, 10 класс
Тема: «
Температура и тепловое равновесие
»
Тепловые явления
Какие виды теплопередачи вы знаете?
Конвекция;
Теплопроводность;
Излучение.
Что такое теплопроводность?
Ответ: перенос тепла при взаимодействии частиц.
Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?
Ответ: наибольшая – у металлов, наименьшая – у газов.
В чем состоит явление конвекции?
Ответ: перенос тепла потоками жидкости или газа.
Чем объясняется конвекция?
Ответ: движение потоков тёплого газа и жидкости объясняется архимедовой силой.
Какие виды конвекции вы знаете?
Ответ: естественная и вынужденная.
Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче, называется...
количеством теплоты.
1. Что такое удаленная теплоемкость вещества?
– величина, показывающая, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 0С.
2. У разных веществ удельная теплоёмкость…
3. У веществ в разных агрегатных состояниях (лёд, вода, пар) удельная теплоёмкость…
Задача. Рассчитайте количество теплоты, необходимое для нагревания медной детали массой 2кг для изменения его температуры на 100 0С.
Скачать презентацию можно кликнув на текст Скачать презентацию и установив программу Microsoft PowerPoint.
Прислано учителем Мирошниченко.
Внутренняя энергия, как и всякий, иной вид энергии, может передаваться от одного тела к другому. Мы уже рассмотрели один из примеров такой передачи - передачу энергии от горячей воды к холодной ложке. Такой вид теплопередачи называется: теплопроводностью.
Теплопроводность можно наблюдать на следующем опыте. Закрепляют один конец толстой медной проволоки в штативе, а к проволоке прикрепляют воском несколько гвоздиков (рис. 183). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск плавится, и гвоздики постепенно отпадают от проволоки. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.
Как происходит передача энергии по проволоке?
Сначала горячее пламя вызывает усиление колебательного движения частиц металла в одном конце проволоки и температура его повышается. Потом это усиление движения передается соседним частицам, и скорость их колебаний также увеличивается, т. е. повышается температура следующей части проволоки . Затем увеличивается скорость колебания следующих частиц и т. д. При этом очень важно заметить, что при теплопроводности само вещество не перемещается от одного конца тела к другому.
Различные вещества имеют разную теплопроводность. В этом можно убедиться на опыте, в котором энергия передается по стержням из разных металлов (рис. 184). И из жизненного опыта мы знаем, что одни вещества имеют большую теплопроводность, чем другие. Железный гвоздь, например, нельзя долго нагревать, держа в руке, а горящую спичку можно держать до тех пор, пока пламя не коснется руки.
Большую теплопроводность имеют металлы, особенно серебро и медь.
У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. У газов теплопроводность еще меньше. Ведь молекулы их находятся далеко друг от друга и передача движения от одной молекулы к другой затруднена.
Шерсть, пух, мех и другие пористые тела между своими волокнами содержат воздух и поэтому обладают плохой теплопроводностью. Вот почему шерсть, мех, пух защищают животных от охлаждения . Защищает животных от охлаждения и жировой слой, который имеется у водоплавающих птиц, у китов, моржей, тюленей.
Самую малую теплопроводность имеет вакуум - сильно разреженный газ. Объясняется это тем, что теплопроводность, т. е. перенос энергии от одной части тела к другой, осуществляют молекулы или другие частицы, - следовательно, там, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Вещества с малой теплопроводностью применяют там, где необходимо сохранять энергию. Например, кирпичные стены помогают сохранять внутреннюю энергию в помещении. Можно предохранить тела, и от нагревания, например лед в погребе сохраняют, обкладывая погреб соломой, опилками и землей, которые обладают плохой теплопроводностью.
Вопросы. 1. На каком опыте можно наблюдать передачу внутренней энергии твердым телом? 2. Как происходит передача энергии по металлической проволоке? 3. Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?
Упражнения. 1. Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания? 2. Объясните, почему солома, сено, сухие листья обладают плохой теплопроводностью. 3. Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок, теплопроводность льда в 21,6 раза больше, чем свежевыпавшего снега (снег состоит из мелких кристалликов льда). Чем объяснить такую разницу? 4. Почему выражение «шуба греет» неверно? 5. Ножницы и карандаши, лежащие на столе, имеют одинаковую температуру. Почему же на ощупь ножницы кажутся холоднее? 6. Объясните, каким образом мех, пух, перья на теле животных, а также одежда человека защищают от холода.
В предыдущем параграфе мы выяснили, что 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.
Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твёрдыми телами, жидкостью и газом.
Внесём в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится. Другой конец палки, находящийся снаружи, будет холодным. Значит, дерево обладает плохой теплопроводностью .
Поднесём 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 . Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.
Рассмотрим передачу тепла от одной части твёрдого тела к другой на следующем опыте.
Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков. При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться (рис. 5). Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.
Рис. 5. Передача тепла от одной части твёрдого тела к другой
Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д.
Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.
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 (рис. 6). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов.
Рис. 6. Теплопроводность жидкости
Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твёрдых телах.
Исследуем теплопроводность газов. Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 7). Палец при этом долго не почувствует тепла.
Рис. 7. Теплопроводность газа
Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа ещё больше, чем у жидкостей и твёрдых тел. Следовательно, теплопроводность у газов ещё меньше.
Итак, теплопроводность у различных веществ различна .
Опыт, изображённый на рисунке 8, показывает, что теплопроводность у различных металлов неодинакова.
Рис. 8. Теплопроводность разных металлов
Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобождённое 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, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из брёвен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняющих помещения от охлаждения.
Вопросы
- Как происходит передача энергии по металлической проволоке?
- Объясните опыт (см. рис. 8), показывающий, что теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали.
- Какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность? Где их применяют?
- Почему мех, пух, перья на теле животных и птиц, а также одежда человека защищают от холода?
Упражнение 3
- Почему глубокий рыхлый снег предохраняет озимые хлеба от вымерзания?
- Подсчитано, что теплопроводность сосновых досок в 3,7 раза больше, чем сосновых опилок. Чем объяснить такую разницу?
- Почему вода не замерзает под толстым слоем льда?
- Почему выражение «шуба греет» неверно?
Задание
Возьмите чашку с горячей водой и одновременно опустите в воду металлическую и деревянную ложки. Какая из ложек быстрее нагреется? Каким способом осуществляется теплообмен между водой и ложками? Как изменяется внутренняя энергия воды и ложек?
