Какие свойства воздуха используют при двойном остеклении

Воздух имеет низкую теплопроводность, то есть плохо проводит тепло. При двойном остеклении между стеклами образуется воздушная прослойка, благодаря которой тепло не выходит на улицу, а холод с улицы не попадает в помещение

Двойное остекление использует такое свойство воздуха как теплопроводность. То есть между несколькими стеклами образуются воздушные камеры, которые не дают проникнуть холодному воздуху в квартиру. Сейчас уже стали делать 4-х и пятикамерные окна для большего тепла.

Потому что теплоемкость и теплопроводность воды (в том числе и в виде пара) намного выше, чем у других компонентов воздуха. Следовательно, при контакте с кожей водяной пар передаст ей гораздо большее количество теплоты, чем горячий воздух той же температуры. Поэтому и обжигает водяной пар гораздо сильнее горячего воздуха даже при более низкой температуре. Например, в сауне можно без особых проблем находиться при температура 120-140 градусов, а вот контакт с водяным паром такой температуры мгновенно вызовет термическое поражение кожи.

Воздух постоянно находится вокруг нас и мы его, так или иначе, постоянно осязаем, например, чувствуем дуновение легкого ветерка. Воздух обладает такими свойствами, как невидимость, прозрачность, помимо этого, чистый воздух не имеет какого-либо запаха, а так же плохо проводит тепло.

Наверно воздух, как раз и неравномерен по влажности, по составу пыли, а значит по удельному сопротивлению. Ведь испарение идет от поверхности земли, где также нет идеальных поверхностей. Есть участки с большей влажностью – реки, озёра, а каменистая, песчаная почва более сухая. Поэтому, разряд молнии такой извилистый – выбирает путь по наименьшему сопротивлению – закон Ома!

Раньше было:

Сила, энергия и мощность.
Возобновляемая энергия. Введение
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив

Солнечная тепловая энергия
1. Введение
2. Солнечный водонагреватель на крыше
3. Природа и пригодность солнечного излучения
4. Солнечная радиация и времена года

5. Удивительные свойства стекла

В этом посте мы обсудили прозрачность. Теперь предлагаю поговорить про механизмы потери тепла через стекло и U–показатель.

Механизмы потери тепла

Разрабатываются методы сокращения теплопотерь через окна и методы остекления солнцесборников. Тепловая энергия теряется через любую субстанцию, где есть разница температур на двух ее сторонах. Величина теплопотерь зависит от:
– разницы температур двух сторон,
– общей площади теплообмена,
– качества изолирующего материала.

Очевидно, что через бóльшее окно можно потерять больше тепла, чем через меньшее, а в холодный день теплопотеря больше, чем в теплый. Для того, чтобы понять, как происходит потеря тепла, и как ее можно минимизировать, нужно рассмотреть три механизма передачу тепла: проводимость, конвекция и излучение.

Проводимость

В любом материале тепловая энергия перетекает от теплых участков к холодным. Величины этого перетекания зависят от первых двух перечисленных выше факторов и от теплопроводности материала. В общей массе металлы имеют очень высокую теплопроводность и могут передавать большие количества тепла при небольших температурных разницах. В случаях, когда рамки для стекол сделаны из металла, они должны быть хорошо изолированы, чтобы минимизировать потерю тепла. Изоляторы требуют большой разницы температур для проведения тепла. Воздух – тоже очень хороший изолятор. Самые удачные формы изоляции имеют маленькие воздушные карманы, оставленные между двумя стеклами окна. Пузыри воздуха выполняют ту же роль в пластмассовых конструкциях и между фибрами минеральной ваты.

Конвекция

Нагретая жидкость, также как и воздух, расширяется и становится менее плотной. Также в ней возникает движение, известное как конвекция. Это один из главных методов передачи тепла через окна в окружающую среду:

Передача тепла через двойное стекло

Надписи на рисунке:
Heat flow. Потоки тепла.
Outside. Снаружи.
Air. Воздух за окном.
Inside. Внутри.
Convection takes place in the air gap. Конвекция возникает в воздушном зазоре.
Conduction takes place through the glass and across still air. Тепло проводится через стекло и дальше по воздуху.

