Способ теплопередачи при измерении температуры термометром
Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. Существуют следующие виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность
Теплопроводность – это процесс передачи энергии от одного тел а к другому или от одной части тела к дpугой благодаря тепловому движению частиц. Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другом у или от одной части телa к другой передается энергия.
Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.
Ещё более плохой теплопроводность ю обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.
Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими — сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.
Конвекция
Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.
Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла, то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.
Конвекция — вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа. Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.
Излучение
Третий вид теплопередачи — излучение. Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.
Опыты также показывают, что чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.
Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле. Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.
Конспект урока «Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение».
Источник
Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение
Дата проведения: 10.03
Учитель: Лешкевич Е.В.
Тема урока: Виды теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение
Изучение способов изменения внутренней энергии тела; правильное понимание, что такое энергия тела, применение новых знаний в новой ситуации.
Планируемые результаты урока, УУД
формируются ответственное отношение к учению и коммуникативная компетентность в общении и сотрудничестве со сверстниками в процессе образовательной деятельности.
выделяют и формулируют познавательную цель. Строят логические цепи рассуждений. Производят анализ и преобразование информации.
учатся определять цель своей деятельности, на основе соотнесения того, что уже усвоено, и того, что еще неизвестно, оценивать и корректировать полученный результат.
формируются речевые умения: учатся высказывать суждения с использованием физических терминов и понятий, формулировать вопросы и ответы в ходе выполнения задания, обмениваться знаниями между членами группы для принятия эффективных совместных решений.
Урок изучения нового материала
Оборудование, информационное обеспечение:
Мультимедийный комплекс, презентация учителя. Прибор для демонстрации теплопроводности
Взаимное приветствие, проверка явки учащихся и готовности класса к уроку. Психологический настрой (игра «Доскажи словечко»)
2. Актуализация опорных знаний:
Дайте определение температуре?
Единицы ее измерения?
Прибор и его виды?
Почему столбик ртути или спирта, поднимается в термометре с повышением температуры?
*Ребята, давайте повторим, что такое внутренняя энергия? (Внутренняя энергия – это кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и потенциальная энергия их взаимодействия)
*Какими способами можно изменить внутреннюю энергию
тела? (Внутреннюю энергию тела можно изменить двумя способами:
совершая механическую работу или теплопередачей)
3. Мотивация: Граф Румфорд (англ.физик Томпсон) так объяснил свой интерес к науке о теплоте: «Обедая, я часто замечал, что яблочные пироги оставались горячими удивительно долго. Сильно пораженный я всегда пытался, но все напрасно, найти хоть какое-нибудь объяснение удивительному явлению».
Почему на ощупь ножницы холоднее, чем карандаш?
Почему красиво оформленные радиаторы отопления не помещают в комнате у
Почему в жаркий солнечный летний день мы надеваем легкую, и светлую
одежду, закрываем голову светлой шляпой, панамой и т.д.?
Почему окна с двойным стеклом?
4. Определение темы и целей урока
Ребята, вам интересно об этом узнать? Этому мы и посвятим наш урок. Определение темы. Постановка целей. (Запись в тетрадь)
Чтобы ответить правильно на эти и другие интересные вопросы обратимся к опытам.
5. Получение новых знаний
Проблемный вопрос : К какому явлению относится ситуация, описанная графом Румфордом? Как, по вашему мнению, тело может передать тепло?
Теплопередача — процесс изменения внутренней энергии тела без совершения работы над телом или самим телом.
Существуют следующие способы теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение.
Теплопроводность — это вид теплообмена, при котором энергия передается
частицами, имеющими большую энергию, частицам, имеющим меньшую
энергию (от нагретой части тела к холодной). (Запись в тетрадь)
Далее выясняем, как она происходит? Обратимся к опыту
Обсуждение этого вопроса с точки зрения внутреннего строения тел. Результат
обсуждения: частицы передают энергию в результате теплового движения и
взаимодействия частиц (записывается учащимися в тетрадь).
В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т.е. от одной части тела к соседними частям тела и т.д. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них есть так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно. К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, гранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Большую теплопроводность имеют медь, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла.
