5 примеров теплопроводности: 3 примера излучения, конвекции и теплопроводности

Содержание

3 примера излучения, конвекции и теплопроводности

Решите пожалуйста 2 и 3 задание!!! ДАМ 50 БАЛЛОВ!!!

Помогите пожалуйста с физикой

35 баллов физика пожалуйста

Умоляю помогите с физикой

Физика 35 баллов помогите пожалуйста

Найти массу всех тел из 1 варианта (1 задание (1,2,3 дослід) и 2 задание(порожня пляшечка та пляшечка з водою), пожалуйста срочно помогите))

1. Как передают давление жидкости и газы? 2. Пользуясь рисунком 99, объясните, почему жидкости и газы передают давление во все сто роны без изменений.
…

3. На каком опыте можно показать особенность передачи давления жидкостями и газами? 4. При изготовлении бу тылок в расплавленное стекло через трубку вдувают воздух, и бес форменная масса принимает нужную форму (см. рис. 29). Какое фи зическое явление здесь используют?

Вопрос №1 ?
2 балла
Жидкость создает гидростатическое давление из-за действия . ..
силы притяжения
силы трения
силы упругости
силы Паскаля
Вопрос №2 ?
…

2 балла
В какой точке жидкость создает наибольшее давление?
во всех трех одинаковое
точка А
точка С
точка В
Вопрос №3 ?
2 балла
Определите примерное давление, которое создает столбец эфира (жидкость) высотой 14 см.
1 кПа
110 Па
98 кПа
1,4 кПа
Вопрос №4 ?
3 балла
Аквариум в форме цилиндра высотой 60 см наполовину заполнен водой. Определите силу, с которой вода давит на дно аквариума, если площадь дна составляет 0,35 м2. Ответ запишите в ньютонах. Ускорение свободного падения 10 Н/кг, плотность воды 1000 кг/м3.
Ответ
Вопрос №5 ?
3 балла
Какое давление должен выдерживать батискаф (в МПа), чтобы иметь возможность погрузиться на дно Марианской впадины? Глубина впадины 11 км, плотность соленой воды на 3% больше, плотности пресной воды.

Площадь дна ёмкости равна 1170 см2. Найди, на сколько увеличится давление ёмкости на стол, если в неё налить воду объёмом 4 л.
Принять g=9,8 Н/кг.
Отв
…

ет (округли до целого числа): давление ёмкости на стол увеличится на
Па.

Примеры теплопроводности.Оригинальные штук 5, хотя пишите что знаете.Спасибо!

Під час перенесення заряду 240 Кл , електричне поле виконало роботу 720 Дж. Яка напруга в колі?

Дам баллы за подписку !!!!!!!!!!!!!!
Лайк! (под каждым роликом(их не много)

Прошу не обманывать, интересные ролики !

Під час перенесення заряду 240 Кл , електричне поле виконало роботу 720 Дж. Яка напруга в колі?

В двух отдельных электролитических ваннах одновременно наносят медь и хром. Сила тока в обеих ваннах одинакова. Определи массу хромового покрытия, есл
…

и масса медного покрытия равна 53,44 г.(kмеди = 0,33 ⋅ 10–6 кг/Кл, kхрома = 0,18 ⋅ 10–6 кг/Кл)Ответ: mх = гпомогите

теперь я предлагаю тебе выполнить задания на закрепление:Задание 1. Заполни таблицу.ПримерыТепловое действие электрического токаХимическое действие
…

электрического

СРОЧНО Я НА КР 5. Сила упругости возникшая в пружине жесткостью 300 H\м, равна 30 Н. Каково удлинение пружины?

Оформи лабораторную работу №7 (в тетради для лабораторных работ) с
…

огласно плану:1.Название2.Цель3.Оборудование 4.Запиши формулы и начерти таблицу на три опыта 5.Запиши результаты 1,2,3 опыта из видеофрагмента (пройдя по ссылке)6.ВЫЧИСЛЕНИЯ (все расчеты записываем в тетради)7 Сравни полученный результат8.Напиши вывод Приложение №2F A = ρ жидкости ⋅ g ⋅ V тела . сила АрхимедаFтяжести = m ⋅ g g=9,8 Н /кг

помогите пж быстрее скиньте все что знаете не обязательно сразу все можно скинуть все что знаешь пж

5. Назовите основные причины создания Казахстанскойбазы АН СССР в республике в 1932 году.

Контрольна робота №3«Взаємодія тіл. Сила.»Варіант №1.1. Щоб стиснути пружину на 5 см, потрібно прикласти силу 150 H, яку силу потрібно прикласти,щоб с
…

тиснути її на 8 см?2. Визначити масу каменя, якщо на поверхні Землі на нього діє сила тяжіння 350 н.3. Мобільний телефон масою 220 г лежить на столі. Визначити силу, з якою телефон тисне наповерхню столу. 4. За допомогою пружини жорсткістю 60 Н/м до бруска масою 1,5 кг прикладають зовнішнюсилу. Під дією цієї сили брусок рівномірно ковзає по поверхні столу. Визначте коефіцієнттертя між бруском і столом, якщо пружина під час руху розтягнулась на 10 см.

Виды теплопроводности / Открытый урок

Цель урока: знание и понимание учащимися видов теплопередачи: теплопроводности, конвекции, излучения;

Задачи:

обучающие

дать определения основных понятий, изучаемых в данной теме: теплопередачей, конвекцией, излучением;

установить зависимость теплопроводности от рода вещества

учить приводить примеры теплопередачи в природе и технике.

развивающие

продолжить развитие умения анализировать опыты и делать на их основе выводы, формирование умения работать в группах;

способствовать формированию навыков экспериментальной работы и развитию аналитического мышления учащихся

воспитательные

способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу

Тип урока Урок изучения нового материала

Формы работы учащихся групповая работа, индивидуальная работа

Необходимое техническое оборудование мультимедийный проектор, компьютеры учащихся, перечень ЭОР, выход в Интернет

I. Актуализация знаний

Перед началом урока можно провести проверку выполнения домашнего задания. Вспомним ранее изученный материал:

Какую энергию называют внутренней энергией тела?

Какими двумя способами можно изменить внутреннюю энергию?

Приведите примеры изменения внутренней энергии с помощью совершения работы.

Приведите примеры изменения внутренней энергии способом теплопередачи.

Объясните на основе молекулярного строения тела вещества нагревание спицы, опущенной в горячую воду.

При этом все неточности должны фиксироваться, причем не столько учителем, сколько учениками, которые принимают активное участие в работе.

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

Теплопроводность.

Явление конвекции в жидкостях и газах.

Излучение.

Учащиеся уже знают, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплопередачи. Изменение внутренней энергии посредством теплопередачи может производиться по- разному. Различают три вида теплопередачи:

Как вы думаете: что такое теплопроводность, конвекция, излучение, теплопередача? Выслушав ответы, объясняет новый материал.

Теплопроводность Теплопроводность – такой тип теплообмена, когда тепло перемещается от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения молекул.

Очевидно, что этот перенос энергии требует определенного времени.

Сразу можно акцентировать внимание учащихся на физическом содержании процесса. У пламени горелки молекулы, получив избыток энергии, начинают совершать колебания с большей амплитудой, передавая часть энергии при соударениях с соседними слоями.

Особенность теплопроводности в том, что само вещество не перемещается. Ясно, что чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла.

Все кристаллы имеют очень хорошую теплопроводность. И наоборот, те вещества, в которых расстояния между молекулами большие – плохие проводники тепла. Это — различные породы древесины, строительный кирпич, котором есть поры, заполненные воздухом, различные газы. Плохая теплопроводность у шерсти и меха, так как между ворсинками также много воздуха. Именно наличие меха позволяет отдельным животным переносить зимнюю стужу.

Конвекция

Под конвекцией понимают перенос энергии струями жидкости или газа.

Включив лампу накаливания с отражателем и подставив над лампой бумажную вертушку, мы замечаем, что она начинает вращаться (этот опыт проиллюстрирован в презентации). Объяснение этому факту может быть одно: холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается.

Плотность горячего воздуха или жидкости меньше, чем холодного, поэтому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплой жидкости поднимаются вверх, а на их место опускается холодная жидкость.

Замечено, что жидкость можно нагреть и при нагревании ее сверху, но это — длительный процесс. В данном случае нагрев происходит не за счет конвекции, а за счет теплопроводности.

Система отопления помещений основана именно на перемещении конвекционных потоков теплого и холодного воздуха: постоянное перемешивание воздуха приводит к выравниванию температуры по всему объему помещения.

