Распространенные заблуждения о тепле и теплоизоляции — Сохранение тепла — Помимо пингвинов и белых медведей

Понятия энергии и тепла являются сложными для учащихся начальной школы. Поскольку молодые студенты не готовы углубляться в кинетическую теорию и молекулярное движение, большая часть объяснения переноса тепла и энергии им недоступна. Кроме того, использование слова «энергия» в популярной культуре может помешать развитию научного понимания. Тем не менее, учащиеся начальных классов способны исследовать тепло посредством наблюдений и качественных, подходящих для развития объяснений. На самом деле идея о том, что тепло передается от одного объекта к другому посредством теплопроводности, является ожиданием на уровне класса в соответствии с Национальные стандарты научного образования (НРК 1996). Во время этих первоначальных исследований учителя столкнутся с множеством неправильных представлений учащихся. Формирующее оценивание и целенаправленное обучение помогут подготовить учащихся к изучению более сложных понятий в средних классах и старше.

В этой статье мы выделили некоторые распространенные заблуждения о тепле и изоляции. Вместо того, чтобы предоставлять исчерпывающий список всех возможных студенческих идей, мы надеемся дать представление о тех, которые могут быть у ваших учеников начальной школы. Мы также предоставили инструменты для формирующего оценивания и ресурсы для обучения правильным научным понятиям.

Заблуждения

Студенты могут иметь различные неправильные представления о тепле, температуре и энергии. Несколько распространенных заблуждений включают идею о том, что некоторые предметы (например, одеяла) выделяют собственное тепло. Учащиеся могут поверить в это, потому что им стало теплее, когда они укрылись одеялом или надели свитер. Другая область заблуждения связана со словами «горячий» и «холодный». Студенты часто считают, что тепло и холод разные, и что они являются веществами, а не энергией. Студенты также могут полагать, что «холод» передается от одного предмета к другому — их опыт работы с кулерами и холодильниками, кажется, подтверждает это заблуждение.

На веб-странице «Заблуждения детей о науке» представлен список заблуждений в нескольких областях физических наук, включая тепло и температуру. Вот некоторые из них, которые вы можете услышать в своем классе:

Студенты могут подумать… Вместо того, чтобы думать…
Тепло — это вещество. Тепло — это не энергия. Тепло – это энергия.
Температура – ​​это свойство конкретного материала или объекта. (Например, учащиеся могут полагать, что металл по своей природе холоднее пластика.) Температура не является свойством материалов или объектов. Объекты, находящиеся в одних и тех же условиях окружающей среды, будут иметь одинаковую температуру.
Температура объекта зависит от его размера. Температура не зависит от размера.
Тепло и холод разные. Холод – это отсутствие тепла. Тепло и холод можно рассматривать как противоположные концы континуума.
Холод передается от одного объекта к другому. Тепло передается от одного объекта к другому. Тепло переходит от более теплого объекта к более холодному.
Предметы, сохраняющие тепло (свитера, варежки, одеяла), являются источниками тепла. Предметы сохраняют тепло, улавливая тепло.
Некоторые вещества (мука, сахар, воздух) не могут нагреваться. Все вещества нагреваются, хотя некоторые нагреваются легче, чем другие.
Предметы, которые легко нагреваются (проводники тепла), не становятся быстро холодными. Проводники легко набирают (и теряют) тепло.
Читайте также:
Каковы лучшие варианты изоляции пола? | Пол Америка

ФОРМИРУЮЩАЯ ОЦЕНКА

Что do думают ваши ученики? Каждый из четырех томов серии Раскрытие студенческих идей в науке (NSTA Press) содержит 25 тестов для формативного оценивания, которые помогают учителям выявлять неверные представления. Тома 1, 2 и 4 Раскрытие студенческих идей в науке содержат оценочные зонды, связанные с теплом, изоляцией и тепловой энергией.

Связанные тесты формативного оценивания в Томе 1 Раскрытие студенческих идей в науке:

«Задача в рукавицах» предназначена для того, чтобы выяснить, верят ли учащиеся в то, что изолирующий объект выделяет собственное тепло. Выявляет представления учащихся об источниках тепловой энергии.

«Объекты и температура» предназначены для того, чтобы выяснить, признают ли учащиеся, что объекты, не производящие тепло, находящиеся в одних и тех же условиях окружающей среды, будут иметь одинаковую температуру независимо от материала. Это выявляет представления учащихся о температуре.

