Биология. 10 класс
*§ 6—2. Адаптации животных к различным температурным условиям среды
Экологические группы животных по отношению к температурному режиму среды обитания
Для большинства живых организмов крайние точки температурной адаптации составляют от 0 до +50 °C: как правило, при 0 °C вода, входящая в состав клеток, замерзает, а при температурах свыше +50 °C начинается процесс разрушения белковых молекул, который завершается гибелью клеток. Помимо деления животных на пойкилотермных и гомойотермных в зависимости от их способности регулировать температуру тела, существует классификация животных по их потребности к количеству тепла в среде обитания. По отношению к температурному режиму среды обитания выделяют три экологические группы животных: криофилы, термофилы и мезофиллы.
Криофилы, или холодолюбивые животные, населяют полярные зоны. Их организм способен функционировать при довольно низких температурах воздуха и воды, но не выносит высоких температур. Эти животные сохраняют активность даже тогда, когда их тканевые жидкости переохлаждаются. Понижение температуры клеток организма до –10 °C никак не сказывается на состоянии животных. В эту группу входят черви, моллюски, членистоногие, некоторые рыбы и млекопитающие. Например, такие обитатели севера, как песец, заяц беляк, куропатка тундровая, активны даже в самые сильные морозы, когда разница температуры воздуха и тела составляет свыше 70 °C.
Термофилы — это теплолюбивые животные, у которых организм приспособлен к обитанию в жарких условиях. К ним относятся пауки, некоторые виды кораллов, насекомых, рыб, пресмыкающихся и млекопитающих. Например, в горячих минеральных источниках Южной Калифорнии обитает рыбка ципринодон пятнистый. Она живет в водах с температурой около +50 °C. Максимальная активность у кузнечиков, обитающих в пустыне Палестины, наблюдается при 40-градусной жаре. А некоторые организмы-термофилы вообще не могут существовать при температурах ниже конкретного диапазона, например определенные виды кораллов обитают лишь там, где температура воды не опускается ниже +20 °C.
Мезофилы — организмы, нормально существующие и размножающиеся при средних температурах. Они обитают в умеренной зоне при температурах 20—40 °C. К мезофилам относится большинство птиц и млекопитающих средних широт.
Источник
Способы теплопередачи у животных
- Главная
- Список секций
- Физика
- ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ
ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ЖИЗНИ РАСТЕНИЙ И ЖИВОТНЫХ
Автор работы награжден дипломом победителя III степени
Актуальность данной работы обусловлена тем, что передача теплоты — явление широко распространённое в природе. Теплота в естественных условиях всегда передается только от более нагретых тел к менее нагретым. Без теплоты невозможна жизнь ни одного живого организма.
Но как часто мы задаем себе вопросы: Как сохранить тепло животным зимой? Что спасает морских зверей от переохлаждения? Как спасаются животные в жаркую погоду? Чтобы ответить на эти и другие вопросы мы решили познакомиться с тепловыми явлениями в живой природе.
Объектом нашей исследовательской работы является теплота.
Предмет исследования: способы передачи теплоты.
Цель нашей работы: изучить значение разных способов передачи теплоты в жизни животных и растений.
Для достижения данной цели были поставлены следующие задачи:
1. познакомиться с литературой по данной теме;
2. провести опыты, демонстрирующие разные виды теплопередачи;
3. сделать выводы по результатам опытов.
Гипотеза: можно предположить, что в природе существуют различные способы передачи теплоты.
Методы исследования:
теоретические (мы анализировали факты из литературных источников);
экспериментальные (проводили эксперименты).
В природе наблюдаются различные способы передачи теплоты: теплопроводность, конвекция и излучение.
Рассмотрим их более подробно.
Теплопроводность
Теплопроводность — это передача тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Различные тела по-разному проводят тепло, иначе говоря, обладают различной теплопроводностью. Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух, а воздух, снег, лед и жир являются плохими проводниками тепла.
Звери и птицы используют воздух как своеобразную одежду. Например, у белок, зайцев, лис и других животных к зиме вырастает плотная «шуба». Густая шерсть, особенно подшерсток, хорошо сохраняют воздух. Этот воздух нагревается теплом животного и спасает его в сильные морозы.