Конвекция создается между воздухом и стеклом с внутренней его стороны, а при двойном остеклении в воздушном пространстве между стеклами. Эффекты конвекции можно уменьшить, если заполнить пространство между стеклами более тяжелым газом с менее мобильными газовыми молекулами, например, аргоном, криптоном или углекислотой. Конвекция может также быть уменьшена путем ограничения пространства, доступного для движения газа. Этот принцип используют в материалах изоляции, упомянутых выше.

Различные формы прозрачной изоляции активно развиваются. Для этого используют прозрачную пластмассу со средним содержанием пузырей изолирующего газа. Эти материалы могли бы в конечном счете революционно изменить понимание окон и стен. Из них могли бы делать и то и другое. Но в настоящее время эти материалы пока не удовлетворяют требованиям в защите от непогоды и ультрафиолетового света.

Альтернативу современным методам остекления могут составить вакуумные стеклопакеты. Конвекционные потоки не могут создаваться в вакууме. Однако для этого нужен полный вакуум. Нужно также увеличить продолжительность жизни окна минимум до 50 лет. Такому окну будут нужны внутренние распорки, препятствующие притяжению стекол за счет давления воздуха снаружи. Но эти распорки дополнительно проводят тепло через изолирующий промежуток, что несколько уменьшает эффективность системы.

Достаточно иметь воздушный зазор всего в 6-10 мм. Если сделать его меньше, конвекция будет затруднена, а теплопроводность напротив облегчена, так как теплу нужно преодлеть совсем небольшое расстояние. Более широкий зазор облегчает циркуляцию конвекционных потоков. Кроме того теплопроводность зазора можно уменьшить, если использовать специальные теплоотражающие покрытия. Наиболее простой путь уменьшить эффекты конвекции – вставить добавочные стекла в стеклопакет или прозрачный пластмассовый модуль между двумя стеклами в тройном стеклопакете. Также возможен стеклопакет с 4-мя стеклами.

Излучение

Энергия тепла от предметов может передаваться в виде такого же излучения, как она передается от Солнца к Земле. Количество излучения зависит от температуры излучающего тела. Крыша здания, например, излучает тепло далеко в атмосферу. Это также зависит от такой характеристики поверхности, как излучаемость. Большинство материалов, используемых в зданиях, имеют высокую излучаемость – приблизительно 0,9. Это означает, что они излучают 90% из теоретического максимума имеющейся температуры.

Другие производимые поверхности имеют более низкую излучаемость. Это означает, что хотя они и горячи, но излучат мало тепла наружу. Такие покрытия «Low-E» сейчас часто используются внутри двойного стеклопакета, чтобы позволяет снизить вырезать потери тепла излучением от внутреннего стекла к внешнему через воздушный промежуток.

Пример. Какие потери тепла можно считать нормой, если речь идет об окне с одним стеклом площадью 2 м2 измерителей, дне, когда температура снаружи – 50°C, а внутри +200°C?

В таблице 2 показано, что теплопотеря (U) для этого окна составляет 6 Вт * м^-2 * °C^-1, так что потерянная норма составляет 2 * 6 * (20 – 5) = 180 Вт.

Заметьте, что если температурная разница сохраняется на этом уровне 24 часа, полная потеря составила бы более чем 4 кВт*час. Для остекления лучших типов, показанных в таблице 2, это значение было бы уменьшено на четверть киловатт-часа.

Таблица 2. Характеристики теплопотери (U) для различных типов стекла.

Источники: Granqvist, 1989; Hutchins, 1997; и литературные источники авторов.

U–показатель

Проводимость, конвекция и излучение участвуют в сложном процессе потери тепла через стену, окно, крышу, и т.п. На практике для любого элемента строительных конструкций известен показатель теплопотери (U), который рассчитывается так:

Тепловой поток через 1 м^2 = U * разницу температур

Единицы, в которых измеряется U – Вт / (м^2 * °С). Более низкое значение U означает лучшую работу изоляции. Таблица представляет типичные показатели U для различных видов остекления (точные значения будут зависеть от элементов строительных конструкций, специфических деталей оконных рам).