Связанные тесты формативного оценивания в Томе 2 Раскрытие студенческих идей в науке:

«Смешивание воды» предназначено для того, чтобы выяснить, признают ли учащиеся, что передача энергии происходит от более теплых предметов или материалов к более холодным. Это выявляет представления учащихся о температуре и переносе энергии.

Связанные тесты формативного оценивания в Томе 4 Раскрытие студенческих идей в науке:

«Согревающая вода» предназначена для того, чтобы выяснить, думают ли студенты, что холодные вещи могут иметь энергию. Это выявляет представления учащихся о тепловой энергии.

ПРЕПОДАВАНИЕ НАУКИ

В то время как неправильные представления могут быть стойкими и их трудно исправить, хорошо разработанная инструкция может помочь учащимся перейти к точному научному пониманию тепла и энергии. Каждое пробное формирующее оценивание в Раскрытие студенческих идей в науке дает идеи для обучения, и во многих случаях сам зонд может служить основой для управляемого (или открытого) исследовательского опыта. Кроме того, вот два урока, которые могут помочь учащимся понять, что одежда и одеяла не выделяют тепло.

Заблуждения о тепле (3-5 классы)
Занятия в классе помогают учащимся понять, что перчатки не обеспечивают тепло, а скорее изолируют или удерживают любое тепло, которое находится в их руках.

Читайте также:
Установка - Автоклавный газобетон Aercon AAC

Согрей меня! (3-5 классы)
Учащиеся выявят и обсудят неправильное представление, которое у многих может быть об источниках тепла, в частности о том, что одежда не выделяет тепло.

НАЦИОНАЛЬНЫЕ СТАНДАРТЫ НАУЧНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Оценка и выявление неверных представлений учащихся о тепло- и теплоизоляции соответствует Стандарту содержания физических наук для классов K-4 и 5-8 школы. Национальные стандарты научного образования, Целиком Национальные стандарты научного образования документ можно прочитать в Интернете или загрузить бесплатно с веб-сайта National Academies Press. Стандарты научного содержания можно найти в главе 6.

Эта статья была написана Джессикой Фрис-Гейтер. Для получения дополнительной информации см. страницу участников. Пишите Кимберли Лайтл, главному исследователю, с любыми вопросами о содержании этого сайта.

Авторские права декабрь 2009 г. – Университет штата Огайо. Этот материал основан на работе, поддержанной Национальным научным фондом в рамках гранта № 0733024. Любые мнения, выводы и выводы или рекомендации, выраженные в этом материале, принадлежат автору (авторам) и не обязательно отражают взгляды Национального научного фонда. Фундамент. Эта работа распространяется под лицензией Attribution-ShareAlike 3.0 Неперенесенная лицензия Creative Commons.