Для изучения теплопроводности воздуха мы провели следующий опыт: взяли три одинаковые стеклянные банки с крышками. Первую банку обернули шерстяным шарфом, вторую поставили в коробку и со всех сторон плотно обложили мятой газетной бумагой, третью банку оставили открытой.
Наполнили банки горячей водой, температура которой была 62′ С и закрыли их крышками. Все три банки вынесли в коридор на 30 минут. Температура в коридоре +15′ С. Снова измерили термометром температуру воды в каждой банке. Из данных опыта видно, что быстрее всего остыла вода в третьей банке; в первой и второй банках она остыла меньше. Шерстяной шарф и мятая газета удерживают много воздуха [Приложение 1].
Опыт доказывает, что воздух плохой проводник тепла, поэтому вода остывала в этих банках медленнее.
Рассмотрим на конкретных примерах, как некоторые животные сохраняют тепло и приспосабливаются к суровым природным условиям.
Пух птицы гаги — превосходно сохраняет тепло, поэтому они не улетают зимовать на юг, а только перелетают в незамерзающие части моря, чтобы весной вернуться на прежнее место, где они будут устраивать свои гнезда. Пух у гаг представляет собой приспособление к суровым условиям севера, где бывают сильные вьюги, заносящие снегом гнёзда птиц. Прежде чем покинуть гнездо, чтобы слетать покормиться на море, гага бережно укрывает свои яйца пухом. Она может свободно оставить их даже на несколько часов — тепло сохранится. Люди очень высоко ценят гагачий пух и употребляют его для изготовления курток, шапок, костюмов для пилотов, путешественников, идущих на север. Для изготовления костюма нужно всего 100г пуха.
Некоторые животные при похолодании пользуются своеобразными одеялами. Например, белки в сильные морозы ложатся в дупло и накрываются пушистым хвостом.
Кошки тоже подобным образом реагируют на похолодание. Люди заметили: если кошка ложится клубком и закрывает хвостом мордочку, жди морозов.
Некоторые животные к зиме меняют окраску и становятся белыми. Оказывается, белая окраска не только делает животных незаметными на снегу, что позволяет им выжить в борьбе за существование, но и помогает переносить морозы. Поскольку когда из перьев и волос уходит пигмент, в них собирается воздух, защищающий животных от потери тепла. Не случайно северный медведь — белый, полярная куропатка тоже белая.
Для некоторых зверей вода — родная стихия. К жизни в воде они приспособились особенным образом. Например, у бобров имеются две специальные железы, вырабатывающие жировую смазку, которой животные покрывают свой мех, чтобы он не промокал в воде. Животное набирает передней лапкой жировую смазку из желёз и покрывает тончайшим слоем свою шерсть. Таким образом, бобр может находиться в воде сколько ему захочется, внутри мех-подшёрсток — всегда остаётся сухим и в нём сохраняется воздух, нагретый тёплым телом животного. Поэтому бобру не холодно даже в самой ледяной воде. Если сальные железы не работают, то бобр промокает, мёрзнет и погибает.
Подобным образом сберегают тепло водоплавающие птицы. У них есть особая железа на хвосте, которая вырабатывает жировую смазку. Их перья обильно смазаны жиром, и поэтому не промокают. Это позволяет птицам легко плавать и сохранять температуру тела.
Лучшим пловцом из обитателей суши является белый медведь, который может находиться в ледяной воде очень долго, так как шерсть его не намокает; шерстью одеты и его подошвы — это позволяет ему легко передвигаться по льду и сохранять тепло.
Как сохранить тепло животному, если у него нет волосяного покрова, например, морским зверям, живущим в Арктике?
Такие животные обладают толстым слоем подкожного жира. Слой жира, как тёплая шуба окутывает тело и способствует сохранению тепла, так как жир обладает маленькой теплопроводностью. Например, моржи совсем лишены волосяного покрова, но у них очень толстый слой жира под кожей; у кашалота слой подкожного жира достигает почти полуметровой толщины. Толстенный слой подкожного жира у китов приспосабливает их к жизни в воде: он предохраняет от охлаждения, поэтому кит удерживает высокую температуру тела, находясь в ледяной воде Арктики. Так же жир помогает ему держаться на воде.