Обсудить в моем ЖЖ

Продолжение следует

Каталог 3-х первых разделов учебника

Также рекомендую первые 7 статей из перевода:
Энергетика устойчивого будущего
Эффективность и побочные эффекты использования ископаемых топлив
Сценарии развития энергетики до 2030 года
Сила, энергия и мощность
Солнечная тепловая энергия. Солнечный водонагреватель на крыше
Солнечная тепловая энергия для получения бытовой тепловой энергии
Солнечная радиация и времена года

И статьи:
Несколько характеристик атомной энергетики
Энергия и материя Вселенной

Урок окружающего мира. 4 класс. 26.11.2014

Учитель: Макарова Е.В. МОАУ СОШ №16.

Тема: Как человек использует свойства воздуха.

Тип урока: Открытие нового знания.

Цели и задачи:

Образовательные:

– сформировать понятие о воздухе: его составе и свойствах;

– рассмотреть примеры использования человеко воздуха.

.Метапредметные:

– развивать умение наблюдать, проводить опыты, наблюдать за ходом и результатами опыта; выводы и умозаключения;

– развивать интерес к предмету;

– создавать условия для высказывания аргументированного мнения;

– развивать мыслительные операции: синтез, анализ, обобщение;

обобщать полученную информацию в виде кластера;

– воспитывать коммуникативные умения, культуру повеления.

Личностные:

– формировать навыки сотрудничества через организацию работы в парах, в группах;

– воспитывать положительное отношение к учебной деятельности, веру в свои силы.

– воспитывать потребность совершенствовать свою устную и письменную речь

Ведущий вид деятельности: продуктивный

Методы работы: деятельностный метод, частично – поисковые, словесные, наглядные, практические (опыты)

Формы работы: фронтальная, групповая (дети рассажены по группам), самостоятельная.

Функция учителя: организатор сотрудничества, консультант управляющий опытно-поисковой работой.

Педагогические технологии:

– деятельностный метд обучения;

– объяснительно – иллюстративного обучения;

– педагогика сотрудничества (учебный диалог, учебная дискуссия);

-ИКТ – технология (презентация).

Материал к занятию: Учебник «Окружающий мир. Человек и природа. 4 класс.» А.А.Вахрушев

Оьорудование:

1. Презентация к уроку

2. Веер, банка и стакан с водой, шприц, пустой пакет, шарики.

Ход урока

1. Организационный момент. Мотивация к учебной деятельности. (5 минуты)

Проверка домашнего задания.

Мы рады всем гостям. Вы сможете посмотреть урок окружающего мира.

Чем активнее и организованнее мы будем работать, тем больше интересных вещей я вам смогу показать и рассказать. Хотите узнать больше? Тогда работаем!

– Что существует миллионы лет, является основой жизни на земле, используется человеком и до сих пор не закончилось? (вода)

-Вспомним свойства воды и как человек их использует. (Фронтально):

– Как называется водная оболочка земли?

– Какую роль играет вода в жизни живых организмов?

– Назовите основные свойства воды.

– Сформулируйте закон сообщающихся сосудов. Где его научился использовать человек?

– Почему гайка , опущенная в воду, меньше растягивает резинку, чем гайка подвешенная в воздухе?

– Где человек использует выталкивающее свойство воды?

– Какое свойство воды используется при стирке ?

– Что произойдет с консервной банкой, если ее разогревать, не раскрыв?

– Какое свойство воды используется в паровом двигателе?

– Назовите три состояния воды. Приведите примеры их в природе.

Индивидуально на карточках:

Соедините с помощью стрелок свойства воды и способы их использования.

Текучесть Паровой двигатель

Обладает выталкивающей силой Подслащивание пищи

Свойство сообщающихся сосудов Водяное колесо, турбина электростанции

Расширяется при нагревании Изобретение кораблей

Растворитель Водопровод

2. Актуализация знаний , фиксация затруднения, постановка целей урока.

Построение проекта выхода из затруднения (3 минуты)

– Что еще существует миллионы лет, используется человеком и до сих пор не закончилось? (воздух)

– Попробуйте из моего вопроса и предыдущей темы сформулировать тему сегодняшнего урока.

Тема: Как человек использует воздух и свойства воздуха.

– Собственно сегодняшняя тема – основной вопрос, на который нам предстоит ответить. Можете ли сразу дать полный развернутый ответ?

– Каковы будут цели урока?

Цели урока: 1) Узнать (повторить), что такое воздух, его использование.

