одном конце и дроссельным устройством на другом.

В модели показаны основные элементы холодильника (интенсивность красного и синего цветов показывает температуру, температура увеличивается от синего к красному):

 1.  Конденсатор. Трубка, находящаяся снаружи холодильника и отдающая тепло внешней среде.
 2.  Дроссельное устройство (расширитель, капиллярная трубка).
         Терморегулирующий расширительный вентиль, являющийся дросселирующим устройством.
         Ограничивает скорость хладагента, переходящего из конденсатора с высоким давлением в испаритель с низким давлением.
 3.  Испаритель. Находится внутри холодильника, поглощает тепло, охлаждая камеру.
 4.  Компрессор - насос, который сжимает и перекачивает пары хладагента из испарителя в конденсатор.
         Создает разность давлений в конденсаторе и испарителе.
         Компрессор приводится в действие электродвигателем, который получает энергию от электрической сети.

Компрессор засасывает из испарителя хладагент (находящийся там в виде пара), сжимает его, и выталкивает в конденсатор. При сжатии хладагента его температура повышается и лишнее тепло из конденсатора уходит во внешнюю среду. При этом охлаждении хладагент конденсируется (и выделяющееся при этом дополнительное тепло конденсации также передается внешней среде). Затем жидкий хладагент под давлением через дросселирующее отверстие поступает в испаритель, где из-за уменьшения давления хладагент испаряется, превращаясь в пар. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, и происходит охлаждение внутреннего пространства холодильника.

Итак, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент остывает, отдавая тепло во внешнюю среду, и конденсируется, то есть превращается в жидкость. В конденсаторе необходимо высокое давление, чтобы при комнатной температуре произошла конденсация (переход в жидкое состояние с выделением тепла). Жидкий хладагент далее проходит через дроссельный вентиль, где происходит его дросселирование (понижается давление) и подается в испаритель, где давление гораздо ниже. Под воздействием низкого давления хладагент кипит и переходит в газообразное состояние, поглощая тепло. Затем газообразный хладагент опять засасывается компрессором и поступает в конденсатор.

Обычно в холодильнике устанавливают  температурный датчик (на нашем рисунке не показан), который размыкает электрическую цепь питания компрессора при достижении необходимой температуры. Когда температура в холодильнике повышается, датчик вновь включает компрессор.

Удельная теплоемкость вещества


 Удельная теплоемкость вещества

4 tempCapacity

Для нагревания одной и той же массы разных веществ до одинаковой температуры требуется, вообще говоря, разное количество теплоты. Модель – это 20 наглядных упражнений на вычисление конечной температуры при смешивании двух объемов жидкости с различными температурами.

Подробнее

Для нагревания одной и той же массы разных веществ до одинаковой температуры требуется, вообще говоря, разное количество теплоты. Количество теплоты, необходимое для нагревания тела, зависит от рода вещества, из которого состоит это тело.(и характеризуется удельной теплоемкостью вещества).

Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для нагревания  1 кг вещества на 1ºС, называется удельной теплоемкостью этого вещества. У каждого вещества своя удельная теплоемкость. Обозначается она латинской буквой C, а измеряется в джоулях на килограмм-градус (Дж/(кг·ºС) ).

Удельная теплоемкость одного и того же вещества при различных температурах или в разных агрегатных состояниях (твердом, жидком и газообразном), вообще говоря, различна.

Чтобы получить количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела, нужно удельную теплоемкость C тела умножить на его массу m и на разность его конечной t1 и начальной t0 температур:

04-01

Количество теплоты Q,  выделяемое телом при охлаждении определяется этой же формулой, но в этом случае t1t0 и, следовательно, Q<0, что означает, что при охлаждении тепло выделяется телом. При нагревании тела t1 t0 и, следовательно, Q>0.


Зависимость температуры кипения от внешнего давления


Зависимость температуры кипения от внешнего давления

8 model boiling

Модель наглядно демонстрирует зависимость температуры кипения жидкости от внешнего давления. Можно изменять температуру жидкости и давление окружающего ее воздуха.