Очевидно, что главным отличием конвекции от теплопроводности является то, что при конвекции происходит перенос вещества, имеющего большую внутреннюю энергию, а при теплопроводности вещество не переносится.

Холодные и теплые морские и океанские течения — примеры конвекции. Также в качестве примеров конвекции можно привести ветры, которые дуют в земной атмосфере.

3. Излучение или лучистый теплообмен Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн. Любое нагретое тело является источником излучения.

Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.

Темные тела не только лучше поглощают энергию, но и лучше ее отдают в окружающую среду. Два одинаковых тела, нагретые до одной температуры, остывают по-разному, если у них разный цвет поверхности. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию используют при строительстве самолетов; крыши высотных зданий в жарких странах также красят в светлые тона.

III. Закрепление изученного материла

С целью закрепления изученного материла можно провести краткий опрос-беседу по следующим вопросам:

— Приведите примеры, какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?

— Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.

— Почему конвекция невозможна в твердых телах?

— Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются излучением, чем со светлой. Отвечает на вопросы.

Выполнение контрольного задания.

Ученикам нужно решить тесты на компьютерах по теме теплопроводность и конвекция, используя ресурсы №4 и №5.

Домашнее задание. §4-6. Ответить на вопросы. Желающие ученики могут подготовить к следующему уроку доклады о применении теплопередачи в природе и технике. Примерными темами докладов могут быть: «Значение видов теплопередачи в авиации и при полетах в космос», «Виды теплопередачи в быту», «Теплопередача в атмосфере», «Учет и использование видов тепло – передачи в сельском хозяйстве» и др.

Рефлексия

Оцените свою работу за урок.

Если вы поняли материал, можете его рассказать и объяснить, то поставьте себе “5”.

Если материал поняли, но есть некоторые сомнения в том, что вы сможете его воспроизвести, то “4”.

Если материал усвоен слабо, то “3”.

Дополнительный материал.

С явлением конвекции связаны процессы горообразования. В первом приближении земной шар можно рассматривать как систему, состоящую из трех концентрических слоев. Внутри находится массивное ядро, состоящее в основном из металлов в виде очень плотной жидкой массы. Ядро окружают полужидкая мантия и литосфера. Самый верхний слой литосферы — земная кора. Литосфера состоит из отдельных плит, которые плавают на поверхности мантии. Вследствие неравномерного разогрева отдельных участков мантии, а также разной плотности горных пород в различных участках мантии в ней возникают конвективные потоки. Они вызывают перемещения литосферных плит, несущих континенты и ложа океанов.

Там, где плиты расходятся, возникают океанские впадины. В других местах, где плиты сталкиваются, образуются горные массивы. Скорость перемещения конвективных потоков в мантии очень мала. Соответственно и плит 2—З см в год. Однако геологические эпохи плиты могут перемещаться на сотни и тысячи километров.

Чем же вызвана столь большая теплопроводность металлов, которая в сотни и тысячи раз больше, чем у изоляторов? дело, очевидно, в структуре металлов, в особенностях металлической связи.

В самом деле, если бы теплопроводность металлов определялась только колебаниями частиц в узлах кристаллической решетки, то она бы не отличалась от теплопроводности изоляторов. Но в металлах есть еще множество свободных электронов

электронный газ, который и обеспечивает их высокую теплопроводность.

В участке металла с высокой температурой часть электронов приобретает большую кинетическую энергию. Так как масса электронов очень мала, то они легко проскакивают десятки промежутков между нонами. Говорят, что у электронов большая длина свободного пробега. Сталкиваясь с нонами, находящимися в более холодных слоях металла, электроны передают им избыток своей энергии, что приводит к повышению температуры этих слоев.

Чем больше длина свободного пробега электронов, тем больше теплопроводность. Именно поэтому у чистых металлов, где в кристаллической решетке дефектов относительно мало, теплопроводность велика, У сплавов, где дефектов решетки гораздо больше, длина свободного пробега меньше, соответственно меньше и теплопроводность.

100 ballov.kz образовательный портал для подготовки к ЕНТ и КТА

В 2021 году казахстанские школьники будут сдавать по-новому Единое национальное тестирование. Помимо того, что главный школьный экзамен будет проходить электронно, выпускникам предоставят возможность испытать свою удачу дважды. Корреспондент zakon.kz побеседовал с вице-министром образования и науки Мирасом Дауленовым и узнал, к чему готовиться будущим абитуриентам.

— О переводе ЕНТ на электронный формат говорилось не раз. И вот, с 2021 года тестирование начнут проводить по-новому. Мирас Мухтарович, расскажите, как это будет?

— По содержанию все остается по-прежнему, но меняется формат. Если раньше школьник садился за парту и ему выдавали бумажный вариант книжки и лист ответа, то теперь тест будут сдавать за компьютером в электронном формате. У каждого выпускника будет свое место, огороженное оргстеклом.

Зарегистрироваться можно будет электронно на сайте Национального центра тестирования. Но, удобство в том, что школьник сам сможет выбрать дату, время и место сдачи тестирования.

Кроме того, в этом году ЕНТ для претендующих на грант будет длиться три месяца, и в течение 100 дней сдать его можно будет два раза.

— Расскажите поподробнее?

— В марте пройдет тестирование для желающих поступить на платной основе, а для претендующих на грант мы ввели новые правила. Школьник, чтобы поступить на грант, по желанию может сдать ЕНТ два раза в апреле, мае или в июне, а наилучший результат отправить на конкурс. Но есть ограничение — два раза в один день сдавать тест нельзя. К примеру, если ты сдал ЕНТ в апреле, то потом повторно можно пересдать его через несколько дней или в мае, июне. Мы рекомендуем все-таки брать небольшой перерыв, чтобы еще лучше подготовиться. Но в любом случае это выбор школьника.

— Система оценивания останется прежней?

— Количество предметов остается прежним — три обязательных предмета и два на выбор. Если в бумажном формате закрашенный вариант ответа уже нельзя было исправить, то в электронном формате школьник сможет вернуться к вопросу и поменять ответ, но до того, как завершил тест.

Самое главное — результаты теста можно будет получить сразу же после нажатия кнопки «завершить тестирование». Раньше уходило очень много времени на проверку ответов, дети и родители переживали, ждали вечера, чтобы узнать результат. Сейчас мы все автоматизировали и набранное количество баллов будет выведено на экран сразу же после завершения тестирования.
Максимальное количество баллов остается прежним — 140.

— А апелляция?

— Если сдающий не будет согласен с какими-то вопросами, посчитает их некорректными, то он сразу же на месте сможет подать заявку на апелляцию. Не нужно будет ждать следующего дня, идти в центр тестирования, вуз или школу, все это будет электронно.

— С учетом того, что школьникам не придется вручную закрашивать листы ответов, будет ли изменено время сдачи тестирования?

— Мы решили оставить прежнее время — 240 минут. Но теперь, как вы отметили, школьникам не нужно будет тратить час на то, чтобы правильно закрасить лист ответов, они спокойно смогут использовать это время на решение задач.

— Не секрет, что в некоторых селах и отдаленных населенных пунктах не хватает компьютеров. Как сельские школьники будут сдавать ЕНТ по новому формату?

— Задача в том, чтобы правильно выбрать время и дату тестирования. Центры тестирования есть во всех регионах, в Нур-Султане, Алматы и Шымкенте их несколько. Школьники, проживающие в отдаленных населенных пунктах, как и раньше смогут приехать в город, где есть эти центры, и сдать тестирование.

— На сколько процентов будет обновлена база вопросов?

— База вопросов ежегодно обновляется как минимум на 30%. В этом году мы добавили контекстные задания, то что школьники всегда просили. Мы уделили большое внимание истории Казахстана и всемирной истории — исключили практически все даты. Для нас главное не зазубривание дат, а понимание значения исторических событий. Но по каждому предмету будут контекстные вопросы.

— По вашему мнению система справится с возможными хакерскими атаками, взломами?

— Информационная безопасность — это первостепенный и приоритетный вопрос. Центральный аппарат всей системы находится в Нур-Султане. Связь с региональными центрами сдачи ЕНТ проводится по закрытому VPN-каналу. Коды правильных ответов только в Национальном центре тестирования.

Кроме того, дополнительно через ГТС КНБ (Государственная техническая служба) все тесты проходят проверку на предмет возможного вмешательства. Здесь все не просто, это специальные защищенные каналы связи.

— А что с санитарными требованиями? Нужно ли будет школьникам сдавать ПЦР-тест перед ЕНТ?

— ПЦР-тест сдавать не нужно будет. Требование по маскам будет. При необходимости Центр национального тестирования будет выдавать маски школьникам во время сдачи ЕНТ. И, конечно же, будем измерять температуру. Социальная дистанция будет соблюдаться в каждой аудитории.

— Сколько человек будет сидеть в одной аудитории?

— Участники ЕНТ не за семь дней будут сдавать тестирование, как это было раньше, а в течение трех месяцев. Поэтому по заполняемости аудитории вопросов не будет.

— Будут ли ужесточены требования по дисциплине, запрещенным предметам?

— Мы уделяем большое внимание академической честности. На входе в центры тестирования, как и в предыдущие годы, будут стоять металлоискатели. Перечень запрещенных предметов остается прежним — телефоны, шпаргалки и прочее. Но, помимо фронтальной камеры, которая будет транслировать происходящее в аудитории, над каждым столом будет установлена еще одна камера. Она же будет использоваться в качестве идентификации школьника — как Face ID. Сел, зарегистрировался и приступил к заданиям. Мы применеям систему прокторинга.

Понятно, что каждое движение абитуриента нам будет видно. Если во время сдачи ЕНТ обнаружим, что сдающий использовал телефон или шпаргалку, то тестирование автоматически будет прекращено, система отключится.

— А наблюдатели будут присутствовать во время сдачи тестирования?

— Когда в бумажном формате проводили ЕНТ, мы привлекали очень много дежурных. В одной аудитории было по 3-4 человека. При электронной сдаче такого не будет, максимум один наблюдатель, потому что все будет видно по камерам.

— По вашим наблюдениям школьники стали меньше использовать запрещенные предметы, к примеру, пользоваться телефонами?

— Практика показывает, что школьники стали ответственнее относиться к ЕНТ. Если в 2019 году на 120 тыс. школьников мы изъяли 120 тыс. запрещенных предметов, по сути у каждого сдающего был телефон. То в прошлом году мы на 120 тыс. школьников обнаружили всего 2,5 тыс. телефонов, и у всех были аннулированы результаты.

Напомню, что в 2020 году мы также начали использовать систему искусственного интеллекта. Это анализ видеозаписей, который проводится после тестирования. Так, в прошлом году 100 абитуриентов лишились грантов за то, что во время сдачи ЕНТ использовали запрещенные предметы.

— Сколько средств выделено на проведение ЕНТ в этом году?

Если раньше на ЕНТ требовалось 1,5 млрд тенге из-за распечатки книжек и листов ответов, то сейчас расходы значительно сокращены за счет перехода на электронный формат. Они будут, но несущественные.

— Все-таки почему именно в 2021 году было принято решение проводить ЕНТ в электронном формате. Это как-то связано с пандемией?

— Это не связано с пандемией. Просто нужно переходить на качественно новый уровень. Мы апробировали данный формат на педагогах школ, вы знаете, что они сдают квалификационный тест, на магистрантах, так почему бы не использовать этот же формат при сдаче ЕНТ. Тем более, что это удобно, и для школьников теперь будет много плюсов.

Примеры теплообмена в природе и технике

1. Ветры. Все ветры в атмосфере представляют собой конвекционные потоки огромного масштаба. Конвекцией, например, объясняются бризы — ночные и дневные ветры, возникающие на берегах морей и больших озер.

В летние дни суша прогревается солнцем быстрее, чем вода, поэтому и воздух над сушей нагревается больше, чем над водой. При этом воздух над сушей расширяется, после чего его давление становится меньше давления более холодного воздуха над морем. В результате, как в сообщающихся сосудах, холодный воздух по низу с моря (где давление больше) перемещается к берегу (где давление меньше) — дует ветер. Это и есть дневной (или морской) бриз.

Ночью вода охлаждается медленнее, чем суша, и над сушей воздух становится более холодным, чем над водой. Теперь более высокое давление оказывается над сушей, и потому воздух начинает перемещаться от берега к морю. Это ночной (или береговой) бриз.

2. Тяга. Мы знаем, что без притока свежего воздуха горение топлива невозможно. Если в топку или печь не будет поступать воздух, то горение прекратится. Для поддержания горения часто используют естественный приток воздуха — тягу. При этом над местом горения топлива устанавливают трубу. Нагреваясь, воздух расширяется, и давление в топке и трубе становится меньше давления наружного воздуха. Вследствие разницы давлений холодный воздух устремляется извне в топку, а теплый поднимается вверх по трубе. Это и есть тяга.

С увеличением высоты трубы тяга усиливается, так как, чем выше труба, сооруженная над топкой, тем больше разница давлений наружного воздуха и воздуха в трубе.

3. Водяное отопление. Жители стран, расположенных в умеренных и холодных поясах Земли, вынуждены обогревать свои жилища в холодную погоду. В жилых помещениях наиболее благо приятной для человека считается температура 18—20 °С. Для поддержания такой температуры во многих домах применяют водяное отопление.

Нагревание воды в системах центрального отопления происходит за пределами отапливаемого помещения (в котельных или теплоэлектроцентралях — ТЭЦ). От нагревателя горячая вода по трубопроводам поступает в здания. Здесь (рис. 71) она по главному стояку 1 поднимается вверх, а оттуда — по трубам в отопительные приборы (радиаторы 2). По мере охлаждения в них вода возвращается вниз и снова поступает к нагревателю. Так осуществляется непрерывная циркуляция воды по всей системе. В небольших зданиях эта циркуляция возникает благодаря естественной конвекции, а в больших городских домах она происходит за счет действия специальных насосов (искусственная или принудительная конвекция).

Для предотвращения разрушения отопительной системы (в результате увеличения давления при расширении нагреваемой жидкости) главный стояк 1 снабжают расширительным баком 3.

4. Термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому, например, горячий чайник, снятый с плиты, при соприкосновении с окружающим воздухом через некоторое время остывает. Чтобы помешать телу остывать (или нагреваться), нужно предотвратить возможный теплообмен, причем во всех его трех проявлениях (при конвекции, теплопроводности и излучении). Это достигается путем помещения тела в специальный сосуд — сосуд Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром.

Сосуды Дьюара вначале применялись лишь для хранения легкоиспаряюшихся сжиженных газов (например, жидкого гелия). Впоследствии их стали применять и в бытовых целях — для сохранения при неизменной температуре помещаемых в них пищевых продуктов. Такие сосуды Дьюара стали называть термосами (рис. 72).

Устройство термоса, предназначенного для хранения жидкостей, показано на рисунке 73. Он состоит из стеклянного сосуда 4 с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр 3. Сосуд закупоривают пробкой 2, а сверху футляра навинчивают колпачок 1.

Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой па внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением.

1. Почему дневной бриз дует с моря в сторону берега, а ночной бриз — с берега в сторону моря? 2. В результате чего возникает тяга? 3. Как устроена система водяного отопления? 4. Расскажите об устройстве термоса. За счет чего в нем удается уменьшить теплообмен? Почему пища в термосе все-таки охлаждается?

Виды теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике

Тема: Виды теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе и технике.

Цели урока: Познакомить учащихся с видами теплопередачи. Научить их объяснять тепловые явления на основании молекулярно–кинетической теории. Углубить знания учащихся о видах теплопередачи и их роли в природе и технике. Рассмотреть примеры использования видов теплопередачи в различных областях человеческой деятельности.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по спицам из различных металлов;

2. вращение вертушки над горящей лампой;

3. термоскоп;

4. слайд–шоу.

Ход урока:

I. Проверка усвоения изученного материала (фронтальный опрос).

Вопросы для проверки:

1) Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела?

О т в е т: Совершая механическую работу или теплопередачей.

2) Расскажите о процессе нагревания металлической ложки, погруженной в горячую воду.

О т в е т: Кинетическая энергия молекул горячей воды больше кинетической энергии частиц ложки. Молекулы воды будут передавать часть своей кинетической энергии частицам ложки. В результате этого энергия молекул воды в среднем будет уменьшаться, а энергия частиц ложки будет увеличиваться. Температура воды уменьшиться, а температура ложки – увеличится. Через определенное время их температуры сравняются.

3) Какой процесс называют теплопередачей?

О т в е т: Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом.

4) Приведите примеры увеличения (уменьшения) внутренней энергии тела при совершении над ним (или этим телом над другими телами) механической работы.

