В данном уроке рассматривается понятие теплопроводности.
Теплопроводностьявляется одним из видов теплопередачи и связана с переносом внутренней энергии от более нагретых частей тела (тел) к менее нагретым, который осуществляется хаотически движущимися частицами тела.
С теплопроводностью каждый из нас сталкивается, когда неосторожно хватается за железную ручку сковородки, стоящей на плите. Плохая теплопроводность воздуха позволяет с помощью двойных рам утеплить квартиру на зиму. И таких примеров множество. Поэтому теплопроводность является одним из важнейших физических тепловых явлений, которые мы будем изучать.
На прошлом уроке мы выяснили, что теплопередача (рис. 1) бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение (рис. 2). На этом уроке мы более подробно займемся первым видом теплопередачи, а именно теплопроводностью .
Рис. 1. Теплопередача
Рис. 2 Виды теплопередачи
Теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном (рис. 3).
Рис. 3. Теплопроводность свойственна всем агрегатным состояниям
При этом самой высокой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы) (рис. 4а), а самой низкой - газы (рис. 4б).
Рис. 4 Коэффициенты теплопроводности различных веществ
Теплопроводность связана с внутренней структурой тел и зависит от расположения молекул, их движения и взаимодействия между собой (рис. 5).
Рис. 5. Связь теплопроводности с внутренней структурой тел
Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества, а происходит передача энергии от частицы к частице или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. Сформулируем, собственно, определение теплопроводности.
Определение. Теплопроводность - это явление, при котором энергия передается от одной части тела к другой посредством столкновения частиц или при непосредственном контакте двух тел.
Рис. 6. Иллюстрация определения теплопроводности
Исследования данного явления проводились преимущественно опытным путем. Первые опыты по изучению данного явления проводил, по-видимому, еще Галилео Галилей (рис. 7).
Рис. 7. Галилео Галилей (1564-1642)
Суть его опытов была простой: Галилей располагал около своего термоскопа (рис. 8) различные тела и наблюдал за изменением температуры. Впоследствии он делал выводы: хорошо ли проводят тела тепло или нет.
Рис 8. Термоскоп Галилея
Определение. Процесс теплопроводности - это процесс передачи энергии от одной частицы к другой, расположенных в непосредственной близости друг от друга (рис. 9).
Рис. 9. Процесс теплопроводности
У металлов теплопроводность выше, так как частицы расположены близко друг к другу (рис. 10).
Рис. 10. Теплопроводность в металлах
У жидкостей молекулы хоть и близко расположены, но достаточно хорошо изолированы (рис. 11).
Рис. 11. Теплопроводность в жидкостях
Самая низкая теплопроводность у газов: молекулы расположены далеко друг от друга, и, чтобы передать энергию, им необходимо столкнуться, поэтому процесс передачи энергии происходит достаточно медленно (рис. 12).
Рис. 12. Теплопроводность в газах
Рассмотрим опыт, который наглядно демонстрирует теплопроводность металлов.
На штативе горизонтально закреплен алюминиевый стержень. На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска деревянные зубочистки. К краю стержня подносят свечу (рис. 13).
Поскольку край стержня нагревается, а алюминий, как и любые другие металлы, обладает достаточно хорошей теплопроводностью, то постепенно стержень прогревается. Когда тепло доходит до места крепления зубочистки со стержнем, стеарин плавится - и зубочистка падает.
Рис. 13. Демонстрация опыта
Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.
Мы рассмотрели явление теплопроводности, и в заключении хотелось бы напомнить важный факт: нет частиц - нет теплопроводности.
На следующем уроке мы более подробно рассмотрим другой вид теплопередачи - конвекцию.
Список литературы
- Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
- Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.
- Интернет-портал «experiment.edu.ru» ()
- Интернет-портал «festival.1september.ru» ()
- Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» ()
Домашнее задание
- Стр. 13, параграф 4, вопросы № 1-6, упражнение 1 (1-3). Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
- Почему газы имеют малую теплопроводность?
- Почему в старом чайнике, после того как его сняли с огня, вода остывает медленнее, чем в таком же новом?
- Для чего нужны двойные оконные рамы?
- Зачем жители Средней Азии во время жары носят ватные халаты и папахи?
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
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.
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.
2.2. Практическая часть.
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.
Опыт №1
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.
Опыт №2
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 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
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:
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
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.
Опыт №5
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.
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!
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.
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.
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).
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
В четверг на занятие к нам никто прийти не смог — но это не помешало нам провести серию экспериментов. Как водится, я собрал для этого кучу всяких штуковин.
Идея была в том, чтобы показать распространение тепла внутри тела, и показать разницу в теплопроводности разных материалов.
Гвоздики приклепляются обыкновенным пластилином - потом конец объекта помещается над свечой, объект нагревается, и, по мере того, как пластилин плавится, гвоздики отваливаются один за другим.
Удостоверившись, что гвоздики отваливаются именно один за другим - то есть тепло распространяется линейно - мы перешли ко второй фазе.
Здесь мы уже сравнивали распространение тепла в разных объектах. Слева - обрезок керамической плитки, справа - толстая медная проволока.
Слева по-прежнему керамика, по которой тепло распространяться не спешило, справа - алюминевая проволока.
Третья фаза эксперимента:
Три пластины соединены прищепками. Центральная - над свечкой. Справа пластины зажаты просто так, а слева между ними проложена маленькая бумажка. Спросил у Никиты, где гвоздики быстрее отвалиться - он сказал, что слева, потому что там бумага, а она вспыхивает от малейшей искры - значит, теплопроводная сильно:)
Экспериментальная проверка всё расставила по своим местам. Пояснил разницу между теплопроводностью и температурой воспламенения, привёл в пример пуховик (мы раньше уже обсуждали, почему одежда хорошо "греет"), который неплохо горит.
На этом эксперимент закончили - и пошли на кухню. Спросил у Никиты, зачем на некоторых кастрюлях ручки пластиковые - он верно догадался. А про металлические ручки сказал, что нужно использовать полотенце, причём лучше мокрое. Я предложил уточнить у мамы предпочтёт ли она исползовать мокрое или сухое полотенце - она сказала, что исключительно сухое. Никита подумал и сам догадался, что мокрое, хоть и холоднее, но оно с водой, а вода проводит тепло лучше воздуха!
Ребята, мы вкладываем душу в сайт. Cпасибо за то,
что открываете эту
красоту. Спасибо за вдохновение и мурашки.
Присоединяйтесь к нам в Facebook
и ВКонтакте
Есть очень простые опыты, которые дети запоминают на всю жизнь. Ребята могут не понять до конца, почему это все происходит, но, когда пройдет время и они окажутся на уроке по физике или химии, в памяти обязательно всплывет вполне наглядный пример.
сайт собрал 7 интересных экспериментов, которые запомнятся детям. Все, что нужно для этих опытов, - у вас под рукой.
Огнеупорный шарик
Понадобится : 2 шарика, свечка, спички, вода.
Опыт : Надуйте шарик и подержите его над зажженной свечкой, чтобы продемонстрировать детям, что от огня шарик лопнет. Затем во второй шарик налейте простой воды из-под крана, завяжите и снова поднесите к свечке. Окажется, что с водой шарик спокойно выдерживает пламя свечи.
Объяснение : Вода, находящаяся в шарике, поглощает тепло, выделяемое свечой. Поэтому сам шарик гореть не будет и, следовательно, не лопнет.
Карандаши
Понадобится: полиэтиленовый пакет, простые карандаши, вода.
Опыт: Наливаем воду в полиэтиленовый пакет наполовину. Карандашом протыкаем пакет насквозь в том месте, где он заполнен водой.
Объяснение: Если полиэтиленовый пакет проткнуть и потом залить в него воду, она будет выливаться через отверстия. Но если пакет сначала наполнить водой наполовину и затем проткнуть его острым предметом так, что бы предмет остался воткнутым в пакет, то вода вытекать через эти отверстия почти не будет. Это связано с тем, что при разрыве полиэтилена его молекулы притягиваются ближе друг к другу. В нашем случае, полиэтилен затягивается вокруг карандашей.
Нелопающийся шарик
Понадобится: воздушный шар, деревянная шпажка и немного жидкости для мытья посуды.
Опыт: Смажьте верхушку и нижнюю часть средством и проткните шар, начиная снизу.
Объяснение: Секрет этого трюка прост. Для того, чтобы сохранить шарик, нужно проткнуть его в точках наименьшего натяжения, а они расположены в нижней и в верхней части шарика.
Цветная капуста
Понадобится : 4 стакана с водой, пищевые красители, листья капусты или белые цветы.
Опыт : Добавьте в каждый стакан пищевой краситель любого цвета и поставьте в воду по одному листу или цветку. Оставьте их на ночь. Утром вы увидите, что они окрасились в разные цвета.
Объяснение : Растения всасывают воду и за счет этого питают свои цветы и листья. Получается это благодаря капиллярному эффекту, при котором вода сама стремится заполнить тоненькие трубочки внутри растений. Так питаются и цветы, и трава, и большие деревья. Всасывая подкрашенную воду, они меняют свой цвет.
Плавающее яйцо
Понадобится : 2 яйца, 2 стакана с водой, соль.
Опыт : Аккуратно поместите яйцо в стакан с простой чистой водой. Как и ожидалось, оно опустится на дно (если нет, возможно, яйцо протухло и не стоит возвращать его в холодильник). Во второй стакан налейте теплой воды и размешайте в ней 4-5 столовых ложек соли. Для чистоты эксперимента можно подождать, пока вода остынет. Потом опустите в воду второе яйцо. Оно будет плавать у поверхности.
Объяснение : Тут все дело в плотности. Средняя плотность яйца гораздо больше, чем у простой воды, поэтому яйцо опускается вниз. А плотность соляного раствора выше, и поэтому яйцо поднимается вверх.
Кристаллические леденцы
Разделы: Физика
Целью работы является обобщение экспериментальных заданий, проведенных учащимися 8 – го класса в домашних условиях при изучении различных видов теплообмена.
Задачи:
- Изучить дополнительную литературу по теме "Виды теплообмена".
- Провести экспериментальные работы в домашних условиях.
- Проанализировать и обобщить результаты экспериментов. Соотнести свои результаты с выводами, предложенными в учебнике.
- Привести дополнительные примеры из жизни (не включая материалы из учебного материала).
- Разработать рекомендации "Полезные советы" с применением выводов темы "Виды теплообмена".
I. Эксперименты по теплопроводности.
- В стеклянный и алюминиевый стаканы одинаковой массы и одинаковой емкости одновременно налейте одинаковое количество горячей воды. Прикосновение рукой к стаканам покажет, что алюминиевый стакан прогревается быстрее, это происходит потому, что теплопроводность алюминия выше, чем теплопроводность стекла.
- Налейте чай в алюминиевую и фарфоровую кружки. Когда будем пить чай из алюминиевой кружки, то мы сильнее обожжем губы, чем из фарфоровой, так как, когда мы касаемся губами кружки и охлаждаем тем самым некоторый ее участок, большее количество теплоты от горячего чая передается губам через алюминиевую кружку, так как теплопроводность алюминия выше, чем у фарфора.
- На деревянный цилиндр или брусок накалываем ряд кнопок (можно их них изобразить какую-нибудь фигуру). Оборачиваем брусок или цилиндр одним слоем бумаги и помещаем в пламя свечи на непродолжительное время. Происходит неравномерное обугливание бумаги, меньше в тех местах, где бумага касается кнопок, из-за того, что теплопроводность металла выше, чем у дерева.
- Комнатный термометр заворачиваем в шубу и проверяем, меняются ли его показания через некоторое время. Это конечно не происходит, продемонстрировав этот эксперимент родителям, объясняем, почему же не греет шуба. (Шуба сама не может греть, так как сама не является источником энергии, она лишь является теплоизолятором, не давая зимой нам мёрзнуть, к тому же между телом человека и шубой находится воздушная прослойка).
Для того, чтобы лучше понять суть явления теплопроводности, нужно объяснить следующие явления:
а) почему металлические предметы кажутся холоднее, чем деревянные, при одной и той же температуре?
Ответ: Дерево имеет плохую теплопроводность, поэтому, когда мы прикасаемся к деревянному предмету, нагревается лишь небольшой участок тела под рукой. Металл же обладает хорошей теплопроводностью, поэтому при контакте с рукой нагревается гораздо больший участок. Это приводит к большему теплоотводу от руки и ее охлаждению.
б) почему ручки кранов и баков с горячей водой делают деревянными или пластмассовыми?
Ответ: дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью.
в) обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания?
Ответ: Пористый кирпич в своих порах содержит воздух, который обладает плохой теплопроводностью, поэтому он обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания.
г) применяется ли воздух как строительный материал?
Ответ: Да, применяется, ведь пеноматериалы, пористый кирпич, стекловата содержат воздух, имеющий плохую теплопроводность.
е) в зависимости от того, какой объем занимают поры пенопласта, плотность его различна. Зависит ли теплопроводность пенопласта от его плотности?
Ответ: Чем меньше плотность пенопласта, тем больше пор, которые занимает воздух, обладающий плохой теплопроводностью. Следовательно, чем меньше плотность пенопласта, тем меньше его теплопроводность.
ж) зачем вставляют двойные рамы?
з) почему птицы чаще замерзают на лету?
Ответ: В мороз птицы сидят нахохлившись, что создает вокруг их тела воздушную оболочку. При полете воздух у тела птицы все время меняется, отнимая тепло.
II. Эксперименты по конвекции.
- Охлаждение кастрюли с горячей жидкостью
проводилось двумя способами: 1 - кастрюля
ставилась на лед и 2 - лед помещался на кастрюлю.
Во втором случае охлаждение происходило быстрее. Объясняется это следующим. Когда мы кладем лед на кастрюлю, верхние слои охлаждаются и становятся тяжелее, в результате они опускаются вниз. На их место приходят более нагретые слои жидкости. Таким образом, в результате конвекции происходит охлаждение жидкости. Во втором случае конвекция не будет происходить, т.к. охлаждение будет происходить снизу, и холодные слои подняться вверх не могут, процесс охлаждения будет проходить медленно, перемешивание жидкости не происходит. Таким образом, мы можем предложить родителям охлаждать любые продукты сверху: класть их не на лед, а поверх льда, ведь они охлаждаются не столько льдом, сколько холодным воздухом, который опускается вниз. - Определялась скорость естественного перемешивания воды в двух случаях: 1 - холодную воду наливают в горячую и 2 - горячую воду наливают в холодную. Для этого эксперимента необходим секундомер или часы с секундной стрелкой и термометр. Объемы холодной и горячей воды необходимо взять равными. Термометром контролируется установившаяся температура, а по секундомеру или часам - время. Скорость выравнивания температур будет выше когда будет наливать холодную воду в горячую, так как горячая вода будет подниматься вверх, а холодная - опускаться вниз. Таким образом, перемешивание будет происходить быстро и равномерно. Значит и температура выровняется быстрее.
- Зажженная свеча накрывается стеклянной цилиндрической трубкой, при этом пламя уменьшается и может погаснуть, т.к. горение происходит при наличии кислорода, а в данном опыте конвекционные явления происходить не могут, притока воздуха нет. Если трубку приподнять, то свеча загорит ярче. Если же трубку не поднимать, а опустить в нее бумажную перегородку, не доходящую до пламени, то оно увеличится. В этом случае вдоль бумаги будет опускаться холодный воздух, вытесняя нагретый, в котором кислорода мало, тем самым, увеличивая приток кислорода к пламени.
- В стихотворении А.С.Пушкина "Кавказ" есть такие строки: "Орел, с отдаленной поднявшись вершины, парит неподвижно со мной наравне". Явление, что крупные птицы могут парить в воздухе, держась на одной высоте, не взмахивая крыльями, объясняется тем, что нагретый у земли воздух поднимается на значительную высоту, эти теплые потоки и удерживают птицу с распростертыми крыльями в воздухе.
Кроме этих экспериментальных заданий были получены ответы на вопросы:
а) почему дует от плотно закрытого окна в холодное время?
Ответ: Стекло имеет более низкую температуру, чем температура в комнате. Воздух, находящийся вблизи стекла охлаждается и опускается вниз, как более плотный, затем нагревается у батареи и вновь перемещается по комнате. Это перемещение воздуха и ощущается вблизи окна.
б) где лучше предусмотреть расположение форточки?
Ответ: форточку лучше располагать в верхней части окна. Теплый воздух более легкий, он располагается в верхней части комнаты, ему на смену будет приходить более холодный воздух с улицы. При таком расположении форточки будет осуществляться более быстрое проветривание комнаты.
в) когда тяга в трубе лучше - зимой или летом?
Ответ: тяга будет лучше зимой, когда разница между температурой воздуха, нагретого в трубе и наружного - будет больше, тогда перепад давления вверху и внизу трубы будет существенней.
г) какую роль играет конвекция при нагревании воды в чайнике?
Ответ: нагретые слои воды, как более легкие, поднимаются вверх, уступая место холодным. Таким образом, за счет перемещения конвекционных потоков происходит нагрев всей воды в чайнике.
д) почему выше ламп накаливания чернеет абажур или потолок?
Ответ: От ламп накаливания поднимаются конвекционные потоки воздуха, увлекающие за собой частички пыли, которые затем оседают на абажуре или потолке.
е) почему листья осины колеблются даже в безветренную погоду?
Ответ: по сравнению с другими деревьями, у листьев осины длинные и тонкие черенки. Над землей имеются вертикальные конвекционные потоки даже в безветренную погоду. Благодаря своему строению, листья осины чувствительны к любым, даже незначительным колебаниям воздуха.
ж) можно ли с помощью вентилятора сохранить мороженое?
Ответ: Нет, нельзя, т. к. поток воздуха, идущий от вентилятора будет все время уносить холодный воздух, образующийся вокруг мороженого, тем самым, ускоряя процесс обмена воздуха, и мороженое будет таять быстрее.
з) какие природные явления происходят за счет конвекции?
Ответ: ветры, дующие в земной атмосфере; существование теплых и холодных морских течений, процессы горообразования.
III. Эксперименты по излучению.
- Берем стакан, имеющий грани. Грани стакана изнутри заклеиваем полосками белой и черной бумаги. В стакане устанавливаем свечку так, чтобы она стояла в центре стакана (отцентрировать можно с помощью кружков картона с отверстием в центре). К каждой полоске бумаги приклеиваем пластилином шляпки кнопок. Фитиль свечки должен немного не доходить до края стакана. После того, как свечка будет зажжена наблюдаем, что с черных полосок начнут отлетать кнопки. Опыт иллюстрирует, что белый цвет отражает падающие на него лучи, а черный их поглощает, поэтому черные грани и нагрелись быстрее и кнопки от них отклеились в первую очередь.
Для понимания этого явления были получены ответы на следующие вопросы:
а) почему снег в городе тает быстрее, чем за городом?
Ответ: снег в городе более грязный, поэтому он лучше поглощает энергию и тает
б) в каком из двух сосудов закипит быстрее вода в светлом или закопченном?
Ответ: В закопченном, т.к. эта поверхность будет лучше поглощать энергию.
в) почему колбу термоса делают зеркальной?
Ответ: чтобы исключить нагрев лучистой энергией.
IV. Полезные советы.
- Охлаждение продуктов происходит быстрее, если источник холода разместить вверху, а не внизу.
- Для быстрейшего охлаждения кофе или чая нужно наливать холодное молоко в горячий напиток.
- Оконные рамы нужно закрыть более плотно как изнутри, так и снаружи. Тогда потери тепла будут меньше.
- В сильный мороз под шубу лучше одеть не один толстый свитер, а "многослойную" одежду.
- Если нужно быстро растопить снег или лед, его необходимо посыпать темным порошком или золой.
- В жаркое время года лучше носить светлую одежду.
- Безопаснее использовать фарфоровые кружки, чем алюминиевые.
Заключение.
Явления, с которыми мы постоянно сталкиваемся в быту, изучались не только на уроке, но и дома, где учащиеся могли продемонстрировать их родителям. Эти эксперименты, вопросы помогли лучше усвоить тему "Виды теплопередачи". Анализ результатов позволил предложить "Полезные советы" Необходимо отметить, что все экспериментальные работы необходимо проводить очень аккуратно, с соблюдением техники безопасности.
Литература.
- А.А.Перышкин. Физика. учебник для 8 класса. Дрофа, М. 2004
- Кл. Э. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Наука, М. 1986
- А.В. Аганов, Р.К. Сафиуллин, А.И. Скворцов, Д.А. Таюрский. Физика вокруг нас. "Дом педагогики", М. 1998
- Физика. Самостоятельные и контрольные работы по физике для 8 класса. "Илекса", М. 2006
- Ю.Г.Павленко. Начала физики. "Экзамен", М. 2005