Толстый слой жира под кожей имеет белый медведь, поэтому он может плавать в ледяной воде.
Из литературных источников, мы узнали, что сотрудники агрометеорологической обсерватории измеряли температуру в разных слоях почвы, покрытой и не покрытой снегом. Измерения показала, что почва, покрытая снегом, промёрзла всего на 2 см, а не защищенная слоем снега на 30 см.
Значит, снег действительно плохо проводит тепло. Этим свойством снега пользуются некоторые животные. Они спасаются от мороза под снегом, и даже некоторые птицы. Например, тетерева спят зимой, зарывшись с головой в снег. Тепло и уютно.
Но передача тепла не ограничивается теплопроводностью. Рассмотрим ещё один способ — конвекцию.
Конвекция
Конвекция — широко распространенное в природе явление. Как же передаётся тепло в этих случаях? Примеры для объяснения мы опять же возьмём из жизни животных.
Над лесом летали орлы. Они тяжело махали крыльями, но когда они поравнялись с просторной поляной, то неподвижно раскинули крылья в парящем полёте. Это объясняется тем, что на открытой поляне земля была больше согрета солнцем, чем там, где ее покрывали деревья, и над лужайкой поднимался сильный поток тёплого воздуха. Этим потоком и воспользовались орлы, чтобы набрать высоту [Приложение 3].
Для подтверждения этого примера мы провели опыт. Взяли небольшую бумажную вертушку и поставили над электрической лампочкой. Лампочку включили и через некоторое время вертушка начала вращаться. Это объясняется тем, что от нагретой лампочки нагревается воздух. Нагретый воздух начинает подниматься вверх, а холодный воздух опускается вниз и под действием поднимающегося нагретого воздуха начинает вращаться вертушка.
Но порой животным необходимо не только накапливать теплоту, но и избавляться от неё.
После проведения опроса в начальной школе, мы определили, что только 7% учащихся, известно о том, что животным необходимо избавляться от тепла.
Результаты опроса
Собака избавляется от лишней теплоты с помощью высунутого языка.
Так же собаки, как и кошки, во время жары растягиваются, чтобы увеличить площадь соприкосновения воздуха с телом. При этом увеличивается поток нагретого воздуха, который уходит от них вверх и уносит излишки тепла.
Ужи, как и многие рептилии, размножаются яйцами, которые откладывают в навоз или кучи перегноя. При гниении навоза и перегноя выделяется много тепла, которое необходимо для развивающегося зародыша и которое создает конвекционный поток воздуха. Уносящий вверх тёплый воздух вызывает поток свежего воздуха снизу и с боков, что обеспечивает вентиляцию, снабжение яиц кислородом и предохранение их мягких плёночных оболочек от высыхания благодаря повышенной влажности перегноя.
Хвост мартышки является регулятором её температуры. В жаркую погоду она пользуется им для охлаждения своего тела, отдавая через него окружающему воздуху лишнее тепло.
Терморегулятор имеет не только южноафриканская мартышка. Плавники китов, заячьи уши, хвосты драгоценных бобров тоже умеют регулировать температуру своих обладателей на основе явления конвекции.
Африканский слон имеет огромные уши, и это не случайно: они являются как бы холодильником для животного. Уши слона пронизаны густой сетью кровеносных сосудов, в них конвекционный поток воздуха нагретой крови, поступает из организма слона, отдает свое тепло воздуху; кровь возвращается в систему кровообращения холоднее на несколько градусов. А чтоб уши быстрее охлаждались, слоны, увеличивая конвекционный поток воздуха, отходящего от ушей, всё время ими обмахиваются [Приложение 2].
Следующий способ передачи теплоты — это излучение. Хоть он и не распространен среди животных, зато используется в жизни растений.
Излучение
Помимо теплопроводности и конвекции в природе наблюдается ещё один способ передачи теплоты, который называется излучением. Излучают энергию все тела. Чем выше температура тела, тем больше энергии передаёт оно путём излучения. При поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности.
Стволы деревьев тропического леса выделяются среди зелени своей большей частью гладкой и светлой корой, в то время как преобладающий цвет коры деревьев, растущих в других зонах — тёмный.