Жидкая теплоизоляция: мифы и противоречия


Лутон трансформатор1 500

В первом в мире трансформаторе класса напряжения 420 кВ (в Европе, который был бы аналогичен блоку 550 кВ в США), заполненном эфиром, использовалась жидкость на основе природного эфира FR3 еще в 2013 году. Это блок мощностью 300 МВА с принудительная циркуляция изоляционной жидкости (KDAF, что соответствует ODAF в агрегате с минеральным маслом). Этот трансформатор продолжает работать в непрерывном режиме, и оператор системы передачи (TSO) уже установил дополнительные блоки, которые также заполнены природным эфиром.
Другие TSO также приняли жидкости на основе натуральных эфиров для своих трансформаторов того же класса напряжения, включая некоторые однофазные трансформаторы на 200 МВА (трехфазная батарея на 600 МВА) и более двух десятков автотрансформаторов на 250 МВА [8]. В Соединенных Штатах трансформаторы самого высокого класса напряжения, заполненные жидкостями на основе сложного эфира, также используют природный эфир, и они являются повышающими трансформаторами генератора на большой плотине гидроэлектростанции. Это однофазные двухобмоточные силовые трансформаторы напряжением от 13.8 кВ до 345 кВ мощностью 125 МВА.
Наиболее значительным преимуществом использования жидкостей на основе натуральных эфиров в силовых трансформаторах является непрерывная сушка системы изоляции, как описано в [9] и [10]. Когда влага мигрирует из бумаги в жидкость, избыточная влага поглощается реакцией гидролиза, таким образом поддерживая содержание влаги в катушках (изоляционной бумаги) в диапазоне примерно от 0.5 до 1% в течение всего срока службы трансформатора.
На протяжении многих лет широко изучалось влияние непрерывной сушки на скорость деградации бумаги. Международные стандарты, поддерживающие повышение термического класса термообработанной бумаги до 20°C, были опубликованы почти десятилетие назад [11][12]. Однако, что наиболее важно, непрерывная сушка силовых трансформаторов помогает избежать ухудшения диэлектрической способности изоляционной системы и снижает потребность в техническом обслуживании и удалении влаги.
Тщательная сушка катушек в новом трансформаторе выполняется для обеспечения требуемой диэлектрической способности для испытаний высоким напряжением, таких как приложенное и наведенное напряжение и, особенно, испытание импульсным напряжением. Когда содержание влаги в изоляционной бумаге превышает 2 %, вероятность выдержать импульсное испытание значительно снижается по сравнению с трансформатором, в котором содержание влаги сохраняется в диапазоне 0.5–1 %.
Заключение
Прекрасная история применения жидкостей на основе натуральных эфиров как в распределительных, так и в больших силовых трансформаторах подтверждает не только их пригодность для использования, но и эффективность заявленных преимуществ перед традиционными агрегатами.
Сегодня стимулы для использования коммунальными предприятиями жидкостей на основе натуральных эфиров выходят за рамки первоначальных мотивов использования альтернативных жидкостей, которые заключались в улучшении пожарной безопасности и экологических преимуществах. В связи с тем, что основное внимание сегодня смещается на усиление электрической сети, блоки, заполненные натуральным эфиром, могут обеспечить преимущества как для надежности, так и для устойчивости электрических сетей.
В то время как повышенная надежность достигается за счет сохранения диэлектрической емкости, более высокая устойчивость достигается за счет превосходной несущей способности, поскольку как бумажная изоляция, так и сам натуральный эфир могут обеспечить непрерывную работу при более высоких температурах по сравнению с традиционными блоками.
Проще говоря, инженеры, использующие натуральный эфир, ищут душевного спокойствия.
Рекомендации

1. IEC 60076-7, издание 2.0, «Силовые трансформаторы. Часть 7. Руководство по загрузке силовых трансформаторов с погружением в минеральное масло», Технический комитет TC14, Международный электротехнический комитет, 2018 г.

Читайте также:
Алмазная дрель, Руководство по алмазным буровым долотам - Понимание алмазных сверл и алмазных сверл

2. С. Бойд и У. Уилтон, «Гидролитическая стабильность синтетических смазочных материалов на основе сложных эфиров». Журнал синтетической смазки, об. 16, нет. Апрель, стр. 297-312, 2000 г.

3. А. Сбравати, К. Виртц и Л.Б. Оливейра, «Изолирующие жидкости в условиях свободного дыхания». Конференция по электроизоляции 2021 г. (EIC), Виртуальное мероприятие, 2021 г.

4. IEEE C57.147, «Руководство IEEE по приемке и обслуживанию жидкостей на основе природных эфиров в трансформаторах», Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, США, 2008 г.

5. IEEE C57.155, «Руководство IEEE по интерпретации газов, образующихся в трансформаторах, погруженных в природный эфир и синтетический эфир», 2014 г.

6. IEC 62975, издание 1.0, «Природные сложные эфиры. Руководство по обслуживанию и использованию в электрооборудовании», Технический комитет TC10, Международный электротехнический комитет, 2021 г.

7. А. Сбравати, Э. Кассерли, Х. Вильгельм, П. Су, А. Левин, А. Дьёре, М. А. Чима, К. Вирц и Н. Лукенда, «Первоначальное исследование метода оценки тепловых характеристик трансформаторных изоляционных жидкостей». ,” в Конференция по электроизоляции 2021 г. (EIC), Виртуальное мероприятие, 2021 г.