О т в е т: При деформации тел (ударах, сгибании, разгибании, сжатии и т. д.) их внутренняя энергия увеличивается. Сжатый газ совершает работу, выталкивая пробку из сосуда, при этом внутренняя энергия газа уменьшается.

5) В теплую комнату внесли с улицы бутыль, закрытую пробкой. Через некоторое время пробка выскочила из бутыли. Почему?

О т в е т: В теплой комнате температура воздуха, находящегося под пробкой, со временем увеличивается, при этом давление воздуха повышается и это приводит к выталкиванию пробки.

6) Почему при обработке детали напильником деталь и напильник нагреваются?

О т в е т: Над телами совершается работа силы трения, при этом их внутренняя энергия увеличивается, а значит и температура тел повышается.

II. Изучение нового материала.

План изложения нового материала:

1. Теплопроводность. Примеры в природе и технике.

2. Явление конвекции в жидкостях и газах. Примеры в природе и технике.

3. Излучение. Примеры в природе и технике.

4. Примеры теплообмена в быту.

Начало слайд-шоу по новой теме.

Формулировка темы урока (слайд 1).

Мы уже знаем, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплопередачи (теплообмена). Изменение внутренней энергии посредством теплопередачи может производиться по-разному.

Различают три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение или лучистый теплообмен. (Показ слайда 2).

Демонстрация опыта (опытная установка изображена на слайде 3 и рис. 6, стр. 11 учебника).

Определение теплопроводности (слайд 4):

1. 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

Объяснение механизма теплопроводности (слайд 5).

Показ сравнительных рисунков по теплопроводностям различных веществ (слайд 6) и теплоизоляционных материалов (слайд 7).

Примеры теплопроводности в природе (слайды 8,9) и технике (слайд 10).

Демонстрация опыта (опытная установка изображена на слайде 11 и рис. 10, 11, стр. 14 учебника).

Определение конвекции (слайд 12):

2. 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.

Объяснение механизма конвекции в газах (слайд 13).

Объяснение понятия тяги и природы её возникновения (слайд 14).

Объяснение механизма конвекции в жидкостях (слайд 15).

Примеры конвекции в природе (слайды 16-18) и технике (слайд 19).

Демонстрация опыта, установка которого изображена на рис. 13, стр. 17 учебника.

Определение излучения (лучистого теплообмена) (слайд 21).

3. Излучение – это теплопередача, при которой энергия переносится различными лучами.

Объяснения механизма излучения (слайды 22, 23).

В этом случае перенос энергии осуществляется посредством электромагнитных волн, с физической природой которых мы ознакомимся позднее. Излучение не нуждается в каких-либо иных посредниках.

Излучение может распространяться и в вакууме (например, Солнечное излучение).

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

Примеры излучения в природе (слайд 24) и технике (слайд 25).

4. Примеры теплообмена в быту. Показ слайдов 27-33.

III. Закрепление изученного материала.

Вопросы и задания по изученному сегодня материалу:

Заполните схему (слайд 35).

О т в е т:

Ответьте на следующие вопросы: (Слайды 37-46).

1. Почему вы обжигаете губы, когда пьёте чай одинаковой температуры из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьёте чай из фарфоровой кружки?

О т в е т. Металлическая кружка по сравнению с фарфоровой нагревается сильнее, вследствие высокой теплопроводности металла по сравнению с фарфором.

2. Почему ручки чайников, кастрюль делают из пластмассы или дерева?

О т в е т. Пластмасса и дерево имеют низкую теплопроводность. Такие ручки предохраняют руки человека от ожога.

3. Почему нагретая сковорода охлаждается в воде быстрее, чем на воздухе?

О т в е т. Вода обладает большей теплопроводностью, чем воздух.

4. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?

О т в е т. Металлы обладают большей теплопроводностью. Горячие газы, двигаясь вверх по металлической трубе, охлаждаются быстрее, нежели при движении по кирпичной трубе. Плотность газов увеличивается, разность давлений в трубе и вне ее уменьшается, уменьшается и тяга.

5. Где и почему именно там размещают батареи в помещениях?

О т в е т. Батареи находятся ниже окон, для того, чтобы согревать холодный воздух, выходящий из окна. Благодаря конвекции теплый слой воздуха поднимается вверх и обогревается всё помещение.

6. Зачем самолёты красят «серебряной» краской?

О т в е т. Для меньшего нагревания или охлаждения корпуса самолёта.

7. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?

О т в е т. Темные тела лучше поглощают излучение Солнца и потому быстрее нагреваются.

8. Какой из изображенных чайников быстрее остынет?

О т в е т. Быстрее остынет черный чайник, так как темные тела быстрее охлаждаются.

9. Посмотрите на рисунок. Почему одному мальчику жарко, а другому нет?

О т в е т. Один из мальчиков одет в темную футболку, хорошо поглощающую солнечной энергии, и ему жарко. А другой одет в светлую футболку, которая плохо поглощает энергию Солнца.

10. Почему зимой тяга в печных трубах больше, чем летом?

О т в е т. При условии неизменности высоты трубы тяга в ней тем сильнее, чем больше различаются давления на уровне основания трубы горячего воздуха в трубе и более холодного наружного воздуха. С понижением температуры наружного воздуха (зимой) его плотность возрастает, возрастает и его давление. Таким образом, тяга в печных трубах зимой больше, чем летом.

Придумайте опыт по рисунку и объясните наблюдаемое явление. (Слайд 47).

О т в е т. Берем два стержня, имеющих различные теплопроводности материалов из которых они изготовлены, например, деревянный стержень и медный. Ближе к одному из концов стержней крепим на стержни (через небольшие промежутки) с помощью воска несколько гвоздей. Стержни с закрепленными гвоздями помещаем свободными концами в стакан с горячей водой. Через определенное время гвозди, закрепленные на медном стержне, начнут падать, начиная снизу. Медный стержень имеет очень хорошую теплопроводность. Гвозди, закрепленные на деревянном стержне, не будут падать, так как дерево плохо проводит тепло.

Показ слайда 49 на закрепление изученных видов теплопередачи.

Домашнее задание: (Слайд 50) §§ 4-6. Упр. 2, 3. Кроссворд. (Слайд 51)

Теплопередача. Виды теплопередачи. Теплопроводность. Примеры теплопередачи в природе, в быту

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.

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.

. Мотивация к деятельности

Разгадайте ребус

Теплопроводность

Цель: побуждение интереса к предмету

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:

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

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

Нагреваем конец металлического стержня, то скоро весь стержень нагреется.

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?

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?
Д

а невелика за исключением ртути и расплавленных металлов.

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…

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

Зачем кусты растений нам зиму укрывают опилками?

Чем мы пользуемся на кухне, чтобы не обжечься?

Из чего делают сковороды, кастрюли? Почему?

Почему шерстяная одежда лучше предохраняет от холода, чем синтетическая?

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 40
0

. И чем севернее живет шмель, тем он крупнее и лохматее. Почему шубка спасает шмеля от замерзания?

Как только устанавливаются холода, пчелы скучиваются на сотах с медом и образуют плотный шар. Прижавшись друг к другу, они всю зиму поддерживают температуру около 12
0

С. 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?

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

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

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?

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

Теплоемкостью
Теплородностью
Теплопроводностью

Выберите верное высказывание.

При теплопроводности происходит перенос вещества от одного тела к другому
При теплопроводности НЕ происходит перенос вещества от одного тела к другому
Понятие теплопроводности не существует

Которое из перечисленных веществ обладает наибольшей теплопроводностью?

Древесина
Стекло
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

1
г. Морозовск, Филиал Университетского казачьего кадетского корпуса-интерната ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)», 8/1 взвод

Мосина О.В. (г. Морозовск, Филиал Университетского казачьего кадетского корпуса-интерната ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)»)

Перышкин А.В. Физика 8 класс. – М.: Дрофа, 2012.

Блудов М.И. Беседы по физике часть 1. – М.: Просвещение, 1984.

URL: http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm.

URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/ %D0 %A2 %D0 %B5 %D0 %BF %D0 %BB %D0 %BE %D0 %BF %D1 %80 %D0 %BE %D0 %B2 %D0 %BE %D0 %B4 %D0 %BD %D0 %BE %D1 %81 %D1 %82 %D1 %8C.

Время работы над проектом: 1 — 1,5 месяца.