У жидкостей теплопроводность невелика. При нагревании жидкости внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: быстрые молекулы проникают в менее нагретую область.
В газах молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.
Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.
В зависимости от внутреннего состояния (твердых, жидких и газообразных) теплопроводность разных веществ различна.
Теплопроводность зависит от характера переноса энергии в веществе и не связана перемещением самого вещества в теле.
Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя воды нижний слой остается холодным. Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло. Итак, особенности:
1) само вещество не переносится;
2) разные вещества имеют разную теплопроводность
(у металлов – хорошая; у жидкостей – мала; у газов – почти нет)
Теперь давайте ответим на вопрос, прозвучавший в начале урока. Почему на ощупь ножницы холоднее, чем карандаш?
Идет обсуждение вопроса и делается вывод: теплопроводность металла больше, он быстрее забирает тепло от руки, поэтому мы ощущаем прохладу.
Записываем второй вид теплообмена.
Конвекция – это вид теплопередачи, при котором внутренняя энергия от одних тел к другим передается движущимися потоками жидкости или струями газа
Конвекция в переводе с латинского означает «перемешивание». Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме.
Широко используемая в быту и технике конвекция является естественной или свободной. Когда для равномерного перемешивания жидкостей или газов их перемешивают насосом или мешалкой конвекция называется вынужденной.
1) само вещество переносится;
2) существует только в жидкостях и газах, ее нет в твердых телах;
3) чтобы она происходила, нагревать нужно снизу.
Мы с вами подошли к ответу на второй вопрос: “Почему красиво
оформленные радиаторы отопления не помещают в комнате у потолка?”
Вывод: Нагревание воздуха в комнате происходит в результате конвекции, а
чтобы она происходила, нагревать нужно снизу, значит, радиаторы отопления
должны быть внизу, под окном, т.е. в самом холодном месте комнаты.
Примером следующего вида теплообмена являются солнечные лучи и тепло-вые лучи, испускаемые нагретыми телами. Как вы думаете, происходит передача тепла в этом случае? (предположения учащихся)
В случае, когда теплота передается от нагретого тела к теплоприемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей вид теплопередачи называется излучением или лучистым теплообменом. Записали в тетрадь третий вид теплопередачи:
Излучение – это передача тепла с помощью электромагнитных волн.
Поглощением называется процесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела
Чем больше температура тела, тем выше интенсивность излучения. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распростра-няться и через вакуум. Чем больше температура тела, тем выше интенсивность излучения. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распространяться и через вакуум.
Черная поверхность — лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности.
Хорошие поглотители энергии — хорошие излучатели, а плохие поглотители — плохие излучатели энергии.
1) излучают все нагретые тела (твердые, жидкие, газообразные),
2) происходит в вакууме,
3) зависит от цвета поверхностей (темная поверхность лучше излучает и
поглощает тепло, светлая — наоборот).
Теперь мы с вами можем ответить на вопрос, поставленный в начале урока:
“Почему в жаркий солнечный летний день мы надеваем легкую и светлую
одежду, закрываем голову светлой шляпой, панамой и т.д.?”
Идет обсуждение вопроса и делается вывод: Одежда светлого цвета меньше нагревается в жаркий солнечный летний день, и нам не так жарко.
Итак, в процессе теплообмена одни тела отдают, а другие получают какое-то количество теплоты. Это та часть внутренней энергии, какую тело отдает или получает при теплопередачи. Количество теплоты – это скалярная величина, измеряется в джоулях (Дж) (Запись в тетрадь)
6. Закрепление изученного материала
Выполняя опыты и делая выводы, мы с вами сегодня на уроке говорили о..
ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ, КОНВЕКЦИИ и ИЗЛУЧЕНИИ.
Выясняется практическое применение веществ с разной теплопроводностью.
1)КАКИЕ ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧ ОБЪЯСНЯЮТ
a) Нагревание металлической пластины на огне. (ИЗЛУЧЕНИЕ)
b) Нагревание воды в колбе на пламени горелки. (КОНВЕКЦИЯ)
c) Нагревание чайной ложки в горячем чае. (ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ)
d) Нагревание тела человека при загаре. (ИЗЛУЧЕНИЕ)
2)ПОЧЕМУ ПТИЦЫ В ХОЛОДНУЮ ПОГОДУ СИДЯТ НАХОХЛИВШИСЬ?