8. Васконселлос В., Сбравати А., Занетта Л.С., Рапп К., Ломбини Л., Наццари С., Скатиггио Ф., Валант А. Повышенная нагрузочная способность трансформаторов с использованием натуральных сложных эфиров и целлюлозных материалов в качестве высокотемпературной изоляции. Системы», Журнал IEEE по электроизоляции, стр. 8-17, сентябрь / октябрь – Vol. 34, № 5 2018

9. Лемм А., Рапп К. и Луксич Дж. «Влияние диэлектрической жидкости на основе натурального эфира (растительного масла) на содержание воды в состаренной бумажной изоляции». EIA/IEEE – 10-я Международная конференция Insucon по электроизоляции, Бирмингем, Великобритания, 24-26 мая 2006 г.

10. К. Рапп, С.П. МакШейн и Дж. Луксич, «Механизмы взаимодействия диэлектрической жидкости на основе природного эфира и крафт-бумаги», в 15-я Международная конференция IEEE/DEIS по диэлектрическим жидкостям, Коимбра, Португалия, 26 июня — 1 июля 2005 г.

11. IEEE C57.154, «Стандарт IEEE для проектирования, тестирования и применения погруженных в жидкость распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов с использованием высокотемпературных систем изоляции и работающих при повышенных температурах», Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc. , Нью-Йорк, США, 2012 г.

Читайте также:
Советы и идеи по дизайну небольших помещений

12. IEC 60076-14, издание 1.0, «Силовые трансформаторы. Часть 1. Силовые трансформаторы с жидким погружением с использованием высокотемпературных изоляционных материалов», Технический комитет TC14, Международный электротехнический комитет, 2013 г.

Жидкая теплоизоляция: мифы и противоречия


Лутон трансформатор1 500

В первом в мире трансформаторе класса напряжения 420 кВ (в Европе, который был бы аналогичен блоку 550 кВ в США), заполненном эфиром, использовалась жидкость на основе природного эфира FR3 еще в 2013 году. Это блок мощностью 300 МВА с принудительная циркуляция изоляционной жидкости (KDAF, что соответствует ODAF в агрегате с минеральным маслом). Этот трансформатор продолжает работать в непрерывном режиме, и оператор системы передачи (TSO) уже установил дополнительные блоки, которые также заполнены природным эфиром.
Другие TSO также приняли жидкости на основе натуральных эфиров для своих трансформаторов того же класса напряжения, включая некоторые однофазные трансформаторы на 200 МВА (трехфазная батарея на 600 МВА) и более двух десятков автотрансформаторов на 250 МВА [8]. В Соединенных Штатах трансформаторы самого высокого класса напряжения, заполненные жидкостями на основе сложного эфира, также используют природный эфир, и они являются повышающими трансформаторами генератора на большой плотине гидроэлектростанции. Это однофазные двухобмоточные силовые трансформаторы напряжением от 13.8 кВ до 345 кВ мощностью 125 МВА.
Наиболее значительным преимуществом использования жидкостей на основе натуральных эфиров в силовых трансформаторах является непрерывная сушка системы изоляции, как описано в [9] и [10]. Когда влага мигрирует из бумаги в жидкость, избыточная влага поглощается реакцией гидролиза, таким образом поддерживая содержание влаги в катушках (изоляционной бумаги) в диапазоне примерно от 0.5 до 1% в течение всего срока службы трансформатора.
На протяжении многих лет широко изучалось влияние непрерывной сушки на скорость деградации бумаги. Международные стандарты, поддерживающие повышение термического класса термообработанной бумаги до 20°C, были опубликованы почти десятилетие назад [11][12]. Однако, что наиболее важно, непрерывная сушка силовых трансформаторов помогает избежать ухудшения диэлектрической способности изоляционной системы и снижает потребность в техническом обслуживании и удалении влаги.
Тщательная сушка катушек в новом трансформаторе выполняется для обеспечения требуемой диэлектрической способности для испытаний высоким напряжением, таких как приложенное и наведенное напряжение и, особенно, испытание импульсным напряжением. Когда содержание влаги в изоляционной бумаге превышает 2 %, вероятность выдержать импульсное испытание значительно снижается по сравнению с трансформатором, в котором содержание влаги сохраняется в диапазоне 0.5–1 %.
Заключение
Прекрасная история применения жидкостей на основе натуральных эфиров как в распределительных, так и в больших силовых трансформаторах подтверждает не только их пригодность для использования, но и эффективность заявленных преимуществ перед традиционными агрегатами.
Сегодня стимулы для использования коммунальными предприятиями жидкостей на основе натуральных эфиров выходят за рамки первоначальных мотивов использования альтернативных жидкостей, которые заключались в улучшении пожарной безопасности и экологических преимуществах. В связи с тем, что основное внимание сегодня смещается на усиление электрической сети, блоки, заполненные натуральным эфиром, могут обеспечить преимущества как для надежности, так и для устойчивости электрических сетей.
В то время как повышенная надежность достигается за счет сохранения диэлектрической емкости, более высокая устойчивость достигается за счет превосходной несущей способности, поскольку как бумажная изоляция, так и сам натуральный эфир могут обеспечить непрерывную работу при более высоких температурах по сравнению с традиционными блоками.
Проще говоря, инженеры, использующие натуральный эфир, ищут душевного спокойствия.
Рекомендации

