Урок физики в 8-м классе «Виды теплопередачи»

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

  • Познакомить учащихся с видами теплопередачи.
  • Формировать умение объяснять теплопроводность тел с точки зрения строения вещества; уметь анализировать видеоинформацию; объяснять наблюдаемые явления.

Тип урока: комбинированный урок.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по металлическому стержню.
2. Видео демонстрация эксперимента по сравнению теплопроводности серебра, меди и железа.
3. Вращение бумажной вертушки над включенной лампой или плиткой.
4. Видео демонстрация возникновения конвекционных потоков при нагревании воды с марганцовкой.

5. Видео демонстрация по излучению тел с темной и светлой поверхностью.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Сообщение темы и целей урока

На предыдущем уроке вы узнали, что внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы или теплопередачей. Сегодня на уроке мы рассмотрим, как происходит   изменение внутренней энергии теплопередачей.
Попробуйте объяснить значение слова «теплопередача» (слово «теплопередача» подразумевает передачу тепловой энергии). Существует три способа передачи теплоты, но называть их я не буду, вы сами их назовете, когда решите ребусы.

Ответы: теплопроводность, конвекция, излучение.
Познакомимся с каждым видом теплопередачи отдельно, и пусть девизом нашего урока станут слова М.Фарадея: «Наблюдать, изучать, работать».

III. Изучение нового материала

1. Теплопроводность

Ответьте на вопросы: (слайд 3)

1. Что произойдет, если в горячий чай опустим холодную ложку? (Через некоторое время она нагреется).
2. Почему холодная ложка нагрелась? (Чай отдал часть своего тепла ложке, а часть окружающему воздуху).
Вывод: Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому (от горячей воды к холодной ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке – от ее нагретого конца к холодному.
3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному? (В результате движения и взаимодействия частиц)

Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Проведем опыт:

Закрепим  конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать  свободный конец проволоки свечей или на пламени спиртовки.

Вопросы: (слайд 4)

1. Что наблюдаем? (Гвоздики  начинают постепенно один за другим отпадать, сначала те, которые ближе  к пламени).
2. Как происходит передача тепла? (От горячего конца проволоки к холодному).
3. Как долго будет происходить передача тепла по проволоке? (Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется)
4. Что можно сказать про скорость движения  молекул на участке, расположенном ближе к пламени? (Скорость движения молекул увеличивается)
5. Почему  нагревается следующий участок проволоки?

(В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает)
6. Влияет ли расстояние между молекулами на скорость передачи тепла? (Чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла)
7. Вспомните расположение молекул в твердых телах, жидкостях и газах. В каких телах процесс переноса энергии будет происходить быстрее? (Быстрее в металлах, затем в жидкостях и газах).

Посмотрите демонстрацию эксперимента и подготовьтесь ответить на мои вопросы.

Вопросы: (слайд 5)

1. По какой пластине теплота распространяется быстрее, а по какой медленнее?
2. Сделайте вывод о теплопроводности данных металлов. (Лучшая теплопроводность у серебра и меди, несколько хуже у железа)

Обратите внимание, что при передаче тепла в данном случае переноса тела не происходит.

(Слайд 6)

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).

Запишем основные особенности теплопроводности: (слайд 7)

  • в твердых телах, жидкостях и газах;
  • само вещество не переносится;
  • приводит к выравниванию температуры тела;
  • разные тела – разная теплопроводность

Примеры теплопроводности: (слайд 8)

1. Снег — пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.
2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из  материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.

3. Вещества с хорошей  теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2. Конвекция

Отгадайте загадки:

1) Загляните под окошко –
Там растянута гармошка,
Но гармошке не играет –
Нам квартиру согревает… (батарея)

2) Наша толстая Федора
наедается не скоро.
А зато когда сыта,
От Федоры – теплота… (печь)

Батареи, печи, радиаторы отопления используются человеком для обогрева жилых помещений, а точнее нагревания воздуха в них. Происходит это благодаря конвекции – следующему виду теплопередачи.

Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа.  (Слайд 9)

Попробуем объяснить, как  происходит конвекция в жилых помещениях.
Воздух, соприкасаясь с батареей, от нее нагревается, при этом он расширяется, его плотность становится меньше плотности холодного воздуха. Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх под действием силы Архимеда, а тяжелый холодный воздух опускается вниз.
Затем снова:  более холодный воздух доходит до батареи, нагревается, расширяется, становится легче и под действием Архимедовой силы поднимается вверх и т.д.
Благодаря такому движению  воздух в комнате прогревается.

Бумажная вертушка, помещенная над включенной лампой, начинает вращаться. (Слайд 10)
Попробуйте объяснить, как это происходит?  (Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх, при этом вертушка вращается).

Точно также происходит нагревание жидкости. Посмотрите эксперимент по наблюдению конвекционных потоков при нагревании воды (с помощью марганцовки). (Слайд 11)

Обратите внимание, что в отличие от теплопроводности, при конвекции происходит перенос вещества и в твердых телах конвекция не происходит.

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную.
Нагревание жидкости в кастрюле или воздуха в комнате – это примеры естественной конвекции. Для ее возникновения вещества нужно нагревать снизу или охлаждать сверху. Почему именно так? Если нагревать будем сверху, то куда будут перемещаться нагретые слои воды, а куда холодные? (Ответ: никуда, так как нагретые слои и так уже наверху, а холодные слои так и останутся внизу)
Вынужденная  конвекция наблюдается, если жидкость перемешивать ложкой, насосом или вентилятором.

Особенности конвекции:

(слайд 12)

  • возникает в  жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
  • само вещество  переносится;
  • нагревать вещества нужно снизу.

Примеры конвекции: (слайд 13)

1) холодные и теплые морские и океанические течения,
2) в атмосфере, вертикальные перемещения воздуха приводят к образованию облаков;
3) охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах, например в холодильниках и др., обеспечивается  водяное  охлаждение  двигателей 
внутреннего  сгорания.

3. Излучение

(Слайд 14)

Всем известно, что Солнце основной источник тепла на Земле. Земля находится от него на расстоянии 150 млн. км. Как передается тепло от Солнца на Землю?
Между Землей и Солнцем за пределами нашей атмосферы все пространство – вакуум. А нам известно, что в вакууме теплопроводность и конвекция происходить не могут.

Каким способом происходит передача тепла? Здесь осуществляется еще один вид теплопередачи – излучение.