Свойство светлых тел отражать лучи широко используют садоводы. Например, деревья для защиты от заморозков белят известью, чтобы предотвратить их от сильного нагревания и раннего пробуждения. Уменьшив нагрев стволов, можно задержать цветение деревьев.
Проделаем опыт, который наглядно покажет, что чёрная поверхность сильнее излучает тепловые лучи. Обернём два одинаковых стакана двумя полосками белой бумаги и заклеим их по швам. Бумагу одного из стаканов закрасим снаружи чёрной тушью. Прогреем стаканы водой (осторожно, чтобы не замочить бумагу). Поставим их на столе на некотором расстоянии друг от друга и нальём в них из чайника до самых краёв очень горячую воду. Стаканы, наполненные горячей водой, находятся в одинаковых условиях, разница только в цвете их обёрток. Через пятнадцать минут измерив температуру, мы заметили, что в черном стакане вода остыла больше. Температура в белом стакане достигала 48’С, а в чёрном 47’С. Хотя разница и небольшая, всего на градус, но и этого достаточно, чтобы убедиться: быстрее остывает вода в чёрном стакане.
Термометр мы всегда держим на одном определенном уровне. Переставляя термометр из одного стакана в другой, мы заметили, как его ртутный столбик то поднимается, то опускается на тот самый градус разницы в температурах.
Таким образом, данный опыт доказывает, что черная поверхность сильнее излучает тепловые лучи, чем светлая.
Заключение
В природе наблюдаются различные способы передачи теплоты: теплопроводность, конвекция и излучение.
Теплопроводность — это передача тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Мы определили, что различные тела по-разному проводят тепло, иначе говоря, обладают различной теплопроводностью. Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага и другие пористые тела. Данные факты, подтверждаются проведением и результатами опыта.
Конвекция — так же широко распространенное в природе явление. Мы рассмотрели как передаётся тепло в этом случае на примерах различных животных. Опыт с вертушкой подтверждает, что нагретый воздух, поднимаясь вверх, способен удерживать предмет в состоянии полёта, а холодный воздух опускается вниз.
Ещё один способ передачи теплоты называется излучением. Мы выяснили, что излучают энергию все тела. Чем выше температура тела, тем больше энергии передаёт оно путём излучения. Так же мы определили, что при поглощении энергии тела нагреваются по-разному, в зависимости от состояния поверхности. Опыт, проведенный в результате исследования наглядно показал, что черная поверхность сильнее излучает тепловые лучи.
Таким образом, цель и задачи, поставленные в ходе исследования, были
выполнены. Гипотеза подтвердилась.
Теоретическая значимость нашей работы заключается в том, что мы выяснили — переход энергии от одних тел к другим осуществляется теплопроводностью, конвекцией или излучением и эти способы передачи теплоты обеспечивают приспособленность живых организмов к изменяющимся условиям окружающей среды.
Практическая значимость заключается в том, что данные могут быть использованы на внеклассных мероприятиях с целью расширения кругозора обучающихся. А демонстрация представленных доступных опытов поможет познакомиться учащимся начальных классов с некоторыми тепловыми явлениями.
Список используемой литературы
1. Большая книга экспериментов для школьников. /Под ред. Антонеллы Меймни; Пер. с ит. И.Э. Мотылёвой. М. ООО Росмэн-Издат. 2001г./
2. Перельман М.И. Занимательная физика. кн. 1- Уфа. Слово. 1993.
3. Рабиза Ф.В. Простые опыты: Забавная физика для детей. — М.: Дет. лит., 2002. -222с.
3. Хилькевич С.С. Физика вокруг нас. М. Наука. 1985г.
4. Хомутовский В.Д. Тепловые явления (методические рекомендации по физике). Челябинск, 1991г.
5. Энциклопедия для детей т.16. Физика. Электричество и магнетизм. М. Аванта, 2011г.
Приложение 1 — Экспериментальное изучение
теплопроводности воздуха (личные наблюдения).
Температура воды до охлаждения
Температура воды после охлаждения
Банка, обернутая шерстяным шарфом
Банка, поставленная в коробку с газетами
Источник