Цели проекта:

практическая реализация имеющихся у школьников знаний о тепловых явлениях;
формирование навыков самостоятельной исследовательской деятельности;
развитие познавательных интересов;
развитие логического и технического мышлений;
развитие способностей к самостоятельному приобретению новых знаний по физике в соответствии с жизненными потребностями и интересами;

Основная часть

Теоретическая часть

При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не сравняются (не наступит тепловое равновесие). При этом механическая работа не совершается. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей. При теплопередаче энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Обратный процесс самопроизвольно (сам по себе) никогда не происходит, т.е. теплообмен необратим. Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе: эволюцию звезд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и др. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводностью называется явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды.

При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

Практическая часть

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

Взяли различные предметы: одну алюминевую ложку, другую деревянную, третью — пластмассовую, четвертую — из нержавеющего сплава, а пятую — серебряную. Прикрепили к каждой ложке каплями меда скрепки для бумаг. Вложили ложки в стакан с горячей водой, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Ложки нагреются, и по мере нагревания мед будет плавиться и скрепки отпадут.

Конечно, ложки должны быть одинаковые по форме и размеру. Где нагревание произойдет быстрее, тот металл лучше проводит тепло, более теплопроводен. Для этого опыта я взял стакан с кипятком и четыре вида ложек: алюминиевую, серебряную, пластмассовую и нержавеющую. Я опускал их по одной в стакан и засекал время: за сколько минут она нагреется. Вот, что у меня получилось:

Вывод: ложки, изготовленные из дерева и пластмасса, греются дольше, чем ложки из металла, значит, металлы обладают хорошей теплопроводностью.

Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец, останется холодным. Следовательно, и стекло имеет плохую теплопроводность

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. На штативе горизонтально закреплён стержень. На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска металлические гвоздики.

К краю стержня подносят свечу. Поскольку край стержня нагревается, то постепенно стержень прогревается. Когда тепло доходит до места крепления гвоздиков со стержнем, стеарин плавится, и гвоздик падает. Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.

Различные металлы обладают различной теплопроводностью. В физическом кабинете есть прибор, с помощью которого мы можем убедиться в том, что различные металлы обладают разной теплопроводностью. Однако, в домашних условиях мы смогли в этом убедиться с помощью самодельного прибора.

Прибор для показа различной теплопроводности твердых веществ.

Мы изготовили прибор для показа различной теплопроводности твердых тел. Для этого использовали пустую банку из алюминиевой фольги, два резиновых кольца (самодельные), три отрезка проволоки из алюминия, меди и железа, плитку, горячую воду, 3 фигурки человечков с поднятыми вверх руками, вырезанные из бумаги.

Порядок изготовления прибора:

1. проволоки изогнуть в виде буквы «Г»;

2. укрепить их с внешней стороны банки при помощи резиновых колец;

3. подвесить к горизонтальным частям проволочных отрезков (посредством расплавленного парафина или пластилина) бумажных человечков.

Проверка действия прибора. Налить в банку горячей воды (при необходимости подогреть банку с водой на электрической плитке) и наблюдать, какая фигурка упадет первой, второй, третьей.

Результаты. Упадет первой фигурка, закрепленная на медной проволоке, вторая — на алюминиевой, третья — на стальной.

Вывод. Разные твердые вещества обладают различной теплопроводностью.

Теплопроводность у различных веществ различна.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмём пробирку с водой и станем нагревать её верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется. Значит, у жидкостей теплопроводность невелика.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх. Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, снег и другие пористые тела.

Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. А воздух — плохой теплопроводник.

Так под снегом сохраняется зеленая трава, озимые сохраняются от вымерзания.

Распушил небольшой комок ваты и обернул им шарик термометра.

Теперь подержал некоторое время термометр на определенном расстоянии от пламени и заметил, как поднялась температура. Затем тот же комок ваты сжал и туго обмотал им шарик термометра и снова поднес к лампе. Во втором случае ртуть поднимется гораздо быстрее.

Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки делают из пластмассы или дерева.

Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.

Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Заключение

У различных веществ различная теплопроводность.

Большой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы), меньшей — жидкости, и плохой — газы.

Теплопроводность различных веществ мы можем использовать в быту, технике и природе.

Явление теплопроводности присуще всем веществам, независимо от того, в каком агрегатном состоянии они находятся.

Теперь без затруднения я смогу ответить и объяснить с физической точки зрения на вопросы:

1. Почему птицы в холодную погоду распушают свои перья?

(Между перьями находится воздух, а воздух плохой проводник тепла).

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

(Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло).

3. Почему зимой, когда погода холодная, кошки спят, свернувшись в клубок? (Свернувшись в клубок, они уменьшают площадь поверхности, отдающей тепло).

4. Зачем ручки паяльников, утюгов, сковородок, кастрюль делают из дерева или пластмассы? (Дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью, поэтому при нагревании металлических предметов мы, держась за деревянную или пластмассовую ручку, не будем обжигать руки).

5. Зачем кусты теплолюбивых растений и кустов на зиму укрывают опилками?

(Опилки являются плохими проводниками тепла. Поэтому растения укрывают опилками, чтобы они не замёрзли).

6. Какие сапоги лучше защищают от мороза: тесные или просторные?

(Просторные, так как воздух плохо проводит тепло, он является ещё одной прослойкой в сапоге, которая сохраняет тепло).

Библиографическая ссылка

Беляевский И.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 1. – С. 72-76;
URL: https://school-herald.ru/ru/article/view?id=143 (дата обращения: 07.11.2017).

1. Введение.

Проект разработан в соответствии со стандартом среднего общего образования по физике. При написании данного проекта рассмотрено изучение тепловых явлений, применение их в быту и технике. Помимо теоретического материала большое внимание уделено исследовательской работе — это опыты, которые отвечают на вопросы «Какими способами можно изменить внутреннюю энергию тела», «Одинаковая ли теплопроводность различных веществ», «Почему струи теплого воздуха или жидкости поднимаются вверх», «Почему тела с темной поверхностью нагреваются сильнее»; поиск и обработка информации, фотографий. Время работы над проектом: 1 — 1,5 месяца.Цели проекта:* практическая реализация имеющихся у школьников знаний о тепловыхявлениях;* формирование навыков самостоятельной исследовательской деятельности;* развитие познавательных интересов;* развитие логического и технического мышлений;* развитие способностей к самостоятельному приобретению новых знаний по физике в соответствии с жизненными потребностями и интересами;

2. Основная часть.

2.1. Теоретическая часть

В жизни мы действительно ежедневно встречаемся с тепловыми явлениями. Однако не всегда мы задумываемся, что эти явления можно объяснить, если хорошо знать физику. На уроках физики мы познакомились со способами изменения внутренней энергии: теплопередачей и совершением работы над телом или самим телом. При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не сравняются (не наступит тепловое равновесие). При этом механическая работа не совершается. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей. При теплопередаче энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Обратный процесс самопроизвольно (сам по себе) никогда не происходит, т. е. теплообмен необратим. Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе: эволюцию звезд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и др. Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводностью
называется явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

2.2. Практическая часть.

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

Опыт №1

Опыт №2

Значит, металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. На шта-ти-ве го-ри-зон-таль-но за-креп-лён стер-жень. На стержне через оди-на-ко-вые про-ме-жут-ки вер-ти-каль-но за-креп-ле-ны с по-мо-щью воска металлические гвоздики.

К краю стерж-ня под-но-сят свечу. По-сколь-ку край стерж-ня на-гре-ва-ет-ся, то по-сте-пен-но стер-жень про-гре-ва-ет-ся. Когда тепло до-хо-дит до места креп-ле-ния гвоздиков со стерж-нем, сте-а-рин пла-вит-ся, и гвоздик па-да-ет. Мы видим, что в дан-ном опыте нет пе-ре-но-са ве-ще-ства, со-от-вет-ствен-но, на-блю-да-ет-ся теп-ло-про-вод-ность.

Опыт №3

Прибор для показа различной теплопроводности твердых веществ.

Порядок изготовления прибора:

проволоки изогнуть в виде буквы «Г»;

укрепить их с внешней стороны банки при помощи резиновых колец;

подвесить к горизонтальным частям проволочных отрезков (посредством расплавленного парафина или пластилина) бумажных человечков.

Проверка действия прибора
. Налить в банку горячей воды (при необходимости подогреть банку с водой на электрической плитке) и наблюдать, какая фигурка упадет первой, второй, третьей.

Результаты.
Упадет первой фигурка, закрепленная на медной проволоке, вторая — на алюминиевой, третья — на стальной.

Вывод.
Разные твердые вещества обладают различной теплопроводностью.

Теплопроводность у различных веществ различна.