2) Узнать (повторить) свойства воздуха и их применение человеком.

– Какой предложите план работы над темой?

1) Вспоминаем то, что знаем

2) Опыты, наблюдения – сводная таблица

3) Выводы

3. Реализация проекта выхода из затруднения (7 минут)

– Вспоминаем то, что знаем:

– Как называется воздушная оболочка Земли? (атмосфера)

– Что такое воздух? (смесь газов)

– Была бы возможна жизнь на Земле без этой воздушной оболочки? Почему?

– Как используют воздух животные и растения? (все живые организмы дышат, используя кислород воздуха)

– Как питаются растения? (растения используют углекислый газ, находящийся в воздухе в процессе фотосинтеза для создания органических веществ и выделяют кислород)

– Почему без воздуха организмы не проживут и 5 минут? (воздух нельзя запасти впрок)

– Какую еще роль выполняет атмосфера земли? (атмосфера защищает поверхность Земли от перегрева и переохлаждения; благодаря озоновому слою, защищает от губительных ультрафиолетовых лучей).

– Какие свойства воздуха вы уже знаете? ( без вкуса, без цвета, без запаха)

– Предложите, как можно проверить, что воздух – существует, это не пустое место? Возможно, ли его все же почувствовать, потрогать, увидеть? Рассмотрите предметы, представленные у меня на столе (веер, ёмкость с водой и пустой стакан, пустой пакет). Предположите, как их можно использовать при доказательстве.

Опыт 1.

Помахать перед лицом веером (тетрадью). Что почувствовали? (прикосновение)

– Проверьте прикосновение, движение воздуха с помощью подручных средств, которые есть на парте у каждого? (помахать тетрадью) – почувствовали

– При движении, воздух – осязаем.

Опыт 2.

Перевернутый вверх дном стакан опустить в ёмкость с водой.

– Почему вода не попадает в стакан? (там находится воздух – воздушный колокол)

– Немного наклоню стакан. Что произошло? (воздух в виде пузырей вышел из стакана, поднялся над поверхностью воды)

Опыт 3.

Поймать в пустой полиэтиленовый пакет воздух.

– Итак, вывод: воздух – это газ, он окружает нас…повсюду. Воздух не имеет постоянной формы и стремиться заполнить весь доступный ему объем.

– Вспомните первый опыт с веером. Что такое ветер? (ветер – это перемещение воздуха)

– Подумайте, как человек может заставить ветер помогать себе?

(ветер надувает паруса – уже 2-3 тысячи лет назад египтяне плавали по Средиземному морю на вполне совершенных парусных судах, ветряные мельницы, ветряные двигатели электростанций – самый чистый способ получения электроэнергии)

– таблица

Откройте учебник на стр. 89. Иллюстрации показывают использование силы ветра человеком.

-Кто помнит: как возникает ветер? (ветер перемещается из менее теплых областей в более теплые.

– Вспомните свои наблюдения как вы когда-нибудь сидели у костра. Что делает теплый воздух от костра с легкими частицами пепла? (поднимает их вверх)

– Следовательно, теплый воздух поднимается, перемещается из менее нагретого участка к более нагретому.

– Вспомните, где у нас в помещениях устанавливают батареи и форточки, почему? (внизу, чтобы теплый воздух равномерно распределялся по всему объему помещения)

– Мы поговорили о поведении теплого и холодного воздуха. А с каким свойством воздуха это связано, что происходит с воздухом при нагревании и охлаждении?

( при нагревании – расширяется, при охлаждении – сжимается)

Опыт 2.

Пронаблюдайте еще один опыт, подтверждающий это свойство. Вика провела и зафиксировала его дома по причине ограниченности времени на уроке.

На пластиковую бутылку, внутри которой находится воздух, одеваем шарик. Сначала мы погружали конструкцию в таз с горячей водой. Через некоторое время, причем достаточно продолжительное, шарик начал надуваться. Это значит, что воздух не стал помещаться в бутылке, он расширился при нагревании и начал надувать шарик. Затем мы опустили нашу конструкцию в таз с холодной водой. Постепенно шарик начал сдуваться – ему стало хватать места в бутылке. Значит при охлаждении воздух сжимается.