 

 

Подробнее

 

Если увеличивать температуру жидкости, то при температуре кипения жидкость начинает кипеть, и дальнейший рост температуры невозможен. Все сообщаемое жидкости тепло идет на испарение.

Кипение - это процесс перехода жидкости в пар вследствие образования и роста пузырьков пара, которые всплывают на её поверхность и лопаются.

Кипение начинается при температуре, при которой давление насыщенного пара в пузырьках сравнивается с давлением в жидкости. Поэтому температура кипения зависит от давления жидкости. Чем больше внешнее давление, тем больше температура кипения, и при уменьшении внешнего давления, уменьшается и температура кипения.


Излучение и поглощение тепловой энергии


Излучение и поглощение тепловой энергии

3 model izluchenie

Модель наглядно демонстрирует излучение и поглощение тепловой энергии телами с различной окраской поверхности. Проводя эксперименты с моделью, можно убедиться, что тело с темной поверхностью лучше поглощает энергию, чем тело со светлой или зеркальной поверхностью. 

Подробнее

Теплообмен может осуществляться излучением. Тепловое излучение испускают все тела, но интенсивность этого излучения зависит от температуры тела (излучающей поверхности).
Тела с низкой температурой излучают тепло слабо, а тела с высокой температурой сильнее.
Тепловое излучение распространяется от тела-источника во всех направлениях. Попадая на поверхность других тел, излучение частично поглощается, а частично отражается. Поглощенная энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тела, и тело нагреваются.
Кроме температуры интенсивность зависит от структуры излучающей поверхности. Светлые и темные поверхности тел поглощают излучение по-разному.

Модель демонстрирует излучение и поглощение теплового излучения телами с различными поверхностями. Теплоприемник представляет собой плоскую круглую коробочку, одна сторона которой светлая (например, отполирована, как зеркало), а другая покрыта черной матовой краской.

Внутри коробочки находится воздух, который соединен трубкой с жидкостным манометром. Два теплоприемника соединены с манометром, позволяя измерять разность температур воздуха в теплоприемниках.

Излучатель - сосуд с горячей водой. Имеется три излучателя. Поверхность первого сосуда темная, второго -светлая, а у третьего - одна сторона темная, а другая светлая.

Если излучатель перенести на подставку между теплоприемниками, то перемещение столбика жидкости в манометре показывает, что воздух в теплоприемниках нагрелся (расширился) по-разному. Нагревание воздуха в теплоприемнике объясняется передачей ему энергии от нагретого тела. По величине смещения жидкости в манометре можно судить о количестве поглощенного теплового излучения. Эта энергия не передается теплопроводностью, так как между нагретым телом и теплоприемником находится воздух, обладающий очень малой теплопроводностью. Вклад конвекции также очень мал, тем более, что теплоприемник расположен не над нагретым телом, а рядом с ним. Энергия в данном эксперименте передается с помощью невидимых лучей, испускаемых нагретым телом. Эти лучи называют тепловым излучением.

Если поверхности теплоприемников, повернутые к излучающему телу разные, то столбик жидкости в манометре перемещается. 

Проводя эксперименты, можно убедиться, что тело с темной поверхностью лучше поглощает энергию (и, следовательно, вблизи нагревателя сильнее нагревается), чем тело со светлой или зеркальной поверхностью. Тела с темной поверхностью не только лучше поглощают, но и лучше излучают энергию. Больше излучая, они и остывают быстрее.

Скорость испарения жидкости


Скорость испарения жидкости

7 model fumeМодель наглядно демонстрирует зависимость скорости испарения жидкости от температуры жидкости (регулируется подогревом), площади свободной поверхности и от скорости воздушного потока. Простые опыты с моделью показывают, что скорость испарения увеличивается с ростом температуры жидкости, а также при увеличении площади ее свободной поверхности и скорости потока воздуха.

Подробнее

 

С помощью простых опытов легко установить, что скорость испарения увеличивается с ростом температуры жидкости, а также при увеличении площади ее свободной поверхности и при наличии ветра.

При сильном ветре жидкость испаряется быстрее. Это происходит потому, что одновременно с испарением на поверхности жидкости происходит и обратный процес -конденсация. Конденсация происходит из-за того, что часть молекул пара, беспорядочно перемещаясь над жидкостью, снова возвращается в нее. Ветер же уносит вылетевшие из жидкости молекулы и не дает им возвращаться назад.

При испарении жидкость охлаждается и, став более холодной, чем окружающая среда, начинает поглощать ее энергию. При конденсации же, наоборот, происходит выделение теплоты в окружающую среду, и ее температура несколько повышается.

Жидкости имеют различную температуру кипения. Скорость испарения жидкости зависит ее от температуры. Точнее, если температура жидкости увеличивается до температуры кипения, то скорость испарения жидкости тоже растет, достигая наибольшего значения при кипении. (Напомним, что нагреть жидкость до температуры выше температуры кипения в обычных условиях нельзя, все подводящееся тепло идет на испарение жидкости.
Следовательно, скорость испарения жидкости при кипении зависит от потока тепла.) Поэтому скорость испарения жидкости зависит от рода жидкости и ее температуры.

Скорость испарения жидкости зависит также от площади свободной поверхности, чем больше свободная поверхность, тем скорее жидкость испаряется. 

При испарении жидкости наиболее быстрые молекулы, вылетев из жидкости, сталкиваются с молекулами воздуха, изменяют направление своего движения и могут возвращаться в жидкость. В процессе испарения устанавливается определенное соотношение между числом улетевших и числом вылетевших, но вернувшихся молекул жидкости. Воздушный поток уносит вылетевшие молекулы и поэтому при увеличении скорости обдувающего потока испарение жидкости также увеличивается.

Модель демонстрирует зависимость скорости испарения жидкости от температуры жидкости (регулируется подогревом, но из-за испарения жидкость охлаждается), площади свободной поверхности (регулируется размером пенопластовой пластинки) и от воздушного потока (регулируется скоростью вращения вентилятора). Чтобы выявить эти зависимости лучше всего изменять один из этих параметров, а два других не менять.

Конвекция в жидкостях и газах


Конвекция в жидкостях и газах

2 model convectionКонвекция – это теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками вещества. Модель наглядно демонстрирует теплообмен в комнате с холодным (окно) и теплым (нагреватель) источниками тепла.

 

Подробнее

Конвекция - это теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками (или струями) вещества.

При конвекции выравнивание температур в жидкостях и газах происходит в результате перемешиванием теплых и более холодных частей жидкости или газа.  В твердых телах конвекции нет. При конвекции происходит и перенос вещества. Конвекция объясняется тепловым расширением тел и законом Архимеда. Чем выше температура, тем меньше плотность, и поэтому более нагретые части среды поднимаются вверх, а более холодные опускаются вниз. Интенсивность конвекции зависит от разности температур слоев жидкости или газа.

Модель демонстрирует движение холодных и нагретых частей воздуха в комнате с нагревателем.
Холодный воздух показан синим цветом, а теплый - красным.

Благодаря конвекции происходит нагревание или охлаждение воздуха в наших комнатах. Воздух охлаждается вблизи стекол окна и опускается вниз, а его место занимает более теплый воздух комнаты. Без нагревателя в комнате устанавливается циркуляция воздуха, при которой воздух охлаждается около окна и опускается вниз, а вытесняемый им более теплый воздух поднимается вверх, идет к окну и охлаждаясь, опускается вниз. В результате такой циркуляции воздух в комнате охлаждается.

Нагреватель нагревает воздух. Плотность воздуха уменьшается, становиться меньше, чем у окружающего (более холодного) воздуха, и под действием архимедовой (выталкивающей) силы воздух поднимается вверх. Его место внизу заполняет холодный воздух.

Итак, воздух, который соприкасается с нагревателем, нагревается и вследствие этого расширяется и поднимается вверх. Наверху он вытесняет вниз менее теплый воздух комнаты. В комнате возникает циркуляция воздуха, в результате которой воздух в комнате нагревается.

Если нагреватель стоит под окном, то опускающийся вниз охлажденный окном воздух перемешивается с поднимающимся вверх теплым воздухом от нагревателя. В этом случае влияние холодного окна оказывается наименьшим.