Опыт №4

Опыт №5

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, снег и другие пористые тела.

Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. А воздух — плохой теплопроводник.

Так под снегом сохраняется зеленая трава, озимые сохраняются от вымерзания.

Опыт №6

Распушил небольшой комок ваты и обернул им шарик термометра.Теперь подержал некоторое время термометр на определенном расстоянии от пламени и заметил, как поднялась температура. Затем тот же комок ваты сжал и туго обмотал им шарик термометра и снова поднес к лампе. Во втором случае ртуть поднимется гораздо быстрее. Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!

3. Заключение.

У различных веществ различная теплопроводность.

Большой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы), меньшей — жидкости, и плохой — газы.

Теплопроводность различных веществ мы можем использовать в быту, технике и природе.

Теперь без затруднения я смогу ответить и объяснить с физической точки зрения на вопросы:

1.Почему птицы в холодную погоду распушают свои перья?

(Между перьями находится воздух, а воздух плохой проводник тепла).

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

(Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло).

5. Зачем кусты теплолюбивых растений и кустов на зиму укрывают опилками?

(Опилки являются плохими проводниками тепла. Поэтому растения укрывают опилками, чтобы они не замёрзли).

6. Какие сапоги лучше защищают от мороза: тесные или просторные?

4. Список используемой литературы.

Печатные издания:

1.А.В. Перышкин Физика 8 класс -М: Дрофа,2012г.

2.М.И.Блудов Беседы по физике часть1 -М: Просвещение 1984г.

Интернет — ресурсы:

1.http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm

2.http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

Теплопроводность — это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

Рассмотрим ряд опытов с нагревом твердого тела, жидкости и газа.

Закрепим в штативе толстую медную проволоку, а к проволоке прикрепим воском или пластилином несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Причем сначала отпадают те, что находятся ближе к пламени, затем по очереди все остальные. Объясняется это следующим образом. Сначала увеличивается скорость движения тех частиц металла, которые находятся ближе к пламени. Температура проволоки в этом месте повышается. При взаимодействии этих частиц с соседними скорость последних также увеличивается, в результате чего повышается температура следующей части проволоки. Затем увеличивается скорость движения следующих частиц и т. д., пока не прогреется вся проволока.

Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, переносится лишь энергия.

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой. Положим в нее кусочек льда и станем нагревать верхнюю часть пробирки. Вода у поверхности скоро закипит. Лед же на дне пробирки за это время почти не растает. Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и жидких металлов.

Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышко. Палец при этом долго не чувствует тепла.

Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Следовательно, теплопроводность газов еще меньше.

Итак, теплопроводность различных веществ различна.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро и медь. Если теплопроводность различных веществ сравнивать с теплопроводностью меди, то окажется, что у железа она меньше примерно в 5 раз, у воды — в 658 раз, у пористого кирпича — в 848 раз, у свежевыпав-шего снега — почти в 4000 раз, у ваты, древесных опилок и овечьей шерсти — почти в 10 ООО раз, а у воздуха она меньше примерно в 20 000 раз. Плохой теплопроводностью обладают также волосы, перья, 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). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, ручки для кастрюль, сковородок изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют помещения от охлаждения. На применении вакуума в качестве теплоизоляционного «материала» основано устройство термоса, или сосуда Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром.

Примеры проводимости: основные типы

Проводимость — это движение тепла или электричества через материал без какого-либо ощутимого движения материала. Узнайте больше о проведении в реальной жизни и просмотрите несколько примеров проведения.

Простое определение проводимости

Электропроводность — это один из способов передачи тепла из одного места в другое. Проводимость возникает, когда энергия передается от одного атома или объекта к другому. Это происходит за счет тепла или электричества.Электропроводность может происходить в жидких, газообразных или твердых объектах.

Для того, чтобы между двумя объектами проводилось взаимодействие, они должны касаться друг друга.
Для того, чтобы между атомами внутри одного и того же объекта возникла проводимость, они также должны соприкасаться (или почти соприкасаться).

Когда возникает проводимость, она не заставляет объект (-ы) двигаться так, как это могут воспринимать люди. Это потому, что проводимость не вызывает смещения материалов.

Повседневные примеры тепла или теплопроводности

Теплопроводность и теплопроводность означают одно и то же.Когда молекулы нагреваются, они начинают вибрировать, что заставляет их передавать кинетическую энергию другим молекулам, с которыми они вступают в контакт.

С помощью грелки можно согреть мышцы спины. По мере того, как подушка нагревается, она передает тепло той части тела, с которой контактирует.
Тепло от горячей жидкости делает чашку горячей. Если вы возьмете чашку с горячим кофе, чаем или бульоном, сама чашка будет горячей, и ваши руки это почувствуют.
Если вам холодно, и кто-то держит вас, чтобы согреть, тепло передается от его тела к вашему.
Если вы оставите металлическую ложку в кастрюле, она станет горячей из-за кипящей воды внутри кастрюли.
Шоколадные конфеты в ваших руках со временем тают, так как тепло передается от вашей руки к шоколаду.
Во время глажки предмета одежды утюг горячий и тепло передается одежде.
Если развести огонь в камине кочергой и оставить кочергу в огне, кочерга станет очень горячей.
В теплообменнике используется горячая жидкость для передачи тепла более холодной жидкости, при этом они не вступают в прямой контакт.
Если вы прикоснетесь к горячей плите, тепло перейдет к пальцу, и ваша кожа загорится.
Песок может проводить тепло. Вот почему прогулка по пляжу в жаркий летний день согреет ноги.
При ходьбе по горячему асфальту или бетону важно защитить лапы собаки. Они проводят тепло к ногам вашего питомца так же, как и к вашим.
Лампочки излучают тепло. Если вы дотронетесь до горящей лампочки, то получите ожог руки.

Есть много дополнительных примеров теплопроводности помимо перечисленных выше.

Электропроводность в повседневной жизни

Электропроводность возникает, когда электрически заряженные частицы движутся через какой-либо тип среды, производя электрическую энергию.

Провода в вашем доме проводят электричество и позволяют свету загораться, когда вы щелкаете выключателем.
Когда вы включаете компьютер или любые другие электрические или работающие от батареек устройства или приборы, электрическая проводимость — это то, что заставляет их работать.
В стационарном телефоне звуковые волны преобразуются в электричество, которое передается по проводам на телефон другого человека.Там он преобразуется обратно в звуковые волны.
Молниеотводы устанавливаются на зданиях, чтобы привлекать молнии, чтобы поразить их и отвести их энергию вниз через присоединенные провода, а не повредить конструкцию.
Сердца обладают собственной природной системой электропроводности. Когда сердце бьется, его электрические сигналы заставляют сердце биться в соответствующем ритме.
Если электрическая система в чьем-то сердце не работает должным образом, человеку может потребоваться установить кардиостимулятор для имитации проводимости.
Ионы в воде заставляют ее проводить электричество. Вот почему важно избегать купания во время грозы; если молния попадает в воду, любой находящийся в ней рискует получить удар электрическим током.
То же самое и с электрическими приборами и водой. Если подключенный к электросети фен (или любой другой электрический предмет) упадет в ванну или раковину, наполненную водой, не прикасайтесь к нему. Вода будет проводить электричество, так что прикосновение к устройству может привести к поражению электрическим током.
Когда поваренная соль растворяется в воде, она может проводить электричество.Это потому, что вода отделяет ионы натрия от ионов хлора.

Материалы с хорошей проводимостью

Некоторые материалы очень хорошо работают в качестве проводников.

алюминий
латунь
бронза
медь
золото
графит
железо
ртуть
сталь
серебро

Другие способы передачи тепла

Электропроводность — это один из трех способов передачи тепла.Он также может передаваться посредством конвекции и излучения. Пока вы открываете примеры теплопроводности, узнайте больше об этих других механизмах теплопередачи. Начните с изучения некоторых примеров конвекции. Затем просмотрите несколько примеров использования излучения в повседневной жизни.

Теплопроводность: определение, уравнение и расчет — урок физики (видео)

Коэффициент теплопроводности

Ключевой частью уравнения теплопроводности Фурье является коэффициент теплопроводности, или k , материала. Коэффициент теплопроводности материала рассчитывается с использованием того же уравнения, перемещая переменные, пока мы не выделим k с одной стороны. Это дает нам уравнение коэффициента теплопроводности:

Те же переменные представляют то же самое из предыдущего уравнения. Используя единицы Джоули / секунды или Ватты для переменных Q / t , единицы метров2 для переменной A , единицы метров в переменной d и единицы Кельвина для переменная ΔT дает нам коэффициент теплопроводности k материала в ваттах на метр-Кельвин (Вт / м⋅К).

