Урок по физике "Виды теплопередачи"

1. Теплопроводность

Ответьте на вопросы:

1. Что произойдет, если в горячий чай опустим холодную ложку? (Через некоторое время она нагреется). 2. Почему холодная ложка нагрелась? (Чай отдал часть своего тепла ложке, а часть окружающему воздуху). 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. 3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному?

(В результате движения и взаимодействия частиц)

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.

Проведем опыт:

Закрепим  конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать  свободный конец проволоки свечей или на пламени спиртовки.

Вопросы:

1. Что наблюдаем? (Гвоздики  начинают постепенно один за другим отпадать, сначала те, которые ближе  к пламени). 2. Как происходит передача тепла? (От горячего конца проволоки к холодному). 3. Как долго будет происходить передача тепла по проволоке? (Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется) 4. Что можно сказать про скорость движения  молекул на участке, расположенном ближе к пламени? (Скорость движения молекул увеличивается) 5. Почему  нагревается следующий участок проволоки? (В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает) 6. Влияет ли расстояние между молекулами на скорость передачи тепла? (Чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла) 7. Вспомните расположение молекул в твердых телах, жидкостях и газах. В каких телах процесс переноса энергии будет происходить быстрее? (Быстрее в металлах, затем в жидкостях и газах).

Посмотрите демонстрацию эксперимента и подготовьтесь ответить на мои вопросы.

Вопросы:

1. По какой пластине теплота распространяется быстрее, а по какой медленнее? 2. Сделайте вывод о теплопроводности данных металлов. (Лучшая теплопроводность у серебра и меди, несколько хуже у железа)

Обратите внимание, что при передаче тепла в данном случае переноса тела не происходит.

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 (освобожденное от воздуха пространство).

Запишем основные особенности теплопроводности:

в твердых телах, жидкостях и газах;

само вещество не переносится;

приводит к выравниванию температуры тела;

разные тела – разная теплопроводность

Примеры теплопроводности:

1. Снег — пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания. 2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из  материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам. 3. Вещества с хорошей  теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2. Конвекция

Отгадайте загадки:

1) Загляните под окошко – Там растянута гармошка, Но гармошке не играет – Нам квартиру согревает... (батарея)

2) Наша толстая Федора наедается не скоро. А зато когда сыта, От Федоры – теплота... (печь)

Батареи, печи, радиаторы отопления используются человеком для обогрева жилых помещений, а точнее нагревания воздуха в них. Происходит это благодаря конвекции – следующему виду теплопередачи.

Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа.

Попробуем объяснить, как  происходит конвекция в жилых помещениях. Воздух, соприкасаясь с батареей, от нее нагревается, при этом он расширяется, его плотность становится меньше плотности холодного воздуха. Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх под действием силы Архимеда, а тяжелый холодный воздух опускается вниз. Затем снова:  более холодный воздух доходит до батареи, нагревается, расширяется, становится легче и под действием Архимедовой силы поднимается вверх и т.д. Благодаря такому движению  воздух в комнате прогревается.

Бумажная вертушка, помещенная над включенной лампой, начинает вращаться. Попробуйте объяснить, как это происходит?  (Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх, при этом вертушка вращается).

Точно также происходит нагревание жидкости. Посмотрите эксперимент по наблюдению конвекционных потоков при нагревании воды (с помощью марганцовки).

Обратите внимание, что в отличие от теплопроводности, при конвекции происходит перенос вещества и в твердых телах конвекция не происходит.

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную. Нагревание жидкости в кастрюле или воздуха в комнате – это примеры естественной конвекции. Для ее возникновения вещества нужно нагревать снизу или охлаждать сверху. Почему именно так? Если нагревать будем сверху, то куда будут перемещаться нагретые слои воды, а куда холодные? (Ответ: никуда, так как нагретые слои и так уже наверху, а холодные слои так и останутся внизу) Вынужденная  конвекция наблюдается, если жидкость перемешивать ложкой, насосом или вентилятором.

Особенности конвекции:

возникает в  жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;

само вещество  переносится;

нагревать вещества нужно снизу.

Примеры конвекции:

1) холодные и теплые морские и океанические течения, 2) в атмосфере, вертикальные перемещения воздуха приводят к образованию облаков; 3) охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах, например в холодильниках и др., обеспечивается  водяное  охлаждение  двигателей  внутреннего  сгорания.

3. Излучение

Всем известно, что Солнце основной источник тепла на Земле. Земля находится от него на расстоянии 150 млн. км. Как передается тепло от Солнца на Землю? Между Землей и Солнцем за пределами нашей атмосферы все пространство – вакуум. А нам известно, что в вакууметеплопроводность и конвекция происходить не могут. Каким способом происходит передача тепла? Здесь осуществляется еще один вид теплопередачи – излучение.

Излучение – это теплообмен, при котором энергия переносится   электромагнитными лучами.

Отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум.

Излучают энергию все тела: тело человека, печь, электрическая лампа. Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.

Тела не только излучают энергию, но и поглощают ее. Причем темные поверхности лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Особенности излучения:

происходит в любом веществе;

чем выше температура тела, тем интенсивнее  излучение;

происходит в вакууме;

темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые и лучше излучают.

Примеры использования излучения тел:

 поверхности  ракет, дирижаблей, воздушных шаров, спутников, самолётов, окрашивают серебристой краской, чтобы они не нагревались Солнцем. Если наоборот надо использовать солнечную энергию, то части приборов окрашивают в темный цвет. Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются.