内容正文:
第一单元 热传递
第4节 保温和散热
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情境与问题
因为用保温箱进行了保温。
外卖已经成了人们生活的一种方式,即使没有时间做饭,也能吃到热腾腾的饭菜。那为什么外卖员送来的饭菜总是热的呢?
情境与问题
保温箱能保温与它的材料和结构有什么关系呢?
探究与发现
活动1:研究保温箱是怎样保温的
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在生产生活中,有时需要保温,让物体的温度保持在一定范围内,这就需要减缓热传递;而有时需要散热,让物体的温度尽快降下来,这就要加快热传递。而保温箱的目的就是要保持温度。
情境与问题
保温箱是怎样减缓热传递来达到保温效果的呢?它的材料和结构又是怎样的呢?
探究与发现
保温箱内部是用铝箔做成的,外部是用牛津布做成的,夹层是用PE棉做成的。内部的铝箔能反射热辐射,外部的牛津布能阻隔热对流,夹层里的PE棉能抑制热传导。
保温箱内部、外部和夹层是用什么材料做成的,作用是什么?
探究与发现
盖上保温箱盖子能进一步阻断热对流的路径,形成协同保温效应,维持箱内温度稳定。
盖上保温箱盖子有什么作用?
探究与发现
活动结论
保温箱的保温性能与其材料和结构有关。
探究与发现
下列保温容器的材料和结构与保温箱有什么不同点和相同点?它们能否保温?效果怎样?
探究与发现
相同点
①材料共性:均使用热的不良导体(如PE棉、泡沫塑料、真空层)来减少热传导。
②结构共性:配备密封盖(带卡扣或旋钮)阻断热对流,防止热量散失。
探究与发现
不同点
①医用保温箱的保温材料是PU发泡+PP塑料外壳;保温结构是无真空层,依赖填充的泡沫隔热,加盖密封保温;保温效果较好。
②饭菜保温柜的保温材料是双层不锈钢+PP塑料外壳;保温结构是真空夹层(近乎消除热传导),分格密封盖;保温效果极佳。
探究与发现
不同点
③玻璃保温杯的保温材料是玻璃内胆+真空层+玻璃外壳;保温结构是真空层(高效隔36 热),小口径旋盖密封;保温效果中等且容量小。
④保温桶的保温材料是不锈钢内胆+外层塑料(部分无真空层,仅泡沫填充);保温结构是大口径螺纹盖密封,真空款较少;保温效果中等。
探究与发现
活动2:研究散热器是怎样散热的
如图所示的散热器是用什么材料制成的?结构有什么特点?
探究与发现
电暖器的散热材料以铁质为主,表面涂散热涂料;散热结构是多片薄散热片,以增大散热面积。
探究与发现
空调外机的散热材料以铝合金为主(轻便、耐腐蚀);散热结构是密集铝翅片+铜管,外罩金属网,强制通风设计。
探究与发现
汽车散热器的散热材料是铝合金(主流)或铜(商用车);散热结构是扁平水管+波纹散热翅片,垂直气流方向排列,集成风扇、水箱、压力盖,紧凑高效散热。
探究与发现
均通过增大散热面积和优化气流来提升热交换效率。
这三种散热器有什么相同点?
探究与发现
金属是热的良导体,用多组金属片可以增大散热面积(薄片或翅片结构)。
散热器一般由多组金属片组合而成,这种结构有什么作用?
探究与发现
黑色吸热能力强,吸热后能够尽快将热量散发到外部的环境。
散热器一般涂成黑色,这是为什么呢?
探究与发现
通过实验来验证:把灯泡涂上黑色和白色各一半,然后通电,测量两侧的温度高低。
能证明自己对散热器涂成黑色的原因的猜想吗?
探究与发现
实验方法
(1)将灯泡一半涂成黑色,一半涂成白色。
(2)将两支温度计分别挂在支架上,温度计液泡距灯泡距离相同。观察此时温度计的示数并记录。
(3)接通电源,观察两支温度计的示数并记录。
探究与发现
记录实验现象:
时间(分) 0 1 2 3 4 5 6
灯泡黑色一侧温度计示数(℃)
灯泡白色一侧温度计示数(℃)
探究与发现
活动结论
黑色表面吸收所有可见光,将光能转化为热能;白色表面反射所有可见光,吸收的热能很少。
散热器涂成黑色是因为黑色表面能高效吸收和释放热量。
探究与发现
影响热传递的主要因素有材料、结构、颜色等。
影响热传递的主要因素是什么?
应用与拓展
活动1:寻找辐射热的应用
可以加快热传导、加快热对流、增大热辐射。
综合运用热传递的知识,想一想,怎样才能让一杯热水更快变凉?
应用与拓展
应用与拓展
活动2:解释现象
为什么羽绒服会保暖?
羽绒服的保温材料是里面填充的羽绒(能锁住大量静止空气,空气导热差),保温结构是蓬松填充(能最大化空气层厚度)+外层密封且防风(能阻止空气流动散热)。
应用与拓展
应用与拓展
为什么暖壶能保温?
暖瓶的保温材料是内胆的镀银层(能反射热辐射),保温结构是真空夹层(能消除热传导和热对流的介质)+密封瓶塞(能阻止瓶口散热)。
应用与拓展
梳理与总结
通过今天的学习,了解了保温设备中的保温材料和保温结构是如何减缓热传递,达到保温的效果的;也了解了散热器中的散热材料和散热结构是如何加快热量吸收并放热的。
通过联系生活,理解和掌握了物体的保温与材料、结构有关,这也是影响热传递的重要因素。
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