Как упоминалось ранее, каждый материал имеет свой коэффициент проводимости. Материалы, которые хорошо проводят тепло, такие как металлы и камни, имеют высокие коэффициенты проводимости, а материалы, которые плохо проводят тепло, такие как дерево и вода, имеют низкие коэффициенты проводимости.

Расчеты теплопроводности

Давайте использовать уравнения, которые мы выучили, для работы на двух примерах. В одном примере мы рассчитаем передачу теплового потока объекта (теплопроводность), а в другом — коэффициент теплопроводности материала.

Пример 1

Стена дома имеет площадь 2 м2 и толщину 0,5 м с разницей температур от 293 Кельвина внутри дома до 301 Кельвина вне дома. Материал стен имеет коэффициент теплопроводности 0,5 Вт на метр-Кельвин (Вт / м⋅К). Какова теплопроводность (передача тепла) через материал стены в секунду?

Во-первых, давайте приведем наше уравнение теплопроводности:

Теперь, после вставки всех заданных чисел в переменные:

Это дает нам теплопроводность через материал стенок 16 Дж в секунду или 16 Вт.

Пример 2

Теперь давайте на примере найдем коэффициент теплопроводности неизвестного материала. Допустим, у нас есть неизвестный материал, в котором 30 Вт тепла проходит через площадь 2 м2 при толщине 1 м и разность температур, ΔT , 50 К. Подставляя эти числа в наше уравнение для коэффициента теплоотдачи. проводимость:

Получаем коэффициент теплопроводности 0.3 Вт / м⋅К

Резюме урока

Теплопроводность — это теплопередача между двумя объектами или внутри объекта. Коэффициент теплопроводности , или k , различается для каждого материала и определяет, насколько хороший материал является проводником тепла. Например, материалы, которые очень хорошо проводят тепло, такие как металлы, имеют высокий коэффициент теплопроводности, а материалы, которые не очень хорошо проводят тепло, такие как дерево, имеют низкие коэффициенты теплопроводности. Закон Фурье теплопроводности позволяет нам определить количество теплового потока в материале, а также вычислить коэффициент проводимости неизвестного материала.

И помните, что тепло всегда течет от более высокой температуры к более низкой температуре. Формула выглядит так:

, а переменные включают:

Q , который представляет перенос тепла во времени, представленный как t
k , который представляет собой коэффициент теплопроводности материала
A — область, через которую проходит тепло
ΔT , которая представляет собой разницу температур между материалами или внутри материала
d , толщина материала

Также важно помнить, что ключевой частью уравнения теплопроводности Фурье является коэффициент теплопроводности материала, или k .Коэффициент теплопроводности материала рассчитывается с использованием того же уравнения, перемещая переменные, пока мы не выделим k с одной стороны. Это дает нам уравнение коэффициента теплопроводности:

Факты о теплопроводности для детей

Теплопроводность — это способность материала проводить тепло. Металлы обладают хорошей теплопроводностью, как и газы. Теплопроводность материала является определяющим свойством, которое помогает в разработке эффективных технологий нагрева / охлаждения.Значение теплопроводности можно определить путем измерения скорости, с которой тепло может проходить через материал.

Термическое сопротивление противоположно теплопроводности. Это означает, что тепло не проводит много. Материалы с высоким удельным сопротивлением называются «термоизоляторами» и используются в одежде, термосах, домашних изоляционных материалах и автомобилях, чтобы согреть людей, или в холодильниках, морозильниках и термосах, чтобы вещи оставались холодными.

Теплопроводность часто обозначается греческой буквой «каппа», [math] \ kappa [/ math].Единицы теплопроводности — ватты на метр-кельвин. Ватты — это мера мощности, метры — мера длины, а кельвины — мера температуры. По единицам измерения мы видим, что теплопроводность — это мера того, сколько энергии проходит через расстояние из-за разницы температур.

Некоторые отличные теплоизоляторы:
Вакуум, Аэрогель, Полиуретан

Вот некоторые отличные проводники тепла:
Серебро, медь, бриллиант

Серебро — один из наиболее теплопроводных материалов (и довольно распространен), и поэтому с серебром можно провести несколько интересных экспериментов, которые очень хорошо показывают, как работает теплопроводность.

Один пример: вы опускаете 2 ложки в кипящую воду, одна ложка стальная, а другая серебряная. Когда вы вынимаете ложки из кипящей воды, серебряная ложка горячее, чем стальная. Причина этого в том, что серебро проводит тепло лучше, чем сталь. Серебряная ложка также будет остывать быстрее из-за этого, так как лучше отводит тепло.

Другой пример теплопроводности серебра — нанесение различных материалов на кубики льда. Шайба для утюга просто сядет на лед и постепенно станет холоднее.Медный пенни растает через кубик льда и быстрее остывает. Серебряная монета, ложка или кольцо на кубике льда погрузится в него, как если бы кубик льда был сделан из густого сиропа, а серебро почти мгновенно станет ледяным. Опять же, это связано с тем, что серебро действительно хорошо поглощает тепло из воздуха и передает его кубику льда. Медь тоже хороша в этом, но не так хорошо, как серебро.

14,5 Дирижирование — Колледж физики

Рисунок 14.13 Изоляция используется для ограничения передачи тепла изнутри наружу (зимой) и снаружи внутрь (летом). (кредит: Джайлс Дуглас)

Ваши ноги мерзнут, когда вы идете босиком по ковру в гостиной в холодном доме, а затем ступаете на плиточный пол кухни. Этот результат интригует, так как ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру. Различное ощущение, которое вы испытываете, объясняется разной скоростью теплопередачи: потеря тепла в течение одного и того же промежутка времени больше для кожи, контактирующей с плиткой, чем с ковром, поэтому перепад температуры больше на плитке.

Некоторые материалы проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом, хорошие проводники электричества (металлы, такие как медь, алюминий, золото и серебро) также являются хорошими проводниками тепла, тогда как изоляторы электричества (дерево, пластик и резина) являются плохими проводниками тепла. На рис. 14.14 показаны молекулы в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия молекулы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две молекулы сталкиваются, происходит передача энергии от молекулы с большей кинетической энергией к молекуле с меньшей кинетической энергией.Кумулятивный эффект от всех столкновений приводит к чистому потоку тепла от горячего тела к более холодному. Таким образом, тепловой поток зависит от разницы температур ΔΤ = hot-TcoldΔΤ = Τhot-Tcold размер 12 {ΔΤ = Τ rSub {размер 8 {«горячий»}} — T rSub {размер 8 {«холодный»}}} {}. Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана. И наоборот, если температуры одинаковы, чистая скорость теплопередачи падает до нуля и достигается равновесие. Из-за того, что количество столкновений увеличивается с увеличением площади, теплопроводность зависит от площади поперечного сечения.Если прикоснуться ладонью к холодной стене, рука остынет быстрее, чем при прикосновении к ней кончиком пальца.

Рис. 14.14. Молекулы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области. На этом рисунке молекула в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую энергию перед столкновением, но ее энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью.Напротив, молекула в области более высоких температур (слева) имеет высокую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Третий фактор в механизме теплопроводности — это толщина материала, через который передается тепло. На рисунке ниже показана плита из материала с разными температурами с каждой стороны. Предположим, что T2T2 размера 12 {T rSub {размер 8 {2}}} {} больше, чем T1T1 размера 12 {T rSub {size 8 {1}}} {}, так что тепло передается слева направо.Передача тепла с левой стороны на правую осуществляется серией столкновений молекул. Чем толще материал, тем больше времени требуется для передачи того же количества тепла. Эта модель объясняет, почему толстая одежда зимой теплее тонкой и почему арктические млекопитающие защищаются толстым салом.

Рис. 14.15 Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой, будь то оконное стекло или моржовый жир. Температура материала: T2T2 размер 12 {T rSub {размер 8 {2}}} {} слева и T1T1 размер 12 {T rSub {размер 8 {1}}} {} справа, где T2T2 размер 12 {T rSub {size 8 {2}}} {} больше, чем T1T1, размер 12 {T rSub {size 8 {1}}} {}.Скорость теплопередачи за счет теплопроводности прямо пропорциональна площади AA размером 12 {A} {}, разности температур T2 − T1T2 − T1 размер 12 {T rSub {размер 8 {2}} — T rSub {размер 8 { 1}}} {}, а проводимость вещества kk размером 12 {k} {}. Скорость теплопередачи обратно пропорциональна толщине dd размера 12 {d} {}.