1. IEC 60076-7, издание 2.0, «Силовые трансформаторы. Часть 7. Руководство по загрузке силовых трансформаторов с погружением в минеральное масло», Технический комитет TC14, Международный электротехнический комитет, 2018 г.

Читайте также:
Водоснабжение загородного дома — Инженерные системы 2022

2. С. Бойд и У. Уилтон, «Гидролитическая стабильность синтетических смазочных материалов на основе сложных эфиров». Журнал синтетической смазки, об. 16, нет. Апрель, стр. 297-312, 2000 г.

3. А. Сбравати, К. Виртц и Л.Б. Оливейра, «Изолирующие жидкости в условиях свободного дыхания». Конференция по электроизоляции 2021 г. (EIC), Виртуальное мероприятие, 2021 г.

4. IEEE C57.147, «Руководство IEEE по приемке и обслуживанию жидкостей на основе природных эфиров в трансформаторах», Институт инженеров по электротехнике и электронике, Нью-Йорк, США, 2008 г.

5. IEEE C57.155, «Руководство IEEE по интерпретации газов, образующихся в трансформаторах, погруженных в природный эфир и синтетический эфир», 2014 г.

6. IEC 62975, издание 1.0, «Природные сложные эфиры. Руководство по обслуживанию и использованию в электрооборудовании», Технический комитет TC10, Международный электротехнический комитет, 2021 г.

7. А. Сбравати, Э. Кассерли, Х. Вильгельм, П. Су, А. Левин, А. Дьёре, М. А. Чима, К. Вирц и Н. Лукенда, «Первоначальное исследование метода оценки тепловых характеристик трансформаторных изоляционных жидкостей». ,” в Конференция по электроизоляции 2021 г. (EIC), Виртуальное мероприятие, 2021 г.

8. Васконселлос В., Сбравати А., Занетта Л.С., Рапп К., Ломбини Л., Наццари С., Скатиггио Ф., Валант А. Повышенная нагрузочная способность трансформаторов с использованием натуральных сложных эфиров и целлюлозных материалов в качестве высокотемпературной изоляции. Системы», Журнал IEEE по электроизоляции, стр. 8-17, сентябрь / октябрь – Vol. 34, № 5 2018

9. Лемм А., Рапп К. и Луксич Дж. «Влияние диэлектрической жидкости на основе натурального эфира (растительного масла) на содержание воды в состаренной бумажной изоляции». EIA/IEEE – 10-я Международная конференция Insucon по электроизоляции, Бирмингем, Великобритания, 24-26 мая 2006 г.

10. К. Рапп, С.П. МакШейн и Дж. Луксич, «Механизмы взаимодействия диэлектрической жидкости на основе природного эфира и крафт-бумаги», в 15-я Международная конференция IEEE/DEIS по диэлектрическим жидкостям, Коимбра, Португалия, 26 июня — 1 июля 2005 г.

11. IEEE C57.154, «Стандарт IEEE для проектирования, тестирования и применения погруженных в жидкость распределительных, силовых и регулирующих трансформаторов с использованием высокотемпературных систем изоляции и работающих при повышенных температурах», Институт инженеров по электротехнике и электронике, Inc. , Нью-Йорк, США, 2012 г.

Читайте также:
Влажная ткань против. Сухая тряпка: чем лучше вытирать пыль? | Компания по уборке занятых пчел

12. IEC 60076-14, издание 1.0, «Силовые трансформаторы. Часть 1. Силовые трансформаторы с жидким погружением с использованием высокотемпературных изоляционных материалов», Технический комитет TC14, Международный электротехнический комитет, 2013 г.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: