Теплотехника

ФИЗИКА В СТРОИТЕЛЬНОМ ДЕЛЕ

Задачи Вопросы Практикум

Учебно-методическое пособие

Череповец

Рассмотрено на заседании кафедры физики ГОУ ВПО ЧГУ, протокол № 1/66 от 30.08.06

Одобрено редакционно-издательской комиссией физико-математического факультета ГОУ ВПО ЧГУ, протокол № 51 от 12.09.06

О.Н. Бубнова, Н.М. Федорчук. Физика в строительном деле. Задачи∙ Вопросы· Практикум.

Учебно-методическое пособие. Череповецкий государственный университет. Череповец. 2007

Первая часть включает большое число вопросов, качественных и вычислительных задач с физическим содержанием по строительной тематике. Содержание задач и вопросов составлены так, чтобы они представляли интерес студентов, преподавателей и практических специалистов направления - “ Строительство”.

Вторая часть- практикум содержит описание лабораторных работ - по теплофизике

(теплотехнике);- светотехнике.

Пособие предназначено для студентов ВУЗов обучающихся по направлению - строительство.

Может быть полезно преподавателям.

Рецензенты: Малюгин, д.т.н., проф. Главный научный сотрудник института проблем управления

им. В.А.Трапезникова,РАН

Богданов В. И., д. физ.-мат. наук, проф., зав. кафедрой физики Вологодского

государственного технического университета

Научный редактор: В.С. Грызлов, д.т.н., проф.

© О.Н. Бубнова, Н.М. Федорчук, 2006г

© ГОУ ВПО Череповецкий государственный

университет, 2006г

Содержание стр.

Часть 1. Качественные вопросы. Задачи……………………………………………………..5

Предисловие………………………………………………………………………………………

I. Строительная теплофизика, теплотехника…………………………………………………..6

Отступление 1. Почему мы топим зимой? ……………………………………….......

Информация 1. Биографические сведения……………………………………………7

Основные формулы………………………………………………………………………9

Образцы решения задач………………………………………………………………...10

Вопросы и задачи для самостоятельной работы…………….......................................12

Справка 1. О температуре……………………………………………………………...24

II.Влажность. Конденсация……………………………………………………………………25

Информация 2. Биографические сведения……………………………………………..

Основные понятия, формулы………………………………………………………..…26

Образцы решения задач……………………………………………………………….. 27

Вопросы и задачи для самостоятельной работы ……………………………………..28

III. Звук. Архитектурно-строительная акустика…………………………………………….31

Справка 2. О звуке………………………………………………………………………..

Информация 3. Биографические сведения……………………………………………..32

Отступление 2. Архитектурно-строительная акустика в СССР-России……………..33

Основные формулы…………….………………………………………………………..34

Образцы решения задач………………………………………………………………....35

Вопросы и задачи для самостоятельной работы ………………………………….......36

IV.Свет. Строительная светотехника…………………………………………………………41

Справка 3. Космическое зеркало…………………………………………………………

Информация 4. Биографические сведения…………………………………………….42

Основные формулы……………………………………………………………………..43

Образцы решения задач……………………………………………………………….......

Вопросы и задачи для самостоятельной работы..…………………………………....45

V. Радиоактивность и строительное дело..………………………………………………...…48

Справка 4. О радиоактивности…………………………………………………………..

Информация 5. Биографические сведения…………………………………………….49

Основные формулы……………………………………………………………………..50

Образцы решения задач………………………………………………………………......

Вопросы и задачи для самостоятельной работы..…………………………………....51

VI.Электромагнитное излучениеи строительное дело…………………………………..…55

Информация 6. Биографические сведения…………………………………………..….

Основные понятия, формулы…………………………………………………………..57

Образцы решения задач………………………………………………………………...58

Вопросы и задачи для самостоятельной работы.......………………………………...59

Часть 2. Практикум. Введение……………………………………………………………... 63

Указание по технике безопасности………………………………………………………………

Работа 1. Исследование температурного поля наружной стены методом электрического

моделирования……………………………………………………………………..64

Работа 2. Исследование температурного поля наружного угла методом электрического

моделирования……………………………………………………………………..73

Работа 3. Исследование влияния теплопроводного включения на температурное поле

стены (электрическое моделирование)…………………………………………….79

Работа 4. Определение коэффициента теплопроводности строительных материалов

методом цилиндрического зонда…………………………………………………88

Работа 5. Исследование температурного поля помещения…………………………………95

Работа 6. Исследование светового потока светильника………………………………….101

Приложения …………………………………………………………………………………108

1. Данные о некоторых строительных материалах для расчетов по строительной физике.