Излучение – это теплообмен, при котором энергия переносится   электромагнитными лучами.

Отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум.

Посмотрите видеофрагмент об излучении (слайд 15).

Излучают энергию все тела: тело человека, печь, электрическая лампа.
Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.

Тела не только излучают энергию, но и поглощают ее.
(слайд 16) Причем темные поверхности лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Особенности излучения (слайд 17):

  • происходит в любом веществе;
  • чем выше температура тела, тем интенсивнее  излучение;
  • происходит в вакууме;
  • темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые и лучше излучают.

Примеры использования излучения тел (слайд 18):

 поверхности  ракет, дирижаблей, воздушных шаров, спутников, самолётов, окрашивают серебристой краской, чтобы они не нагревались Солнцем. Если наоборот надо использовать солнечную энергию, то части приборов окрашивают в темный цвет.
Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются.

IV. Закрепление полученных знаний на примерах задач

Игра «Попробуй, объясни», (слайды 19-25).

Перед вами игровое поле с шестью заданиями, вы можете выбрать любое. После выполнения всех заданий вам откроется  мудрое высказывание и тот, кто его очень часто произносит с экранов телевизоров.

1. В каком доме теплее зимой, если толщина стен одинакова? Теплее в деревянном доме, так как дерево содержит 70% воздуха, а кирпич 20%. Воздух — плохой проводник тепла. В последнее время в строительстве применяют «пористые» кирпичи для уменьшения теплопроводности.

2. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику? Мальчику, сидящему у печки, энергия в основном передается теплопроводностью.

3. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику?
Мальчику,  лежащему  на песке, энергия от солнца передается   излучением,   а   от   песка теплопроводностью.

4. В каком из этих вагонов перевозят скоропортящиеся продукты? Почему? Скоропортящиеся продукты перевозят в вагонах, окрашенных в белый цвет, так как такой вагон в меньшей степе­ни нагревается солнечными лучами.

5. Почему  водоплавающие птицы и другие животные  не замерзают зимой?
Мех, шерсть, пух обладают плохой теплопроводностью (наличие между волокнами воздуха), что позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и  защищаться от охлаждения.

6. Почему оконные рамы делают двойными? 
Между рамами содержится  воздух, который обладает плохой теплопроводностью и  защищает от потерь тепла.

«Мир интересней, чем нам кажется», Александр Пушной, программа «Галилео».

V. Итог урока

– С какими видами теплопередачи мы познакомились?
– Оп

Виды теплообмена

Виды теплообмена

Виды теплообмена

Дидактическая цель: изучить виды теплообмена. Теплопроводность различных веществ в природе и технике. Воспитательная цель: обогатить знания учащихся о видах теплопередачи Основные знания и умения: знать виды теплопередачи, уметь приводить примеры применения теплопроводности, излучения, конвекции природе и технике
  • Дидактическая цель: изучить виды теплообмена. Теплопроводность различных веществ в природе и технике.
  • Воспитательная цель: обогатить знания учащихся о видах теплопередачи
  • Основные знания и умения: знать виды теплопередачи, уметь приводить примеры применения теплопроводности, излучения, конвекции природе и технике
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОНВЕКЦИЯ излучение

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

КОНВЕКЦИЯ

излучение

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ Это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.  Само вещество не перемещается вдоль тела- переносится лишь энергия.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

Само вещество не перемещается вдоль тела- переносится лишь энергия.

Механизм теплопроводности Амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки в точке А меньше, чем в точке В. Вследствие взаимодействия атомов друг с другом амплитуда  колебаний атомов, находящихся рядом с точкой В, возрастает.

Механизм теплопроводности

Амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки

в точке А меньше, чем в точке В.

Вследствие взаимодействия атомов друг с другом амплитуда

колебаний атомов, находящихся рядом с точкой В, возрастает.

Теплопроводность веществ Металлы обладают хорошей  теплопроводностью Меньшей - обладают жидкости  Газы плохо проводят тепло

Теплопроводность веществ

Металлы

обладают хорошей

теплопроводностью

Меньшей — обладают жидкости

Газы плохо проводят тепло

Хорошая теплопроводность металлов приносит пользу в быту.

Хорошая теплопроводность металлов приносит пользу в быту.

Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом.

Мех животных из-за плохой

теплопроводности

предохраняет их

от охлаждения зимой

и перегрева летом.

Снег предохраняет озимые посевы от вымерзания.
  • Снег предохраняет

озимые посевы от вымерзания.

В быту используется плохая  теплопроводность:  ручки чайников, подносы, посуда из закаленного стекла.

В быту используется плохая теплопроводность:

ручки чайников,

подносы,

посуда из закаленного стекла.

Придумайте опыт по рисунку. Объясните наблюдаемое явление.

Придумайте опыт по рисунку.

Объясните наблюдаемое явление.

КОНВЕКЦИЯ

КОНВЕКЦИЯ

КОНВЕКЦИЯ Это перенос тепла струями  жидкости или газа.   Конвекция в твердых телах и вакууме  происходить не может

КОНВЕКЦИЯ

  • Это перенос тепла струями

жидкости или газа.

  • Конвекция в твердых телах и вакууме

происходить не может

Механизм конвекции в газах Теплый воздух имеет меньшую плотность и со стороны холодного воздуха  на него действует  сила Архимеда, направленная вертикально вверх.

Механизм конвекции в газах

Теплый воздух имеет

меньшую плотность и

со стороны

холодного воздуха

на него действует

сила Архимеда,

направленная

вертикально вверх.

Механизм конвекции в жидкостях А – жидкость нагревается и вследствие уменьшения  ее плотности, движется вверх.   В – нагретая жидкость поднимается вверх.   С – на место поднявшейся жидкости приходит холодная, процесс повторяется.

Механизм конвекции в жидкостях

А – жидкость нагревается

и вследствие уменьшения

ее плотности,

движется вверх.

В – нагретая жидкость

поднимается вверх.

С – на место поднявшейся

жидкости приходит

холодная,

процесс повторяется.

КОНВЕКЦИЯ В результате конвекции  в атмосфере образуются ветры у моря - это дневные и ночные бризы.

КОНВЕКЦИЯ

В результате

конвекции

в атмосфере

образуются

ветры у моря —

это дневные

и ночные бризы.

Где  и почему именно там  размещают батареи в помещениях?

