Ֆիզիկա

1) Բացատրեք, թե ինչպես է տեղի ունենում ջերմափոխանակումը մթնոլորտի ստորին՝ տաք, և վերին՝ սառը, շերտրրի միջև: Ձեզ հայտնի որ օրենքի վրա է հիմնված այդ ջերմափոխանակումը: 

Այն տեղի է ունենում հետևյալ կերպ՝․

Օդի անհավասարաչափ տաքացմամբ պայմանավորված ջերմությունը կարող է շատ արագ փոխանցվել մի տեղից մյուսը։Տաքանալիս օդը ընդարձակվում է և նրա խտությունը դառնում է ավելի փոքր քան շրջապատող սառը օդինը։Այս դեպքում ելնելով Արքիմեդյան օրենքից, որտեղ տաք օդի վրա ազդող աքիմեդյան ուժը գերազանցում է նրա կշիռը  ստիպելով , որ նա բարձրանա վեր, իսկ ավելի մեծ խտությամբ սառը օդը իջնի ներքև։Տեղի է ունենում սառը և տաք օդի շերտերի մեխանիկական խառնում, որն ուղեկցվում է ջերմափոխանակմամբ։ Ջերմափոխանակումը հիմնված է կոնվեկցիաի օրենքի վրա։

2) Ջերմահաղորդման որ եղանակն են անվանում կոնվեկցիա: Որն է կոնվեկցիայի և ջերմահաղորդականության երևույթի հիմնական տարբերությունը:

Հեղուկի կամ գազի հոսանքների միջոցով կատարվող ջերմահաղորդումը, որը հետևանք է հեղուկի կամ գազի շերտերի անհավասարաչափ տաքացման, կոչվում է կոնվերցիա։
Ջերմահաղորդականությամբ ջերմության հաղորդումը միջավայրի մի մասից մյուսը չի ուղեկցվում նյութի տեղափոխմամբ, իսկ կոնվեկցիան հեղուկներում և գազերում նյութի տեղափոխության հետևանքով ջերմության փոխանցումն է մի տեղից մյուսը։

3) Նկարագրեք օդում կոնվեկցիան ցուցադրող փորձը: 

Ուղղաձիգ դրված ապակե խողովակը լցնենք ծխով։Ծուխը սովորաբար երկար մնում է խողովակում։Բայց երբ փորձենք ներքևից խողովակին մոտեցնենք  վառվող սպիրտայրոց, ապա տաքացած օդը վեր կբարձրանա շնորհիվ կոնվեկցիայի և շարժման մեջ կդրվի խողովակի ներսի ծուխը որն էլ դուրս կգա խողովակի վերին ծայրից։

4) Նկարագրեք ջրում կոնվեկցիան ցուցադրող փորձը:

Ապակե անոթի մեջ ջուր լցնենք և անոթի հատակին դնենք կայլիումի պերմանգանատի մի քանի փշուր։Կտեսնենք, որ հատակի մոտ ջուրը կդառնա մանուշակագույն։Անոթը դնենք վառվող գազոջախին կտեսնենք, թե ինչպես է գունավորված ջրի ներքևի տաք շերտերը, արտամղվելով՝ սառը ջրից բարձրանում են վեր։Իսկ սառը պատերի մոտի ջուրը իջնում է ներքև։Այսինքն տեղի է ունենում ջրի անընդհատ շրջապտույտ որն էլ ուղեկցվում է ջերմության տեղափոխմամբ։Ջրի այս շրջապտույտը հենց կոնվեկցիան է, որի շնորհիվ ջուրը հավասարաչափ է տաքանում։

5) Ինչպես է գոյանում ամպը:

Պարզ եղանակին Արեգակը տաքացնում է ցամաքը, միաժամանակ տաքացնելով նաև մթնոլորտի երկրամերձ շերտը։ Դրա շնորհիվ տաքացած օդի այդ զանգվածը բարձրանում է վեր։ Բարձրանալուն զուգընթաց տաք օդն ընդարաձակվում է բավականաչափ արագ, քանի որ վեր է բարձրանում համեմատաբար մեծ արագությամբ։Արագ ընդարձակվելիս վեր բարձրացող օդն աշխատանք է կատարում ոչ թե շրջապատից ստացած էներգիայի այլ իր ներքին էներգիաի հաշվին։Օդի այդ զանգվածի ջերմաստճանը նվազում է։Վեր բարձրացող օդը սկսում է սառչել, իսկ եթե նաև խոնավ է, ապա որոշ բարձրությունից սկսած գոլորշու խտացման հետևանքով առաջանում է ջրի մանրիկ կաթիլներ և գոյանում է ամպը։

