Опыты с теплопроводностью в домашних условиях. Исследование теплопроводности различных веществ. Тепло ли колючим зверям в иголках

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

Коробицын Денис

Теплопроводность различных материалов при увеличении температуры нагрева.

Скачать:

Предварительный просмотр:

IВВЕДЕНИЕ

Однажды, я задал вопрос маме, почему она всегда дает нам деревянные ложки, когда мы садимся кушать. Она ответила, что деревянные нагреваются медленнее, чем железные и ими не обожжешься. Я задумался, ведь я замечал, что металлические предметы очень быстро нагреваются, а вот почему? Оказалось, что у всех твердых материалов есть такое свойство, называется – теплопроводность. Мне стало интереснокакие материалы проводят тепло быстрее, а какие медленнее, и что случится если увеличить температуру нагрева, будут ли эти материалы нагреваться в таком же порядке?

Гипотеза: я думаю, что разные материалы имеют разную теплопроводность и что с увеличением температуры нагрева, они будут нагреваться в том же порядке.

Объект: теплопроводность.

Предмет: теплопроводность некоторых материалов.

Цель: Определить, почему по-разному нагреваются различные предметы, притом, что они нагревались в одинаковых условиях, но были изготовлены из разных материалов.

Задачи:

1) изучить литературу и материалы интернета по вопросу теплопроводности материалов;

2) провести опыт, с целью определения, теплопроводности материалов;

3) познакомить одноклассников с изученной темой.

Для реализации данных задач и подтверждения гипотезы:

Подберу научную литературу по по вопросу теплопроводности материалов;
Изучу данную литературу и сделаю выводы;
Для подтверждения теоритических выводов проведу зксперемент;
По результатам эксперимента сделаю выводы;
С результатами данных выводов познакомлю одноклассников

II ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Что такое теплопроводность?

Основной источник тепла на Земле - Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т.д.

Ответить на вопрос, что такое теплота, удалось не сразу. Лишь в XVIII веке стало ясно, что все тела состоят из молекул, что молекулы движутся и взаимодействуют друг с другом. Тогда ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении - уменьшается.

Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела более нагретого к телу менее нагретому.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

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).

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.

2.1 Проведение эксперимента

Для проведения эксперимента мне понадобилось: стеклянная миска, деревянная, металлическая и пластмассовая ложка, стеклянная трубка, пластилин, фишки, маргарин, секундомер, лист для записи результатов и ручка.

Приготовив все необходимые материалы я приступил к проведению опыта. Я установил ложки и стеклянную трубку вертикально в миску и прикрепил их с помощью пластилина к краям миски. Затем с помощью одинаковых кубиков маргарина я прикрепил фишки к каждому предмету. Далее заполнил миску теплой водой и включил секундомер. Я рассчитывал провести опыт с теплой водой, а затем с кипятком.

После того, как прошло 10 минут, а не одна фишка не сдвинулась с места, я решил, что температура воды недостаточная, для того, чтобы растопить маргарин.

Я слил теплую воду и аккуратно залил кипяток, включил секундомер. Далее я записал, в какой последовательности соскальзывали фишки с предметов:

металлическая ложка – 52 секунды;

стеклянная трубка – 4 минуты 13 секунд;

пластмассовая ложка – 5 минут 7 секунд;

деревянная ложка – 6 минут 18 секунд.

Хочу добавить, что когда соскользнула фишка с металлической ложки, через две минуты я добавил еще кипятка, потому, что маргарин под остальными фишками не таял.

Таким образом, я выяснил, что лучшим проводником тепла является металл, а хуже всех выбранных материалов тепло проводит деревянные предметы. Это значит, что металл имеет высокую теплопроводность, он быстро нагревается и быстро остывает, а дерево наоборот имеет низкую теплопроводность, медленно нагревается и медленно остывает. Еще, я заметил, металлическая ложка нагрелась меньше, чем за минуту, другие предметы нагревались гораздо дольше, это значит, что металл проводит тепло очень быстро, в отличии от пластмасса, стекла и дерева.

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенной работы я выяснил, что теплопроводность это свойство твердых материалов, которое позволяет оценить, как быстро нагревается и остывает тот или иной материал.

В результате проведения опыта было установлено, что самая высокая теплопроводность у металлических предметов, затем у стекла, далее упластмасса и самой маленькой теплопроводностью обладает дерево.

Гипотезу удалось проверить частично, так как температура теплой воды была мала и первую часть опыта провести не удалось. Однако во второй части опыта мы подтвердили гипотезу - разные материалы имеют разную теплопроводность.