Где

и почему именно там

размещают батареи

в помещениях?

охлаждается корпус космического корабля,        обеспечивается водяное охлаждение двигателей внутреннего сгорания. КОНВЕКЦИЯ

охлаждается корпус

космического корабля,

обеспечивается водяное

охлаждение двигателей

внутреннего сгорания.

КОНВЕКЦИЯ

ИЗЛУЧЕНИЕ Солнце нагревает Землю, моря, океаны. Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность, ни конвекция!  Почему?

ИЗЛУЧЕНИЕ

Солнце нагревает Землю, моря, океаны.

Однако причиной такой теплопередачи не может быть ни теплопроводность, ни конвекция!

Почему?

Тепло от костра передается человеку  путем излучения энергии, так как теплопроводность воздуха мала,  а конвекционные потоки направлены вверх

Тепло от костра передается человеку

путем излучения энергии,

так как теплопроводность воздуха мала,

а конвекционные потоки направлены вверх

ИЗЛУЧЕНИЕ Это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами.

ИЗЛУЧЕНИЕ

Это теплообмен, при котором энергия

переносится различными лучами.

Механизм излучения Нагретые тела излучают электромагнитные волны  в различных диапазонах.   Излучение может распространяться и в вакууме

Механизм излучения

Нагретые тела излучают электромагнитные волны

в различных диапазонах.

Излучение может

распространяться и

в вакууме

Около 50% энергии излучаемой Солнцем является  лучистой энергией , эта энергия - источник жизни на Земле.

Около 50% энергии излучаемой

Солнцем является

лучистой энергией ,

эта энергия —

источник жизни на Земле.

Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

ИЗЛУЧЕНИЕ Темные тела лучше поглощают  излучение и быстрее нагреваются, чем светлые.  Темные тела быстрее охлаждаются

ИЗЛУЧЕНИЕ

Темные тела лучше поглощают

излучение и быстрее нагреваются,

чем светлые.

Темные тела быстрее охлаждаются

Какой из чайников быстрее остынет?

Какой из чайников быстрее остынет?

В быту широко используют электрические обогреватели.

В быту

широко используют

электрические

обогреватели.

Применение в технике сушка и нагрев материалов,   приборы ночного видения ( бинокли, оптические прицелы),   создание системы самонаведения на цель снарядов и ракет.

Применение

в технике

сушка и нагрев материалов,

приборы ночного видения

( бинокли, оптические прицелы),

создание системы

самонаведения на цель

снарядов и ракет.

Зачем самолёты красят серебряной краской?

Зачем самолёты красят серебряной краской?

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ КОНВЕКЦИЯ ИЗЛУЧЕНИЕ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

КОНВЕКЦИЯ

ИЗЛУЧЕНИЕ

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой. В этом случае тела и все части, участвующие в процессе, находятся в непосредственном контакте. Само вещество не перемещается вдоль тела- переносится лишь энергия.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой. В этом случае тела и все части, участвующие в процессе, находятся в непосредственном контакте.

Само вещество не перемещается вдоль тела- переносится лишь энергия.

Механизм теплопроводности Амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки в точке А меньше, чем в точке В. Вследствие взаимодействия атомов друг с другом амплитуда колебаний атомов, находящихся рядом с точкой В, возрастает.

Механизм теплопроводности

Амплитуда колебаний атомов в узлах кристаллической решетки

в точке А меньше, чем в точке В.

Вследствие взаимодействия атомов друг с другом амплитуда

колебаний атомов, находящихся рядом с точкой В, возрастает.

Теплопроводность различных веществ Металлы обладают хорошей теплопроводностью   Меньшей - обладают жидкости   Газы плохо проводят тепло

Теплопроводность различных веществ

Металлы

обладают хорошей

теплопроводностью

Меньшей — обладают жидкости

Газы плохо проводят тепло

Теплопроводность различных веществ Металлы обладают хорошей теплопроводностью   Меньшей - обладают жидкости   Газы плохо проводят тепло ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ В ПРИРОДЕ Снег предохраняет озимые посевы от вымерзания.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

В ПРИРОДЕ

Снег предохраняет

озимые посевы от вымерзания.

Мех животных из-за плохой  теплопроводности предохраняет их от переохлаждения зимой и перегрева летом.

Мех животных из-за плохой

теплопроводности предохраняет их

от переохлаждения зимой

и перегрева летом.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ И ТЕХНИКЕ Для того, чтобы предотвратить ожоги тела от прикосновения к нагревающимся до высокой температуры приборам – защищают последние оболочкой из материалов с низкой теплопроводностью.  Для ускорения процесса нагрева или охлаждения соответствующие детали устройств делают из материалов с высокой теплопроводностью.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

И ТЕХНИКЕ

Для того, чтобы предотвратить ожоги тела от прикосновения к нагревающимся до высокой температуры приборам – защищают последние оболочкой из материалов с низкой теплопроводностью.

Для ускорения процесса нагрева или охлаждения соответствующие детали устройств делают из материалов с высокой теплопроводностью.

КОНВЕКЦИЯ Конвекция (от лат. конвекцио – перенесение) – перенос энергии самими струями газа или жидкости. Этот вид теплопередачи не является чисто тепловым процессом, так как перемешивание слоев газа или жидкости всегда связано с какими-то внешними, нетепловыми причинами.   Конвекция в твердых телах и вакууме происходить не может

КОНВЕКЦИЯ

Конвекция (от лат. конвекцио – перенесение)

перенос энергии самими струями газа или

жидкости.

Этот вид теплопередачи не является чисто

тепловым процессом, так как перемешивание

слоев газа или жидкости всегда связано с

какими-то внешними, нетепловыми причинами.

Конвекция в твердых телах и

вакууме происходить не может

Механизм конвекции в газах Теплый воздух имеет меньшую плотность и со стороны холодного воздуха на него действует сила Архимеда, направленная вертикально вверх.

Механизм конвекции в газах

Теплый воздух имеет

меньшую плотность

и со стороны

холодного воздуха

на него действует

сила Архимеда,

направленная

вертикально вверх.

Тяга  Давление в печи  меньше давления наружного воздуха Холодный воздух  устремляется в топку, тёплый поднимается  вверх по трубе Чем выше труба, тем больше тяга

Тяга

Давление в печи

меньше давления

наружного воздуха

Холодный воздух

устремляется в топку,

тёплый поднимается

вверх по трубе

Чем выше труба,

тем больше тяга

Механизм конвекции в жидкостях А – жидкость нагревается и вследствие уменьшения  ее плотности, движется вверх.  В – нагретая жидкость поднимается вверх.  С – на место поднявшейся жидкости приходит холодная, процесс повторяется.