Наконец, скорость теплопередачи зависит от свойств материала, описываемых коэффициентом теплопроводности. Все четыре фактора включены в простое уравнение, выведенное из экспериментов и подтвержденное экспериментами.Скорость кондуктивной теплопередачи через пластину материала, такую как показанная на рис. 14.15, определяется выражением

Qt = kA (T2 − T1) d, Qt = kA (T2 − T1) d, размер 12 {{{Q } больше {t}} = {{ital «kA» \ (T rSub {размер 8 {2}} — T rSub {размер 8 {1}} \)} больше {d}}} {}

14,26

где Q / tQ / t размер 12 {Q / t} {} — скорость передачи тепла в ваттах или килокалориях в секунду, размер kk 12 {k} {} — теплопроводность материала, размер AA 12 {A } {} и размер dd 12 {d} {} — это его площадь поверхности и толщина, как показано на рисунке 14.15, и (T2 − T1) (T2 − T1) размер 12 {\ (T rSub {size 8 {2}} — T rSub {size 8 {1}} \)} {} — это разница температур на пластине. В таблице 14.3 приведены типичные значения теплопроводности.

Пример 14.5

Расчет теплопроводности: скорость теплопроводности через ледяной ящик

Ледяной ящик из пенополистирола имеет общую площадь 0,950 м 20,950 м2 и среднюю толщину стен 2,50 см. В коробке есть лед, вода и напитки в банках с температурой 0ºC0ºC.Внутренняя часть ящика охлаждается за счет таяния льда. Сколько льда тает за один день, если ледяной ящик хранится в багажнике автомобиля при температуре 35,0 ° C 35,0 ° C размером 12 {«35» «». «0 ° C»} {}?

Стратегия

Этот вопрос включает как тепло для фазового перехода (таяние льда), так и передачу тепла за счет теплопроводности. Чтобы определить количество растаявшего льда, мы должны определить чистое переданное тепло. Это значение можно получить, вычислив скорость теплопередачи за счет теплопроводности и умножив на время.

Решение

Определите известных. A = 0,950 м2; d = 2,50 см = 0,0250 м; T1 = 0 ° C; T2 = 35,0 ° C, t = 1 день = 24 часа = 86 400 сA = 0,950 м2; d = 2,50 см = 0,0250 м; T1 = 0 ° C; T2 = 35,0ºC, t = 1 день = 24 часа = 86 400 с.
14,27
Определите неизвестные. Нам нужно найти массу льда, размер 12 {m} {} мм. Нам также нужно будет вычислить чистое тепло, передаваемое для плавления льда, QQ size 12 {Q} {}.
Определите, какие уравнения использовать. Скорость теплопередачи за счет теплопроводности определяется выражением
Qt = kA (T2 − T1) d.Qt = kA (T2 − T1) d. размер 12 {{{Q} больше {t}} = {{ital «kA» \ (T rSub {size 8 {2}} — T rSub {size 8 {1}} \)} больше {d}}} { }
14.28
Тепло используется для плавления льда: Q = mLf.Q = mLf. размер 12 {Q = ital «mL» rSub {size 8 {f}}} {}
Вставьте известные значения:
Qt = 0,010 Дж / с⋅м⋅ºC0,950 м235,0ºC − 0ºC0,0250 м = 13,3 Дж / с. Qt = 0,010 Дж / с⋅м⋅ºC0,950 м235,0ºC − 0ºC0,0250 м = 13,3 Дж / с.
14,29
Умножьте скорость теплопередачи на время (1 день = 86 400 с 1 день = 86 400 с размер 12 {1` «день = 86 400» с} {}):
Q = Q / tt = 13.3 Дж / с 86 400 с = 1,15 × 106 JQ = Q / tt = 13,3 Дж / с 86 400 с = 1,15 × 106 Дж. Размер 12 {Q = слева ({Q} косая черта {t} справа) t = слева ( «13» «. » 3` «Дж / с» справа) слева («86», «400» с справа) = 1 «.» «15» умножить на «10» rSup {размер 8 {6}} `J} {}
14,30
Установите это значение, равное теплу, передаваемому для растапливания льда: Q = mLfQ = mLf size 12 {Q = ital «mL» rSub {size 8 {f}}} {}. Решите для массы мм размером 12 {m} {}:
m = QLf = 1,15 × 106 Дж334 × 103 Дж / кг = 3,44 кг. m = QLf = 1,15 × 106 Дж334 × 103 Дж / кг = 3,44 кг. размер 12 {м = {{Q} больше {L rSub {размер 8 {f}}}} = {{1 «.»» 15 «умножить на» 10 «rSup {размер 8 {6}}` J} больше {«334» умножить на «10» rSup {размер 8 {3}} `» J / kg «}} = 3″. » 44 «» «кг»} {}
14,31

Обсуждение

Результат 3,44 кг, или около 7,6 фунта, кажется правильным, если судить по опыту. Вы можете рассчитывать на использование мешка льда весом около 4 кг (7–10 фунтов) в день. Если вы добавляете горячую пищу или напитки, потребуется немного льда.

Проверка проводимости в таблице 14. 3 показывает, что пенополистирол — очень плохой проводник и, следовательно, хороший изолятор.Среди других хороших изоляторов — стекловолокно, шерсть и перья из гусиного пуха. Как и пенополистирол, все они включают в себя множество маленьких карманов с воздухом, благодаря низкой теплопроводности воздуха.

Вещество	Теплопроводность k (Дж / с⋅м⋅ºC) k (Дж / с⋅м⋅ºC)
Серебро	420
Медь	390
Золото	318
Алюминий	220
Стальной чугун	80
Сталь (нержавеющая)	14
Лед	2. 2
Стекло (среднее)	0,84
Бетонный кирпич	0,84
Вода	0,6
Жировая ткань (без крови)	0,2
Асбест	0,16
Гипсокартон	0,16
Дерево	0.08–0,16
Снег (сухой)	0,10
Пробка	0,042
Стекловата	0,042
Шерсть	0,04
Пуховые перья	0,025
Воздух	0,023
Пенополистирол	0. 010

Таблица 14.3. Теплопроводность обычных веществ

Для создания хороших изоляторов часто используют комбинацию материала и толщины — чем меньше проводимость kk, размер 12 {k} {}, и тем больше толщина dd, размер 12 {d} {} , лучшее. Соотношение d / kd / k размера 12 {d / k} {}, таким образом, будет большим для хорошего изолятора. Отношение d / kd / k размера 12 {d / k} {} называется фактором размера RR 12 {R} {}. Скорость кондуктивной теплопередачи обратно пропорциональна размеру RR 12 {R} {}.Чем больше значение размера RR 12 {R} {}, тем лучше изоляция. Коэффициенты RR размера 12 {R} {} чаще всего приводятся для бытовой теплоизоляции, холодильников и т.п. — к сожалению, они по-прежнему выражены в неметрических единицах: футы ² · ° F · ч / британских тепловых единиц, хотя обычно не указывается (1 британская тепловая единица [Btu] — это количество энергии, необходимое для изменения температуры 1,0 фунта воды на 1,0 ° F). Пара типичных значений: коэффициент размера 12 {R} {} RR, равный 11 для стекловолоконных войлоков (кусков) изоляции толщиной 3,5 дюйма, и коэффициент размера RR 12 {R} {}, равный 19 для 6. Ватины из стекловолокна толщиной 5 дюймов. Стены обычно утепляются 3,5-дюймовыми ватными покрытиями, а потолки — 6,5-дюймовыми. В холодном климате для потолков и стен можно использовать более толстые войлоки.

Рис. 14.16 Стекловолокно используется для изоляции стен и потолков, чтобы предотвратить передачу тепла между внутренней частью здания и внешней средой.

Обратите внимание, что в Таблице 14.3 лучшие теплопроводники — серебро, медь, золото и алюминий — также являются лучшими электрическими проводниками, что опять же связано с плотностью свободных электронов в них.Кухонная утварь обычно изготавливается из хороших проводников.

Пример 14.6

Расчет разницы температур, поддерживаемой теплопередачей: проводимость через алюминиевый поддон

Вода кипит в алюминиевой кастрюле, поставленной на электрический элемент на плите. Дно кастрюли имеет толщину 0,800 см и диаметр 14,0 см. Кипящая вода испаряется со скоростью 1,00 г / с. Какая разница температур на дне сковороды?