Вывод: При нагревании воздух расширяется и становится легче, поднимается вверх. При охлаждении – сжимается, становится тяжелее и опускается вниз. – таблица

– Кто догадается, как еще люди научились использовать свойство теплого воздуха подниматься вверх? (воздушные шары) – таблица

– Вспомните, какая сила выталкивает бревно из воды? Подумайте, почему воздушные шарики, наполненные водородом улетают в небо. какая сила заставляет более легкие, чем воздух предметы, подниматься вверх?

(выталкивающая сила ) – таблица

– Началом эры воздухоплавания можно считать 1783 год, когда братья Монгольфье поднялись в небо на воздушном шаре, заполненном горячим воздухом. Однако главный недостаток воздушного шара – его слабая управляемость. В конце ХIX века изобретатели сконструировали летательные аппараты, которые могли передвигаться с помощью воздушного винта, приводимого в действие двигателем. Это были дирижабли, заполненные водородом. Они имели огромные размеры. Так, например, дирижабль, построенный немецким изобретателем фон Цеппелином имел в длину 128 м, а в ширину – почти 12 м. Но будущее было за другим видом летательных аппаратов

Опыт 3.

Бросить листик бумаги в воду.

– Почему лист не остался висеть в воздухе, но лежит на поверхности воды?

(воздух – менее плотное вещество, малая плотность) – таблица

– Можно ли опереться на воду? При каких условиях? Предположите, можно ли опереться на воздух, при каких условиях?

(увеличить площадь опоры, уменьшить вес, развить большую скорость)

– Зато и сопротивление движению в воздухе оказывается минимальным, так что скорость передвижения в воздухе становится менее ограничена.

– Как, по-вашему, человек научился использовать низкую плотность воздуха ? (самолеты, вертолеты, ракеты – перемещение на значительные расстояния с большой скоростью)

– Появление авиации стало возможным тогда, когда мощность двигателей и в то же время легкость материалов для конструирования достигли определенного уровня. Первый самолет с двигателем братьев Райт взлетел в небо в 1903 году. Люди научились использовать само воздушное пространство.

– Рассмотрите иллюстрации на стр. 90: Как называются эти летательные аппараты?

– Используйте свой жизненный опыт, предположите. Как моя кофточка может быть связана с темой урока?

(воздух плохо проводит тепло- низкая теплопроводность) – таблица

– Какое утверждение, по-вашему, правильное: одежда греет тело, или одежда нагревается от тела?

– Благодаря низкой плотности воздух плохо проводит тепло. Когда холодно, звери поднимают шерсть, птицы – перья, а человек надевает вязаную кофточку. Шерстяные вещи, пуховики, шубы создают между телом и внешней средой толстую воздушную прослойку. которая не дает телу терять тепло. Таблица – шерстяные вещи.

– Где еще человек использует низкую теплопроводность воздуха? (встать у окна)

(двойные оконные рамы в домах, находящийся между ними воздух позволяет сохранить тепло в домах) – таблица

– Учебник предлагает нам познакомиться с еще одним свойством воздуха и

провести для этого такой опыт:

Опыт 4. (проводит ребенок у доски)

Возьмем пластиковый шприц без иглы, поставим поршень в среднее положение. Зажав пальцем отверстие для иглы, попробуем сжать и растянуть воздух. Сделайте вывод.

(Вывод: Приложив усилие, воздух можно сжать и растянуть, но он стремится сохранить первоначальный объем.)

– Такое свойство называется – упругость – таблица.

– Где можно использовать упругость накачанного воздуха?

( надувные матрацы, автомобильные шины, мячи) – таблица

– Итак, посмотрите какая сводная таблица использования свойств воздуха у нас получилась.

К этой таблице я хочу добавить, что люди научились использовать не только свойства воздуха, но и газы, входящие в его состав.

– Посмотрите на диаграмме какие еще газы, кроме названных сегодня кислорода и углекислого газа входят в состав воздуха.

Работа в группах.

Учебник нам не предлагает способов использования газов, входящих в состав воздуха. Попробуйте это сделать самостоятельно. Откройте тетради на стр. 35. Развернитесь, объединитесь в группы по четверкам. Обсудите ваши предположения. Просигнальте о готовности.

– Дополним таблицу. Как человек использует газы, входящие в состав воздуха?