Механизм конвекции в жидкостях

А – жидкость нагревается

и вследствие уменьшения

ее плотности,

движется вверх.

В – нагретая жидкость

поднимается вверх.

С – на место поднявшейся

жидкости приходит

холодная,

процесс повторяется.

КОНВЕКЦИЯ В ПРИРОДЕ В результате конвекции  в атмосфере образуются ветры у моря - это дневные и ночные бризы.

КОНВЕКЦИЯ В ПРИРОДЕ

В результате

конвекции

в атмосфере

образуются

ветры у моря —

это дневные

и ночные бризы.

Дневной бриз Дневной бриз Холодный воздух по низу с моря перемещается к берегу

Дневной бриз

Дневной бриз

Холодный воздух по низу с моря перемещается к берегу

Ночной бриз Ночной бриз Холодный воздух по низу с берега перемещается к морю

Ночной бриз

Ночной бриз

Холодный воздух по низу с берега перемещается к морю

КОНВЕКЦИЯ В ТЕХНИКЕ охлаждаются корпуса космических кораблей обеспечивается водяное охлаждение двигателей внутреннего сгорания.

КОНВЕКЦИЯ В ТЕХНИКЕ

охлаждаются корпуса

космических кораблей

обеспечивается водяное

охлаждение двигателей

внутреннего сгорания.

ИЗЛУЧЕНИЕ  Это теплопередача, при которой энергия переносится различными лучами.

ИЗЛУЧЕНИЕ

Это теплопередача, при которой энергия

переносится различными лучами.

Механизм излучения Нагретые тела излучают электромагнитные волны, с физической природой которых мы познакомимся позднее.  Излучение может распространяться и в вакууме

Механизм излучения

Нагретые тела излучают электромагнитные волны, с физической природой которых мы познакомимся позднее.

Излучение может

распространяться и в вакууме

ИЗЛУЧЕНИЕ  Темные тела лучше поглощают излучение и быстрее нагреваются, чем светлые. Темные тела быстрее охлаждаются

ИЗЛУЧЕНИЕ

Темные тела лучше поглощают

излучение и быстрее нагреваются,

чем светлые.

Темные тела быстрее охлаждаются

ИЗЛУЧЕНИЕ В ПРИРОДЕ Около 50% энергии излучаемой Солнцем является  лучистой энергией, эта энергия - источник жизни на Земле.

ИЗЛУЧЕНИЕ В ПРИРОДЕ

Около 50% энергии излучаемой

Солнцем является

лучистой энергией,

эта энергия —

источник жизни на Земле.

ИЗЛУЧЕНИЕ В ТЕХНИКЕ сушка и нагрев материалов  приборы ночного видения (бинокли, оптические прицелы)  создание систем самонаведения на цель бомб, снарядов и ракет

ИЗЛУЧЕНИЕ В ТЕХНИКЕ

сушка и нагрев материалов

приборы ночного видения

(бинокли, оптические прицелы)

создание систем

самонаведения на цель

бомб, снарядов и ракет

ХОЛОДИЛЬНИК имеет герметичный корпус с хорошей теплоизоляцией, которая обеспечивается плохой теплопроводностью материалов прослойки стенок и их внутренней пластмассовой поверхности.

ХОЛОДИЛЬНИК

имеет герметичный корпус с

хорошей теплоизоляцией,

которая обеспечивается плохой

теплопроводностью материалов

прослойки стенок и их внутренней

пластмассовой поверхности.

ТЕРМОС За счет плохой теплопроводности прослойки стенок и отражающей тепловое излучение внутренней поверхности материала он может сохранять как низкую, так и высокую температуру жидкости в течение длительного времени.

ТЕРМОС

За счет плохой теплопроводности прослойки

стенок и отражающей тепловое излучение

внутренней поверхности материала он может

сохранять как низкую, так и высокую температуру

жидкости в течение длительного времени.

УТЮГ Его подошва быстро прогревается, потому что обладает высокой теплопроводностью.

УТЮГ

Его подошва быстро прогревается,

потому что обладает высокой

теплопроводностью.

КУХОННЫЕ ПРИХВАТКИ Шерстяные прихватки надёжнее тканевых так как они толще. Их теплопроводность – высокая. В них можно брать более горячие предметы. В тканевых прихватках можно брать менее горячие предметы, Так как они имеют меньшую теплопроводность.

КУХОННЫЕ ПРИХВАТКИ

Шерстяные прихватки надёжнее

тканевых так как они толще.

Их теплопроводность – высокая.

В них можно брать более горячие

предметы.

В тканевых прихватках можно

брать менее горячие предметы,

Так как они имеют меньшую

теплопроводность.

ЧАЙНИК Благодаря хорошей теплопроводности дна и благодаря конвекции вода в нём быстро прогревается.

ЧАЙНИК

Благодаря хорошей

теплопроводности дна

и благодаря конвекции

вода в нём быстро

прогревается.

Тепло от камина или костра передается находящемуся рядом с ним человеку в основном путём излучения, так как теплопроводность воздуха мала, а конвекционные потоки направлены вверх.

Тепло от камина или костра передается находящемуся рядом с ним человеку в основном путём излучения, так как теплопроводность воздуха мала, а конвекционные потоки направлены вверх.

Тепло от камина или костра передается находящемуся рядом с ним человеку в основном путём излучения, так как теплопроводность воздуха мала, а конвекционные потоки направлены вверх. Спасибо за внимание!!!
  • Спасибо за внимание!!!

Теплообмен ☑️ виды в физике, способы, сущность и назначение процесса, примеры

Передача тепла или теплообмен это процесс распространения внутренней энергии в пространстве с разными температурами.

Теплопроводность это способность веществ и тел проводить энергию (тепло) от частей с высокой температурой к частям с более низкой. Такая способность существует за счет движения частиц. Энергия может передаваться между телами и внутри одного тела. Нагревая в пламени один конец гвоздя, мы рискуем обжечься о другой его конец, не находящийся в пламени.