IV СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. В. Перышкин, Учебник физики - М.: Дрофа, 2010г, - с.11-14

2. Материалы сайта http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm

3. Материалы сайта http://elementy.ru/trefil/21095

4. Материалы сайта http://www.fizika.ru/kniga/index.ph

5. Материалы сайта http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/726-op-teplpr

Предварительный просмотр:

I ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………..3

II ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ…………………………….……………………………………………4

2.1 Что такое теплопроводность...………………………………………………………………4

2.2. Проведение эксперимента…………………………………………………………………..5

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………....6

IV СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………...………7

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Муниципальное автономное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №8 с углубленным изучением отдельных предметов г.Назарово Красноярского края» Теплопроводность материалов Автор: Коробицын Денис 4«В » класс Руководитель: Адольф Е.Я., учитель начальных классов Назарово 2015

Цель: определить, почему по-разному нагреваются различные предметы, притом, что они нагревались в одинаковых условиях, но были изготовлены из разных материалов. Гипотеза: я думаю, разные материалы имеют разную теплопроводность и что с увеличением температуры нагрева, они будут нагреваться в том же порядке.

Задачи: 1) изучить литературу и материалы интернета по вопросу теплопроводности материалов; 2) провести опыт, с целью определения теплопроводности материалов; 3) познакомить одноклассников с изученной темой.

В 18 веке ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении уменьшается. Тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух.

Последовательность соскальзывания фишки с предметов: металлическая ложка – 52 секунды; стеклянная трубка – 4 минуты 13 секунд; пластмассовая ложка – 5 минут 7 секунд; деревянная ложка – 6 минут 18 секунд.

Самая высокая теплопроводность у металла, это значит он быстро нагревается и быстро остывает. Вторым по теплопроводности оказалось стекло, третий – пластмасс. Самая плохая теплопроводность у дерева, оно медленно нагревается и медленно остывает.

Гипотезу удалось проверить частично, так как температура теплой воды была мала и первую часть опыта провести не удалось. Однако во второй части опыта я подтвердил гипотезу - разные материалы имеют разную теплопроводность.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!

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!

Вариант 1. Оборудование: Пробирка с водой и спиртовка.

Для демонстрации плохой теплопроводности жидкости в пробирку на ¾ объема наливают воды. Держа пробирку в руках под небольшим углом над пламенем спиртовки, нагревают воду у открытого конца (рис. 130). Показывают, что вода здесь быстро закипает, однако внизу большого нагрева не ощущается.

Рис. 130 Рис. 2.105 Рис. 131

Опыт 4. Теплопроводность газов

Вариант 1 . Оборудование: две пробирки, две пробки, два стержня, два шарика, спиртовка, штатив, подвес.

Плохую теплопроводность воздуха демонстрируют с помощью двух одинаковых пробирок, закрытых пробками, через которые пропущены короткие стержни. К концам стержней прикрепляют пластилином или парафином стальные шарики (рис. 131). Пробирки над спиртовкой располагают так, чтобы в одной из них происходила конвекция, а в другой теплопроводность воздуха. Замечают, что в одной пробирке шарик быстро отпадает от стержня.

Вариант 2. См. рис. 2.105

Опыт 5. Конвекция жидкостей

Вариант 1. Оборудование: прибор для демонстрации конвекции жидкости, марганцовокислый калий, спиртовка, штатив.

Прибор, представляющий собой замкнутую стеклянную трубку (рис. 132), укрепляют в лапке штатива. (Лучше подвесить, чем зажимать трубку в нижней части, ибо в последнем случае больше вероятности разрушить стекло.) Через верхнее отверстие любого колена трубку наполняют водой так, чтобы по всему замкнутому пути внутри трубки не было пузырьков воздуха.

При выполнении опыта в ложечку с сеткой помещают кристаллики марганцовокислого калия и oпускают ее в колено (можно одновременно опустить две ложечки с кристалликами марганцовокислого калия в оба колена). Затем к нижней части этого колена подносят спиртовку и наблюдают конвекцию.

Рис. 132 Рис. 133

Опыт 6. Конвекция газов

Вариант 1. Оборудование: спиртовка, спички, бумажная змейка, металлическое острие.

Для демонстрации конвекции газа изготовляют бумажную змейку, которая вращается в потоке восходящего горячего воздуха, идущего от спиртовки или электроплитки (рис. 133). (При установке змейки на острие нельзя прокалывать бумагу.)

Опыт 7. Нагревание излучением

Вариант 1. Оборудование: теплоприемник, манометр открытый демонстрационный, настольная лампа (или электроплитка).

Теплоприемник, соединенный трубкой с демонстрационным манометром (см. рис. 123), укрепляют в штативе напротив излучателя. В качестве излучающего тела можно взять электроплитку, сосуд с горячей водой и пр. К нему сбоку подносят теплоприемник темной стороной и наблюдают за показаниями манометра в течение 1-2 мин.

Затем поворачивают теплоприемник блестящей поверхностью к лампе, расположенной на том же расстоянии от теплоприемника, и в течение того же времени следят за показанием манометра. Делают вывод.

Во второй серии опытов накал лампы (или расстояние до излучателя) уменьшают и вновь наблюдают изменение показаний манометра в прежних условиях. Делают вывод.

Вариант 2. См. Рис. 2.99; 2.101.

Вопрос. В каком случае изменение показаний жидкостного манометра

происходит быстрее, если теплопередатчик и теплоприемник обращены друг к другу блестящими поверхностями или если они обращены друг к другу зачерненными поверхностями?

Рис. 123 Рис. 2.101 Рис. 2.99

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?