Азот – азотные удобрения

Кислород – используют для сварки

Углекислый газ добавляют в воду и получают газировку

Водородом наполняют воздушные шарики

Сделаем выводы: что изучил и использует человек касательно воздуха?

(силу ветра, свойства и состав воздуха)

5. Первичное закрепление во внешней речи. Включение в систему знаний.

(2 минуты)

– Чтобы проверить как вы усвоили материал, предлагаю ответить на мои вопросы, сыграв в игру «Что бы было на Земле, если бы воздух … не был упругим?

– если бы воздух не перемещался, не было бы ветра?

– если бы воздухе не было углекислого газа?

– если бы воздух был более плотным, чем есть?

– если бы в воздухе не было кислород?

– Какое свойство воздуха важнее всего для мяча? Одеяла? Воздушного шара? Самолета? Парашюта?

– Какой газ, входящий в состав воздуха, поддерживает горение в печи и температуру нашего тела? (кислород, при сжигании образуется энергия и тепло, поддерживающие температуру тела и печи)

Работа в тетради (при наличии времени)

– Предлагаю поразмышлять, высказать свою точку зрения:

– Назовите предметы, которым плотность воздуха помогает (чем больше, тем лучше) –

парашют, самолет, надувной матрац, мяч, воздушные шары

– Назовите предметы, которым плотность воздуха мешает (чем она меньше, тем лучше) – парусник, свитер, самолет, ракета

6. Самостоятельная работа с проверкой по эталону. (3 минуты)

Работа в тетради. Стр. 34. № 2

– Напишите какие свойства воздуха используют

Вертолет

плотность

Двойное остекление

низкая теплопроводность

Растение

наличие в воздухе углекислого газа

Ракета

плотность

Надувной матрац

упругость

Костёр

наличие в воздухе кислорода

Проверьте свою работу по эталону.

У кого получилось без ошибок?

У кого были затруднения, каковы ваши дальнейшие действия? (внимательно прочитать, разобраться с материалом учебника дома)

7. Рефлексия учебной деятельности. (3 минуты)

Урок подходит к концу. Давайте подведем итоги.

Какова была цель сегодняшнего урока? (Узнать, как человек использует воздух)

Достигли ли цели? Докажите:

– Что кроме свойств воздуха научились использовать люди? (воздушное пространство, силу ветра, составные части воздуха)

– Какие свойства воздуха запомнили?

– Кто доволен уроком и собой на уроке?

– У кого мои вопросы еще вызывали затруднения? – внимательно поработать дома

– Кто очень доволен и уроком и собой?

Спасибо за урок. Спасибо за внимание.

Или блиц-опрос:

– Что такое воздух?

– Какие газы входят в состав воздуха

– Имеет ли воздух определенную форму и объем

– Как называется воздушная оболочка земли

– Что использовали люди в древности для путешествий на парусниках по морям

– Что делает воздух при нагревании

– Почему не падают самолеты. Вертолеты

– Какое свойство воздуха используется в надувных матрацах, мячах

– Какой газ используют при производстве газировки

– Сколько человек может прожить без воздуха

– Воздуха на земле много, всем хватит, о нем не стоит заботиться

Опыт 6. Воздух имеет вес, массу.

Возьму 2 одинаковых шарика. Один из шариков – надут воздухом, другой – нет. Оба шарика привязаны к концам палочек. Положу палочку с не надутым шариком на край стола так, чтобы он находился в равновесии. Помечу место пересечения со столом. Точно так же положу палочку с надутым шариком. Что произошло? (надутый шарик с воздухом перевесил)

– Следовательно?…(воздух имеет вес, массу)

– Если воздух имеет вес, значит он давит на Землю.

– Ветер дует из области высокого давления в область низкого давления (если на тебя давят, хочется убежать, уйти в область менее сильного давления). Область высокого давления обычно наблюдается в области с холодными воздушными массами, а низкое – с теплыми.

Личностные:

осознанное

отношение

к учению

Познавательные:

– сравнение

– синтез

– структуриро

-вание знаний

– выдвижение

гипотез

Познават-е:

– постановка

проблемы

– выдвижение

гипотез

Регулятивные:

-целеполагание

– планирование

– знаково-

символическое

моделирование

Познавательные:

– структуриро-

вание знаний

– выдвижение

гипотез

Познават?