Теплопроводность

В начале развития науки о свойствах тел и веществ считалось, что тепло передается путем перетекания «теплорода» между телами. Позже, с развитием физики, теплопроводность получила объяснение взаимодействием частиц вещества. Электроны в нагреваемом над огнем участке гвоздя движутся активнее и через столкновения отдают тепло медленным электронам в части, которая не подвергается нагреванию.

Виды теплообмена и способы передачи тепла

Виды теплообмена

В физике выделяют несколько видов теплообмена:

  1. Теплопроводность – свойство материалов передавать через свой объем поток тепла путем обмена энергией движения частиц.

  2. Конвекция – перенос тепла, осуществляемый перемещением неравномерно прогретых участков среды (газа, жидкости) в пространстве.

  3. Излучение – в данном случае перенос тепла в вакууме или газовой среде осуществляется электромагнитными волнами.

Рассмотрим сущность и назначение каждого из видов теплообмена.

Теплопроводность

В большинстве случаев виды теплообмена тесно связаны и проходят одновременно. Конвекция всегда дополняется теплопроводностью, так как при движении объема среды всегда имеется взаимодействие частиц с разными температурами. Такой процесс имеет название конвективного теплообмена. 

Горячий чай в кружке

Примером такого типа теплообмена является остывание горячего чая, налитого в холодную металлическую кружку. Отдача тепла может сопровождаться его излучением, тогда в переносе теплоты участвуют все три вида: теплопроводность, конвекция, тепловое излучение.

Рассмотрим более подробно теплопроводность.

Этот вид теплообмена присущ твердым телам, но присутствует так же в жидкостях и газах. В твердых телах теплопроводность является основным видом теплообмена и напрямую зависима от природы вещества, его плотности, химического состава, влажности, температуры.

Разные тела и вещества имеют разную теплопроводность. Количественным показателем теплопроводности служит коэффициент теплопроводности, он обозначается буквой λ (лямбда). Чем выше плотность, влажность и температура тела, тем больше λ.

Схема возникновения теплопроводности

Проведение тепла происходит за счет взаимодействий между частицами. Конечной целью процесса будет выравнивание внутренней температуры по всему телу. Теплопроводность жидкостей меньше, чем у твердых тел, у газов – меньше, чем у жидкостей. Причиной является большое расстояние между молекулами в жидкостях, особенно в газах. 

Низкая теплопроводность воздуха издавна используется при изготовлении двойных оконных рам. Теплопроводность воздуха гораздо ниже теплопроводности стекла. Воздушная прослойка межу стеклами защищает от зимней стужи.

Песцы на снегу

Плохая теплопроводность, появившаяся в процессе эволюции в качестве защиты от критических температур, у живых организмов. Шерсть, пух, волосы, жир обладают очень низкой теплопроводностью. Именно поэтому мы не мерзнем зимой в теплых носках, песцы могут спать на снегу, а моржи выживают в условиях Арктики за счет жировой прослойки.

В таблице приведены примеры материалов, веществ и сред с наименьшей и наибольшей теплопроводностью.

Таблица 1

Таблица теплопроводностей

Исходя из данных, приведенных в таблице, можно сделать некоторые выводы:

  1. В вакууме тепло не проводится. Передача тепла в вакууме может происходить с помощью излучения. Таким способом тепло Солнца доходит до нашей планеты.

  2. Материал с наивысшей теплопроводностью называется графен, который активно используется в наноэлектронике.

  3. Металлы тоже достаточно теплопроводные. Известно, как быстро нагревается металлическая ложка в горячем супе.

  4. Строительные материалы обладают низкой теплопроводностью, что и обуславливает их использование для возведения теплых и надежных жилищ.

С понятием теплопроводности тесно связано понятие теплоемкости.

Теплоемкость

Теплоемкостью называют количество тепла, которое поглотило тело (вещество), чтобы его температура повысилась на 1 градус. Действительно, для повышения температуры металлического стержня на 1 градус, необходимо, чтобы он обладал теплопроводностью для равномерного нагревания всего объёма.

Знания о теплопроводности веществ и материалов необходимы в строительстве, промышленности, быту. Степень теплопроводности материала обуславливает его применение в той или иной сфере. Разработка и поиск новых веществ с уникальными теплоизоляционными свойствами – важнейшая задача современной науки.

Конвекция

При конвекции энергия передается потоками, возникающими в различных средах. 

Конвекция

В зависимости от причины возникновения, процессы этого типа теплообмена делят на естественную и вынужденную конвекцию:

  1. Естественная конвекция возникает под влиянием естественных сил: неравномерного прогрева, силы тяжести. Процессы естественной конвекции происходят на планете ежеминутно. Появление облаков, формирование атмосферных фронтов, циклонов и антициклонов в атмосфере возможно благодаря этому процессу. Воды мирового океана так же подвержены процессам конвекции, в результате образуются океанические течения. Движение тектонических плит так же обусловлено конвективными процессами.

  2. Вынужденная конвекция — зависит от присутствия внешних сил. Например, при помешивании ложкой горячий чай остывает именно за счет этого явления.

Излучение

Излучение тепла является электромагнитным процессом. Тепло выделяют любые тела, температура которых выше 0 К. 

Виды излучений

Тепло излучается телами благодаря тому, что любое вещество состоит из молекул и атомов, а они, в свою очередь, из заряженных протонов и электронов. Таким образом, любое тело оказывается пронизанным электромагнитным полем.


Конспект урока по теме «Теплопроводность»

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ КАРТА

ПО ФИЗИКЕ В 8 КЛАССЕ

-поддерживать интерес к предмету

-формировать коммуникативные умения работы учащихся

-формировать уважение к одноклассникам

Требования ФГОС ООО

(предполагаемые результатами обучения)

Личностные

-убеждать в возможности познания природы в необходимости разумного использования достижений науки и технологий для дальнейшего развития человеческого общества;

-уважение к творцам науки и техники;

-отношение к физике как элементу общественной культуры.

Метапредметные

ПОЗНАВАТЕЛЬНЫЕ

-анализ проблемного эксперимента;

-выполнение действий по алгоритму;

-формирование мыслительных операций познания: сравнения, обобщения, моделирования, абстрагирования, анализа

РЕГУЛЯТИВНЫЕ:

-принятие учебной цели;

-составление последовательности действий по открытию нового знания;

-ориентировка в ситуации принятия решения.

КОММУНИКАТИВНЫЕ:

-умение рассуждать, вести диалог, слушать учителя;

Предметные

-понимание физических основ теплопроводности разных тел и их применение ;

-формирование умения объяснять результаты эксперимента, оперируя знаниями по теме

Тема: ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Цель: положительный настрой на работу на уроке

Здравствуйте ребята, надеюсь, что у всех хорошее настроение. Все готовы к уроку? Итак, начинаем урок. Посмотрите в окно, какая красивая осень. Скоро наступят холода, а мы готовы к ним? Что нужно делать, чтобы не замерзнуть зимой. Как сберечь растения от морозов? Ответить на эти вопросы нам поможет сегодняшний урок.

Проверяют готовность к уроку.

Отвечают на вопросы, рассуждают.

II этап. Актуализация знаний

Цель: Повторить ранее изученный материал, для подведения к изучению новой темы

Перечислите способы изменения внутренней энергии.

Назовите виды теплопередачи.

-Совершение работы и теплопередача.

-Теплопроводность, конвекция, излучение.

II. Мотивация к деятельности

Разгадайте ребус

Теплопроводность

Цель: побуждение интереса к предмету

hello_html_3d5d1e1c.pnghello_html_m446fd029.png

Изучение нового материала

Цель: познакомить с понятием теплопроводности, процессом передачи, использование.

Как вы думаете, какая тема нашего урока? Какие вопросы мы будем рассматривать?

1. Теплопроводность

Демонстрация опытов. На основе их делаются вывода

1.В стакан с горячей водой опущена ложка. Что произойдет с ложкой?

2.Почему ложка нагрелась?

3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному? 

Какой вывод можно сделать?

Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газами.

Проведем опыты:

  1. Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным.

  2. Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.

  3. Нагреваем конец металлического стержня, то скоро весь стержень нагреется.

  4. Закрепим  конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать  свободный конец проволоки пламенем спиртовки.

  • Что наблюдаем? 

  • Как происходит передача тепла? 

  • Как долго будет происходить передача тепла по проволоке? 

  • Что можно сказать про скорость движения  молекул на участке, расположенном ближе к пламени? 

  • Почему  нагревается следующий участок проволоки? 

  1. Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Что наблюдаем? Как вы думаете горячее ли дно. Потрогайте. Какой вывод? Да невелика за исключением ртути и расплавленных металлов.

  2. Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх. Палец при этом долго не почувствует тепла.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые вещества. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум

Запишем основные особенности теплопроводности:

  • в твердых телах, жидкостях и газах;

  • само вещество не переносится;

  • приводит к выравниванию температуры тела;

  • разные тела – разная теплопроводность

Тема урока теплопроводность.

Что такое теплопроводность. Процесс передачи энергии способом теплопроводности. У каких тел хорошая и плохая теплопроводность. Где применяются знания о теплопроводности.

Учащиеся в тетрадь записывают тему урока в тетрадь.

-Она нагреется.

-Вода отдала часть тепла ложке, а часть окружающему воздуху.

-В результате движения и взаимодействия частиц

Вывод: Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому (от горячей воды к холодной ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке – от ее нагретого конца к холодному.

Записывают определение.

Вывод. Дерево обладает плохой теплопроводностью.

Вывод. Стекло имеет плохой теплопроводностью.

Вывод. Металлы имеют большую теплопроводность.

Гвоздики  начинают постепенно один за другим падать, сначала те, которые ближе  к пламени.

-От горячего конца проволоки к холодному.

-Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется.

-Скорость движения молекул увеличивается.
-В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает.

Вода у поверхности закипела.

Дно чуть теплое.

Вывод. У жидкостей теплопроводность невелика.

Вывод. Теплопроводность у газов еще меньше.

Теплопроводность у различных веществ различна.

Записывают основные особенности теплопроводности

Называют, какие тела обладающие хорошей, плохой теплопроводностью. Заполняют таблицу в тетради

Закрепление

Цель: закрепить материал, познакомиться , где в жизни мы применяем знания теплопроводности.

Вспомним сказку

Примеры теплопроводности:

Отрывок из сказки «Мороз Иванович»

Рукодельница принялась взбивать снег, чтоб старику было мягче спать, а меж тем у ней, бедной, руки окостенели и пальчики побелели, как у бедных людей, что зимой в проруби бельё полощут: и холодно, и ветер в лицо, и бельё замерзает, колом стоит, а делать нечего — работают бедные люди.

— Ничего, — сказал Мороз Иванович, — только снегом пальцы потри, так и отойдут, не ознобишь. Я ведь старик добрый; посмотри-ка, что у меня за диковинки. Тут он приподнял свою снежную перину с одеялом, и Рукодельница увидела, что под периною пробивается зелёная травка. Рукодельнице стало жаль бедной травки.

— Вот ты говоришь, — сказала она, — что ты старик добрый, а зачем ты зелёную травку под снежной периной держишь, на свет божий не выпускаешь?

— Не выпускаю потому, что ещё не время; ещё трава в силу не вошла. Осенью крестьяне её посеяли, она и взошла, и кабы вытянулась уже, то зима бы её захватила, и к лету травка бы не вызрела. Вот я и прикрыл молодую зелень моею снежной периной, да ещё сам прилёг на неё, чтобы снег ветром не разнесло; а вот придёт весна, снежная перина растает, травка заколосится, а там, смотришь, выглянет и зерно, а зерно крестьянин соберёт да на мельницу отвезёт…

  1. Почему люди сажают озимые и не боятся, что они замерзнут?

  2. Зачем кусты растений нам зиму укрывают опилками?

  3. Чем мы пользуемся на кухне, чтобы не обжечься?

  4. Из чего делают сковороды, кастрюли? Почему?

  5. Почему шерстяная одежда лучше предохраняет от холода, чем синтетическая?

  6. Интересные факты из биологии. Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу даже в Заполярье. Под такой одеждой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 400. И чем севернее живет шмель, тем он крупнее и лохматее. Почему шубка спасает шмеля от замерзания?

  7. Как только устанавливаются холода, пчелы скучиваются на сотах с медом и образуют плотный шар. Прижавшись друг к другу, они всю зиму поддерживают температуру около 120С. Таким образом, зимой пчелы сами себя греют. А вот вентиляция им необходима, ведь в противном случае вся влага, выдыхаемая пчелами, оседает внутри улья в виде инея. Почему пчелам удается согреть себя зимой?

  8. Какой кирпич – сплошной или пористый – лучше обеспечивают теплоизоляцию здания? Ответ обоснуйте.

  9. При одинаковой температуре гранита и кирпича кирпич на ощупь кажется теплее гранита. Какой из этих строительных материалов обладает лучшим теплоизоляционным свойством?

  10. Ножницы и карандаш, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее?

Рассмотренные примеры нам помогут сделать вывод и заполнить таблицу

Слушают текст, называют тела, обладающие хорошей и плохой теплопроводностью.

-Снег — пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.

— Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью.

-Сковороды и кастрюли делают из веществ с хорошей  теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

-Ручки чайников, кастрюль делают из  материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.

-Опилки являются плохим проводником тепла. Растения укрывают опилками, чтобы они не замерзли.

-Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло.

-Шубка шмеля плохо проводит тепло, так как между ворсинками находится воздух, у которого теплопроводность мала.

-Между пчелами остается воздух, который плохо проводит тепло и предохраняет от вымерзания.

Проведем мини исследовательскую работу. Узнаем верно ли выражение : ШУБА ГРЕЕТ?!

Как будем выполнять работу?

.

Для этого нам необходимо термометр, и лоскут меха. Измерим температуру помещения, затем на некоторое время положим термометр в лоскут

Делают вывод

Первичная проверка знаний

Цель: проверить на каком уровне понят материал?

  1. Как называется явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте?

    1. Теплоемкостью

    2. Теплородностью

    3. Теплопроводностью

  2. Выберите верное высказывание.

    1. При теплопроводности происходит перенос вещества от одного тела к другому

    2. При теплопроводности НЕ происходит перенос вещества от одного тела к другому

    3. Понятие теплопроводности не существует

  3. Которое из перечисленных веществ обладает наибольшей теплопроводностью?

    1. Древесина

    2. Стекло

    3. Медь

Отвечают в карте ученика.

Итог урока

Вспомним вопросы в начале урока. Готовы ли мы к зиме? С каким явлением мы сегодня познакомились? В чем заключается это явление?

Домашнее задание. П 4, (всем), подготовить доклад «Теплопроводность в природе, быту и технике.» (по желанию)

Спасибо за работу на уроке.

Отвечают на вопросы

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность — Класс!ная физика

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность

Теплопередача — это один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.

Существует 3 вида теплопередачи:

Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.

Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Это является частным случаем закона сохранения энергии.


ИНТЕРЕСНО

Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма!

Теплопроводность — это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.
Не сопровождается переносом вещества!

Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.
Теплопроводность различных веществ разная.
Металлы обладают самой высокой теплопроводностью,

причем у разных металлов теплопроводность отличается.

Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.
Интересно, что можно было бы поднести руку почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура больше 1000 градусов) и не обжечь ее, если бы …

А что если бы?

Газ, как правило, очень плохой проводник тепла, поэтому достаточно было бы лишь небольшой прослойки воздуха между рукой и пламенем. Но!
Но существует такое явление, как конвекция в газах, поэтому вблизи пламени руку сильно жжет.

ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ

1. Лёд, не тающий в кипятке.

2. Греет ли шуба?
3. Бумажная кастрюля.


Знаешь ли ты, что …

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
Это не сказка, не фантастика!
Такой проект реально разработан и испытан!

Итальянские ученые изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Ученые обещают, что летом в ней не будет жарко, а зимой – холодно, поскольку она сшита из специальных материалов. Подобные материалы уже используются при космических полетах.

В старых пулеметах «Максим» нагревание воды предохраняло оружие от расплавления.

На кухне, поднимая посуду , наполненную горячей жидкостью, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все прмежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной — водой. Смотри, не обожгись!



Огонь в решете

Явление, о котором рассказано ниже демонстрирует свойство металлов хорошо проводить тепло.
Если изготовить сетку из проволоки, обеспечив хорошее соединение металла в местах перекрещивания проволоки, и поместить ее над газовой горелкой, то можно при включенном вентиле поджечь газ над сеткой, в то время как под сеткой он гореть не будет. А если зажечь газ под сеткой, то наверх через сетку огонь « не просочится»!

В те времена, когда еще не было электрических шахтерских лампочек, пользовались лампой Дэви.
Это была свеча, «посаженная» в металлическую клетку. И даже, если шахта наполнялась легковоспламеняющимися газами, лампа Дэви была безопасна и не вызывала взрыва — пламя не выходило за пределы лампы,благодаря металлической сетке.

ЕСЛИ…

… положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало — холоднее.
Почему?
Ведь температура окружающего воздуха одинаковая!
Стекло — хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет «отбирать» от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет , нагреваясь, «отбирать» тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.

ДОМАШНИЕ ОПЫТЫ

Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Объясните, почему бумага загорелась не сразу.

Используйте свои руки как термодатчики – обследуйте окружающие вас предметы. Найдите самые холодные на ощупь, сделайте вывод об их теплопроводности. По своим ощущениям составьте список веществ, обладающих разной теплопроводностью, от самой хорошей до самой плохой.

Подберите ложки из разных материалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и т.д.). Опустите их наполовину в сосуд с горячей водой. Через 1–2 мин проверьте, одинаково ли нагрелись их ручки. Проанализируйте результат.

Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий– в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу.

Приготовьте в морозилке лед. Сложите его в целлофановый пакет и оберните пуховым платком или обложите ватой. Можно дополнительно завернуть в шубу. Оставьте этот сверток на 5–7 ч,затем проверьте сохранность льда. Объясните наблюдаемое состояние. Предложите дома способ сохранения замороженных продуктов при размораживании холодильника.

ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ

(или » покумекаем»? )

1. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая? Почему?

2. Почему толстый человек в холодной воде меньше мерзнет, чем худой?

3. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20 градусов Цельсия, но в воде мерзнет при температуре 25 градусов Цельсия. Почему?

4. Если зимой к замерзшему стеклу( покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше.
Почему?



Что такое теплопроводность

Сергей Дворянинов
«Квантик» №2, 2019

Отчего, когда в оттепель идёт снег, он тает на руке, а на шубе остаётся?

Л. Н. Толстой, «Тепло» (Рассуждение)

Третий лишний

Вспомним одну старую задачку. Есть автобус, трамвай, троллейбус. Что здесь лишнее?

Лишний автобус, так как он работает на бензине, а не на электричестве, как трамвай и троллейбус. А можно считать лишним трамвай, потому что его колёса не «обуты» в резиновые шины.

Рисунок Максима Калякина («Квантик» №2, 2019)\n

А теперь новая задача. Из трёх словосочетаний: тёплый осенний день, тёплое море, тёплая одежда — какое лишнее?

Мы называем день или море тёплыми, если у них соответствующая температура. Называя пальто или куртку тёплой, мы никак не связываем это качество одежды с её температурой как материального предмета. Следовательно, лишняя здесь тёплая одежда.

Называть одежду тёплой позволяет некоторая её физическая характеристика, о которой и расскажем.

Коэффициент теплопроводности

Наступила зима. В квартире батареи центрального отопления нагревают воздух. Почему же температура в комнатах повышается не до температуры батареи, а до меньшего уровня? Да потому, что тепло через стены уходит наружу, на улицу. Что это значит? Тепло — не какой-то физический объект. Но из жизненного опыта вы знаете, что горячее тело нагревает окружающие его холодные тела (а холодное — остужает горячие), и удобно считать, что при этом от горячих тел к холодным передаётся тепло.

Как тепло распространяется в одном теле, от уже нагретых частей к более холодным? Разные материалы проводят тепло по-разному — одни хуже, другие лучше. Поэтому у каждого материала есть свой коэффициент теплопроводности k, равный количеству тепла, которое за 1 секунду проходит через стену из этого материала площадью 1 кв. метр и толщиной 1 метр при разности температур 1 градус.

Рисунок Максима Калякина («Квантик» №2, 2019)\n

Понятно, что через стену в два раза большей площади проходит в два раза большее количество тепла, а через стену удвоенной толщины — вдвое меньшее (подумайте, почему?). А ещё оказывается, что чем больше разность температур, тем быстрее передаётся тепло.

Количество тепла, как и любой энергии, измеряют в джоулях (Дж). Например, чтобы вскипятить 1 литр воды комнатной температуры, необходимо «передать воде» 350 000 Дж = 350 кДж. А скорость передачи тепла измеряют в ваттах (Вт). Передача 1 Дж тепла за 1 с соответствует 1 Вт. Например, мощность чайника примерно равна 2 кВт = 2000 Вт.

У силикатного (или белого) кирпича k = 0,81 (далее эту размерность будем опускать), то есть, например, для квадратного метра кирпичной стены толщиной 50 см потери тепла на 1 градус разницы температур составят 1,62 джоуля в секунду (или 1,62 ватта). У дерева k = 0,2, и потому при той же толщине стен деревянный дом теплее кирпичного в 4 раза. В частности, поэтому кирпичные стены делают толще деревянных. А у бетона k = 1,75, и панельный дом, построенный из бетонных плит, получается вдвое холоднее кирпичного с той же толщиной стен. Стены можно утеплять пенопластом — его коэффициент 0,04. Вспомним детский стишок:

Ох, беда, беда, беда,
Наступили холода.
На стекле горюет муха:
«Выпал снег белее пуха!
Если бы мне валенки,
Пусть подшиты, стареньки,
Да суконные штаны —
Дожила бы до весны!»

Дело в том, что у шерстяного войлока (то есть у тех же валенок) k = 0,045. Зимой в валенках намного теплее, чем в кожаных ботинках. Конечно, валенки ноги не греют, а лишь препятствуют большим потерям тепла.

У хлопковой ваты k = 0,055. Потому испокон веков ватные халаты защищали жителей Средней Азии от нестерпимой летней жары. Температура тела человека 36,7°C, температура воздуха 40–45°C. В этом случае ватный халат в минимальной степени способствует подводу тепла к телу, предохраняя человека от перегрева. Точно так же меховые рукавицы защищают руки кузнеца, держащего раскалённую заготовку.

Рисунок Максима Калякина («Квантик» №2, 2019)\n

У минеральной ваты k = 0,045–0,055. Её используют для термоизоляции труб отопления.

Газы — плохие проводники тепла, у них коэффициент теплопроводности мал, например у воздуха k = 0,022. Поэтому оконные рамы делали двойными, и в современных стеклопакетах тоже есть воздух между стёклами: можно сказать, что тепло в доме сохраняет не стекло, а воздух внутри рамы. Но газы могут передавать тепло конвекцией, то есть перемешиваться. По этой причине особенно хорошими теплоизоляционными свойствами обладают пористые материалы — поры в них препятствуют конвекции.

Многие птицы зимой во время сильных морозов зарываются в снег. Рыхлый снег почти не проводит тепло и сохраняет примерно одинаковую температуру даже при сильных ночных заморозках. Так спасаться от морозов, да и от хищников, научились глухари, тетерева, куропатки, рябчики. Птицы способны проводить под снегом без движения несколько дней, при этом их потери энергии минимальны. Да и медведи спят в берлогах, занесённых снегом, словно тёплым одеялом.

Среди металлов рекордсменом по теплопроводности можно считать серебро — у него k = 430. У железа k = 92. Если серебряную ложку опустить в кипяток, то удержать её в руках, пожалуй, не удастся: она очень быстро станет нестерпимо горячей. Металлы очень хорошо проводят тепло (гораздо лучше неметаллов), потому что в них есть свободные электроны, которые быстро перемещаются и переносят тепло.

Возвращаясь к тёплой одежде, скажем, что она не греет, а препятствует потерям тепла. Теперь вы легко объясните, какую одежду мы называем холодной.

Напоследок — две задачи.

1. В некоторых современных квартирах делают тёплые полы. Для этого вдоль всего пола прокладывают нагревательные элементы, питающиеся электричеством. А в новых вагонах московского метро появились «тёплые поручни», которые не требуют электропитания. Можете догадаться, как они устроены?

2. Эта задача очень старая. Два полярника вышли из палатки на лёд. Падающий сверху снег на комбинезоне одного потихоньку таял, а у другого — нет, делая человека похожим на снеговика. У кого одежда теплее?

Ответы

1. «Тёплые поручни» — это обычные никелированные поручни, покрытые тонким слоем пластика. Пластик плохо проводит тепло, и поэтому тепло от человеческих рук не распространяется вдоль такого поручня. Это создаёт ощущение, что поручень тёплый.

2. Если снежинки на комбинезоне тают, то температура на его поверхности плюсовая. Стало быть, такой комбинезон плохо сохраняет тепло человеческого тела и отводит его в окружающую среду. Теплее одежда у того полярника, который похож на снеговика.

Художник Максим Калякин