2. Давление насыщенных паров воды в зависимости от температуры………..109

3. Давление и плотность насыщенных паров в зависимости от температуры……………110

4. Точка росы в зависимости от температуры и относительной влажности воздуха….111

5. Фазовая диаграмма воды………………………………………………………………….112

6. Область слухового восприятия человека (диаграмма слышимости)………………………

7. Схема радиоактивных распадов в семействе ………………………………………113

8. Сопротивление теплоперехода перед поверхностями наружных конструкций……….114

9. Средняя месячная и годовая температура (значение )………………………………….

10.Условия микроклимата и относительная влажность воздуха в зависимости от

назначения помещения…………………………………………………………………………

11. Необходимая освещенность для различных зрительных задач………………………115

12. Необходимые значения освещенности для некоторых видов работ…………………….

13. Нормы освещенности и размещения осветительных приборов на улицах, дорогах и

территориях городов и поселков………………………………………………………116

Указания к решению задач. Ответы………………………………………………………..117

Литература…………………………………………………………………………………….124

Часть 1. Качественные вопросы. Задачи.

Предисловие

Почти все, известные авторам, сборники задач по физике начинаются с предисловия, в котором определяется круг лиц, кому предназначен задачник. Как правило, это:- студенты, школьники; - начинающие преподаватели; - просто любители физики.

Предлагаемый в пособии “ Физика в строительном деле” набор вопросов и задач предназначен для подготовки студентов обучающихся по направлению “Строительство”- бакалавр и/или магистр. Задачи и вопросы составлены в дополнение к учебному пособию “Избранные главы физики в строительном деле” . При изучении курса полезно просматривать вопросы и задачи и размышлять о путях получения ответов на них. Сборник задач и вопросов, конечно, может использоваться и производственниками независимо от содержания учебного пособия “Избранные главы физики в строительном деле”.

При составлении вопросов и задач в пособии авторы использовали сюжеты задач из многочисленных пособий по физике. Сюжеты известных задач часто аранжированы к теме – физика в строительном деле. Определенная часть задач и вопросов – авторские.

В предисловии к сборнику задач по физике (С.М. Козел, Э.И.Рашба, С.А.Славатинский) проф. С.П. Капица пишет: сказки помогают детям познать мир взрослых, задачи служат аналогичной цели при знакомстве студента с физикой.

Решение готовых задач будет способствовать подготовке из студентов - сегодня, широко и профессионально подготовленных специалистов – завтра.

В предлагаемом пособии в условиях задач используются смешанные единицы измерения величин: системные (Дж, Вт) и внесистемные (кал, час, ). Внесистемные единицы измерения и сегодня используются в учебной, справочной и производственной литературе .

I. СТРОИТЕЛЬНАЯ ТЕПЛОФИЗИКА,

ТЕПЛОТЕХНИКА

Отступление 1. Почему мы топим зимой? [2]

«Неспециалист ответит: "Чтобы сделать комнату теплее". Изучающий термодинамику, возможно, выразится таким образом: "Чтобы подвести недостающую энергию". В таком случае прав окажется неспециалист, а не физик.

В соответствии с фактическим положением вещей предположим, что давление воздуха в комнате всегда равно атмосферному. В обычных обозначениях энергия единицы массы воздуха в комнате равна (аддитивной константой пренебрежем) , и, следовательно, энергия единицы объема равна , или, учитывая уравнение состояния , .. Для воздуха при атмосферном давлении .

Следовательно, количество энергии в комнате не зависит от температуры и целиком определяется показаниями барометра. Вся энергия, которую мы вводим в комнату при отоплении, уходит через поры в стенах наружу.

Я приношу бутылку красного вина из холодного погреба, и она принимает температуру теплой комнаты. Она становится теплее, однако ее внутренняя энергия увеличивается за счет наружного, а не комнатного воздуха.

Почему же все-таки мы топим зимой? По той самой причине, по которой жизнь на Земле была бы невозможной без солнечного излучения. При этом дело заключается не в падающей энергии. Последняя будет снова излучена вплоть до пренебрежительно малой доли, подобно тому, как человек не меняет своего веса, несмотря на принятие пищи. Условия нашего существования требуют известной температуры, и, чтобы ее поддерживать, используется не увеличение энергии, а понижение энтропии».

Р. Эмден.