6) Ինչպես է առաջանում քամին:

Քամին առաջանում է երբ ցերեկն Արեգակի ճառագայթներն գետինն ավելի արագ են տաքացնում քան ծովի, լճի և այլն ջուրը, ուստի ցամաքի ջերմաստճանը ավելի բարձր է, քան ջրինը։Բարձր է նաև ցամաքի վրա օդի շերտի ջերմաստճանը, իսկ տաք օդն էլ ընդարձակվելով բարձրանում է վեր։Նրա տեղը զբաղեցնում է ծովից եկող սառը օդային զանգվածը։Այսպես առաջանում է քամի՝ փչելով ծովից դեպի ցամաք։Գիշերը տեղի է ունենում հակառակը գետինը ավելի արագ է պաղում քան ջուրը, ուստի նրա ջերմաստճանը ավելի բարձր է քան ցամաքինը։Քամին արդեն փչում է ցամաքից դեպի ծով։

7) Հնարավոր է արդյոք կոնվեկցիան պինդ մարմիններում?

Պինդ մարմիններում հնարավոր չէ, քանի որ կոնվեկցիան դա հեղուկի կամ գազի հոսաքների միջոցով կատարվող ջերմահաղորդումն է, այսինքն հեղուկներում և գազերում նյութի տեղափոխության հետևանքով ջերմության փոխանցումն է մի տեղից մյուսը։ 

8) Ինչ է էլեկտրամագնիսական դաշտը: Ինչ վիճակներում կարող է գոյություն ունենալ:

Էլեկտրամագնիսական դաշտ է կոչվում այն տարածությունը, որտեղ գործում են էլեկտրական և մագնսիական ուժերը:
Էլեկտրամագնիսկան դաշտը կարող է գոյություն ունենալ և նյութի հետ կապված վիճակում և նյութից առանձին։Ն յութից առանձնանալով այն տեղափոխվում է տարածության մեջ։

9) Ինչ է էլեկտրամագնիսական ալիքը:

Ժամանակի ընթացքում էլեկտրական և մագնիսական դաշտերի տարածումն է տարածության մեջ, կոչվում է էլեկտրամագնիսական ալիք։

10) Ջերմահաղորդման որ եղանակն են անվանում ճառագայթային ջերմափոխանակում: Բերեք մի քանի օրինակ:

Ջերմահաղորդականությունը, որն իրականացվում է ջերմային ճառագայթման արձակման և կլանման միջոցով կոչվում է ճառագայթային ջերմափոխանակություն։Օրինակ՝ ձեռքը ներքևից մոտեցնելով հոսանքին միացված էլեկտրական արդուկին զգում ենք թե ինչպես է ջերմությունն արդուկից հաղորդվում մեր ձեռքին։Արդուկի և ձեռքի միջև կա օդի շերտ։Սակայն օդը վատ ջերմահաղորդիչ է, նշանակում է ,որ ջերմությունն արդուկից մեր ձեռքին ջերմահաղորդականությամբ չի փոխանցվում,չի փոխանցվում նաև կոնվեկցիայով ,ուրեմն՝ ջերմությունը մեր ձեռքին հաղորդվում է ճառագայթային ջերմափոխանակմամբ։

11) Որ մարմինն է ավելի լավ կլանում ջերմային ճառագայթումը՝սև, թե սպիտակ:

Մուգ գույնի մակերևությները ավելի լավ կլանիչներ են քան բաց գույնի մակերևությները ,այդ իսկ պատճառով մուգ գույնի մարմինները ջերմային ճառագայթման ավելի լավ կլանիչներ են։ Հենց այդ պատճառով է, որ ամառը խորհուրդ չեն տալիս սև հագուստ հագնել։

12.Ինչու են օդապարիկները, ինքնաթիռի թևերը ներկում արծաթագույն, իսկ Երկրի արհեստական արբանյակներում տեղակայված որոշ սարքեր՝ մուգ գույնով:

Օդապարիկները և ինքնաթիռների թևերը շատ հաճախ ներկում են արծաթագույն ներկով, որպեսզի դրանք ավելի քիչ տաքանան արեգակնային ճառագայթներից։

Ջերմափոխանակության տեսակներըՏարբեր ջերմաստիճանի երկու մարմիններ միմյանց հպելիս՝ ջերմափոխանակության հետևանքով տաք մարմնի ներքին էներգիան նվազում է, իսկ սառը մարմնինն` աճում: Այլ կերպ ասած` տաք մարմնից սառը մարմնին էներգիայի որոշ քանակ է հաղորդվում: Էներգիան կարող է հաղորդվել ոչ միայն տաք մարմնից սառը մարմնին, այլև նույն մարմնի տաք մասերից սառը մասերին: Մարմնի տաք մասից սառը մաս էներգիայի հաղորդումն ակնառու դարձնելու համար կատարենք հետևյալ փորձը: Ամրակալանին պղնձե ձող ամրացնենք: Մոմով կամ պլաստիլինով ձողի երկայնքով մի քանի մեխեր ամրացնենք (շարժապատկեր): Ձողի մյուս ծայրը տաքացնենք սպիրտայրոցի բոցով: Տաքանալու ընթացքում մոմն սկսում է հալչել, և մեխերն աստիճանաբար պոկվում են ձողից: Սկզբում պոկվում են այն մեխերը, որոնք կրակի բոցին ավելի մոտ են: Հետո հերթականությամբ պոկվում են մյուս մեխերը: Այս պարզ փորձն իրոք ակնառու է դարձնում էներգիայի հաղորդումը ձողի տաք ծայրից դեպի սառը ծայրը: Իսկ էներգիայի հաղորդումը բացատրվում է հետևյալ կերպ:  Սկզբում մեծանում է մետաղի այն մասնիկների շարժման արագությունը, որոնք մոտ են կրակին: Այդ մասում ձողի ջերմաստիճանը բարձրանում է: Այդ մասնիկների և դրանց հարևանությամբ գտնվող մասնիկների բախումների հետևանքով վերջիններիս արագությունը նույնպես մեծանում է: Դրա արդյունքում բարձրանում է ձողի այդ հատվածի ջերմաստիճանը: Այնուհետև մեծանում է հաջորդ մասնիկների արագությունը և այդպես շարունակ, ինչն էլտաքացնում է ամբողջ ձողը:  

 Փորձից հետո ուշադիր զննելով ձողը՝ կհամոզվենք, որ նրա չափերի փոփոխություն տեղի չի ունեցել: Սա նշանակում է, որ ջերմափոխանակության ընթացքում էներգիան հաղորդվել է՝ առանց նյութի տեղափոխության: Տաք մարմնից սառը մարմնին, կամ մարմնի տաք տեղամասից սառը տեղամասին ներքին էներգիայի հաղորդման պրոցեսը, որն իրականացվում է մոլեկուլների ջերմային շարժման և փոխազդեցության շնորհիվ, կոչվում է ջերմահաղորդականություն:Առավել մեծ ջերմահաղորդականությամբ օժտված են մետաղները, հատկապես արծաթը և պղինձը: Հեղուկների (բացառությամբ հալեցրած մետաղների) ջերմահաղորդականությունը փոքր է: Գազերինն ավելի փոքր է, քանի որ դրանց մոլեկուլներն անհամեմատ ավելի հեռու են գտնվում իրարից, և էներգիայի փոխանցումը մի մասնիկից մյուսին դժվարությամբ է կատարվում:  ՈւշադրությունԲրդի, բմբուլի, մորթու վատ ջերմահաղորդականությունը (որը պայմանավորված է նրանց մանրաթելերի միջև օդի առկայությամբ) թույլ է տալիս կենդանու մարմնին պահպանել օրգանիզմի ստեղծած ջերմային էներգիան և այդպիսով խուսափել սառչելուց: Ցրտից պաշտպանում է նաև ճարպի շերտը, որն առկա է լողացող թռչունների, կետերի, ծովափղերի, փոկերի և մի քանի այլ կենդանիների մոտ:ԿոնվեկցիաԿա ջերմափոխանակության տեսակ, որի դեպքում էներգիան մի տեղից մյուսը փոխանցվում է՝ շնորհիվ նյութի շերտերի անհավասարաչափ տաքացման, իրականանում է միայն հեղուկներում և գազերում, էներգիան մի տեղից մյուսը փոխանցվում է նյութի տեղաշարժի հետևանքով: Ջերմահաղորդականության այդ տեսակը այսպես կոչված կոնվեկցիան է (հունարեն «կոնվեկտիո»՝ հասցնել, մատուցել բառից):Հայտնի, որ հեղուկները և գազերը սովորաբար տաքացնում են ներքևից: Ջրով լի թեյնիկը դնում են գազօջախի վրա, ջեռուցման մարտկոցները հատակին հնարավորինս մոտ են տեղադրում: Պարզենք, թե ինչով է դա պայմանավորված: Ձեռքը պահելով տաք սալօջախի կամ վառվող լամպի վրա՝ մենք զգում ենք, որ սալօջախից կամ լամպից վեր են բարձրանում օդի տաք հոսանքներ (նկ. 1): Օդի այն շերտը, որ սահմանակից է սալօջախին կամ լամպին, տաքանում և դրա հետևանքով ընդարձակվում է: Արդյունքում այդ տաքացած օդի խտությունը փոքրանում է շրջապատող սառն օդի խտությունից, այսինքն, տաք օդի կշիռը փոքրանում է: Տաք օդի կշիռը փոքրանում է՝ նրա վրա ազդող արքիմեդյան ուժից, ինչի հետևանքով այն վեր է բարձրանում, իսկ նրա տեղը զբաղեցնում է սառը օդը: Որոշ ժամանակ անց օդի այդ շերտը տաքանալով՝ նույնպես բարձրանում է վեր՝ իր տեղը զիջելով օդի հաջորդ զանգվածին, և այդպես շարունակ: Տեղի է ունենում օդի սառը և տաք շերտերի մեխանիկական խառնում, որն ուղեկցվում է ջերմափոխանակությամբ: Նույն մեխանիզմով է տաքանում նաև մեր բնակարանների օդը (նկ. 2): 

 Փորձասրվակի մեջ մի կտոր սառույց դնենք և վրան սառը ջուր լցնենք: Սրվակը վերևից տաքացնելիս՝ ջրի վերին շերտերը սկսում են եռալ մինչդեռ ջրի ստորին շերտերը սառն են մնում, անգամ սառույցը չի հալչում(նկ. 3): Սա բացատրվում է նրանով, որ տաքացման այս եղանակի դեպքում կոնվեկցիա չի կատարվում: Տաքացած շերտերը բարձրանալու տեղ չունեն. դրանք առանց այդ էլ վերևում են: Իսկ ստորին սառը շերտերը այդպես էլ կմնան ներքևում: Նույն պատճառով չի տաքանում նկ. 4-ում պատկերված փորձասրվակում գտնվող օդը: 

 Այս փորձերը ոչ միայն ապացուցում են, որ հեղուկներն ու գազերը պետք է տաքացնել ներքևից, այլև որ դրանցում ջերմահաղորդականությունը շատ դանդաղ է ընթանում: Կոնվեկցիայի երևույթը մեծ դեր է խաղում բնության մեջ և լայնորեն օգտագործվում է կենցաղում: Նրա շնորհիվ մթնոլորտի օդը շարունակ խառնվում է՝ ապահովելով օդի գրեթե նույն բաղադրությունը Երկրի բոլոր մասերում: Կոնվեկցիայով է պայմանավորված ամպերի գոյացումը, քամիների առաջացումը, ջրի շրջապտույտը բնության մեջ, ծովափնյա մեղմաշունչ զեփյուռի առաջացումը ու էլի շատ երևույթներ: Ջեռուցման համակարգերի աշխատանքի հիմքում կոնվեկցիայի երևույթն է, կոնվեկցիան է ապահովում քարշը ծխնելույզներում: 