(между перьями находится воздух, а воздух плохой проводник тепла)
3)ПОЧЕМУ ЗИМОЙ, КОГДА ПОГОДА ХОЛОДНАЯ, МНОГИЕ
ЖИВОТНЫЕ СПЯТ, СВЕРНУВШИСЬ В КЛУБОК?
(свернувшись в клубок, они уменьшают площадь поверхности, отдающей тепло)
4) В СОЛНЕЧНЫЙ ДЕНЬ ОДИН ЧЕЛОВЕК ОДЕТ В СВЕТЛУЮ ОДЕЖДУ,
ДРУГОЙ — В ТЕМНУЮ. КОМУ ИЗ НИХ ЖАРЧЕ, И ПОЧЕМУ?
(жарче человеку, одетому в тёмную одежду, т.к. тёмная ткань поглощает световое излучение больше, чем светлая)
5)КАКИМИ СПОСОБАМИ МОЖЕТ ОСУЩЕСТВЛЯТЬСЯ ПЕРЕДАЧА
ТЕПЛА В ВОЗДУХЕ? (конвекция, излучение)
7)КАКУЮ РОЛЬ В СОХРАНЕНИИ ТЕПЛА ЗЕМЛИ ИГРАЮТ ОБЛАКА?
(облака не дают уходить тепловым потокам с поверхности земли)
8)Какова же практическую значимость, полезность приобретаемых знаний?
7. Подведение итогов: все ли цели удалось достигнуть?
оценка знаний учащихся.
8. Домашнее задание: §32. Уметь ответить на вопросы.
Подготовить сообщение на темы: «Конвекция в природе»; «Процессы теплопередачи в быту».
9. Рефлексия: игра «микрофон»
Что я узнал нового?
Что я сделал для этого?
Что мне помешало двигаться к цели?
Моё самое сильное впечатление…
Хотел бы я кого-нибудь поблагодарить?
Может быть, я кому-то могу помочь?
Тест для проверки знаний
1. На каком из способов теплопередачи основано нагревание твердых тел?
2. Какой вид теплопередачи сопровождается переносом вещества?
3. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наибольшую
4. Какое из перечисленных ниже веществ имеет наименьшую теплопроводность
5. Назовите возможный способ теплопередачи между телами, разделенными
6. Металлическая ручка и деревянная дверь будут казаться на ощупь
А. одинаково нагретыми при температуре…
Б. выше температуры тела
В. ниже температуры тела
Г. равной температуры тела
7. Что происходит с температурой тела, если оно поглощает столько же
энергии, сколько излучает?
А. Тело нагревается.
Б. Температура тела не меняется.
В. Тело охлаждается.
8. На каком способе теплопередачи основано водяное отопление?
Ответьте на следующие вопросы:
1. Почему вы обжигаете губы, когда пьёте чай одинаковой температуры из металлической кружки, и не обжигаете, когда пьёте чай из фарфоровой кружки?
Ответ. 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?
Ответ. Пластмасса и дерево имеют низкую теплопроводность. Такие ручки предохраняют руки человека от ожога.
3. Почему нагретая сковорода охлаждается в воде быстрее, чем на воздухе?
Ответ. Вода обладает большей теплопроводностью, чем воздух.
4. Почему в безветрие пламя свечи устанавливается вертикально?
Ответ. 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?
Ответ. 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?
Ответ. Для меньшего нагревания или охлаждения корпуса самолёта.
7. Почему грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый?
Ответ. Темные тела лучше поглощают излучение Солнца и потому быстрее нагреваются.
8. Какой из изображенных чайников быстрее остынет?
Ответ. Быстрее остынет черный чайник, так как темные тела быстрее охлаждаются.
9. Посмотрите на рисунок. Почему одному мальчику жарко, а другому нет?
Ответ. 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?
Ответ. 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.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Источник