 Ճառագայթային ջերմափոխանակություն Երկիրն Արեգակից էներգիա է ստանում: Քանի որ դրանց միջև անօդ տարածություն կա, ապա էներգիան չի կարող փոխանցվել ոչ ջերմահաղորդականության, ո՛չ էլ կոնվեկցիայի շնորհիվ: 

  Խարույկի մոտ նստելիս զգում ենք, թե ինչպես է կրակը տաքացնում մեր մարմինը (նկ. 5): Մնում է ենթադրել, որ կա ջերմափոխանակության ևս մի տեսակ: Այդ տեսակի դեպքում ներքին էներգիան ճառագայթվում է մի մարմնի կողմից և կլանվում մյուսի կողմից: Այդ ճառագայթումն անվանում են ջերմային ճառագայթում, իսկ ջերմափոխանակության այս տեսակը՝ ճառագայթային ջերմափոխանակություն:Ջերմահաղորդականությունը, որն իրականացվում է ջերմային ճառագայթման արձակման և կլանման միջոցով, կոչվում է ճառագայթային ջերմափոխանակություն: Ճառագայթային ջերմափոխանակության ժամանակ էներգիա ճառագայթած մարմնին ներքին էներգիան նվազում է, իսկ էներգիա կլանած մարմնինը՝ աճում: Ջերմափոխանակության այս տեսակի առանձնահատկությունն այն է, որ կարող է իրականանալ նաև անօդ տարածության միջով: Ջերմային ճառագայթում են առաքում բոլոր մարմինները: Էլեկտրական սալիկի շիկացած պարույրին, վառվող էլեկտրական լամպին, ջեռուցման մարտկոցին, տաք վառարանին ձեռքը կողքից մոտեցնելիս մենք տաքություն ենք զգում: Նկատում ենք նաև, որ ինչքան բարձր է մարմնի ջերմաստիճանը, այնքան ուժեղ է տաքացնում այն, այսինքն՝ այնքան շատ էներգիա է հաղորդում ճառագայթման միջոցով:ՕրինակՎառվող լամպի մոտ, միևնույն հեռավորության վրա տեղադրենք միատեսակ մետաղյա թիթեղներ, որոնցից մեկի մակերևույթը ներկված է սպիտակ գույնի, իսկ մյուսինը՝ սև գույնի ներկերով (նկ. 6): Որոշ ժամանակ անց չափենք թիթեղների ջերմաստիճանը: Կտեսնենք, որ սպիտակ գույնի թիթեղը գրեթե չի տաքացել և նրան հպած ջերմաչափը ցույց է տալիս սենյակի ջերմաստիճանը, իսկ սև գույնի սկավառակի ջերմաստիճանը զգալիորեն բարձր կլինի սենյակի ջերմաստիճանից (նկ. 7):: Այսպիսով, մուգ գույնի մակերևույթները ջերմային ճառագայթման ավելի լավ կլանիչներ են, քան ավելի բաց գույնի մակերևույթները: Հետաքրքիր է, որ ջերմային ճառագայթման արձակման տեսակետից էլ առավելությունը մուգ գույնի մարմիններինն է: Միևնույն ջերմաստիճանում գտնվող մարմիններից մուգ գույնի մարմինները ավելի շատ էներգիա են ճառագայթում, քան բաց գույնի մարմինները: Դրանում կարելի է համոզվել հետևյալ փորձով: Վերը նշված թիթեղները պահենք եռացող ջրի մեջ այնքան ժամանակ, մինչև նրանց ջերմաստիճանները դառնան 100°C: 

 Օդապարիկները և ինքնաթիռների թևերը շատ հաճախ ներկում են արծաթագույն ներկով, որպեսզի դրանք ավելի քիչ տաքանան արեգակնային ճառագայթներից: Իսկ եթե անհրաժեշտ է օգտագործել արեգակնային էներգիան (օրինակ՝ արհեստական արբանյակների վրա տեղադրված որոշ սարքերի տաքացման նպատակով), այդ սարքավորումները ներկում են մուգ գույնով: