Основные способы теплообмена и их характеристика
Понятие о теплообмене и его вид
Тема: Основы теплотехники и теории теплопередач.
План:
1) Понятие о теплообмене и его виды;
2) Основные способы теплообмена и их характеристика;
3) Сложный теплообмен;
4) Общие сведения о теплообменных аппаратах;
5) Тепловая изоляция, её назначения и виды;
Для получения тепла, необходимого для работы тепловых аппаратов, используют органическое топливо (твердое, жидкое, газообразное), электроэнергию и теплоносители.
При сжигании химическая энергия органического топлива за счет окисления превращается в тепловую. Преобразование электрической энергии в тепловую в электронагревательных элементах электротепловых аппаратов.
Переход тепла от более нагретого тела к менее нагретому происходи самопроизвольно, без затрат механической энергии. Такой переход тепла назевается теплообменом. Существует два вида теплообмена: теплообмен соприкосновением и излучением. Теплообмен соприкосновением осуществляется за счёт непосредственного соприкосновения тел с различной температурой. Наиболее часто встречается теплообмен соприкосновением между твёрдыми телами и жидкостью (газом). При этом наблюдается передача тепла теплопроводностью и конвекцией.
Теплообмен излучением происходит при отсутствии контакта между телами.
Распространение тепла осуществляется тремя способами: теплопроводность, конвекция и излучением. В твёрдом теле распространение тепла осуществляется только теплопроводностью.
Практически один вид теплообмена сопровождается другим, при этом один из них имеет преобладающее значение. Например, в газовых плитах тепло от продуктов сгорания газа передаётся одновременно конвекцией и излучением.
Теплопроводность как физическое явление представляет собой перенос тепла беспорядочно движущимися микрочастицами, непосредственно соприкасающимися друг с другом. Перенос тепла осуществляется вследствие теплового движения и взаимодействия молекул и атомов. Из которых состоит данное тело. Сущность теплопроводности заключается в том, что молекулы и атомы более нагретой части тела, обладающей большей кинематической энергией, при соприкосновении с молекулами менее нагретой части тела передают последним часть своей энергии.
Процесс может проходить при условии, что в различных частях тела температура не одинакова, и наблюдается в любых телах – твёрдых, жидких и газообразных, только в чистом виде этот процесс возможен только в твёрдых телах. Наибольшей теплопроводностью обладают металлы. Например, передача тепла теплопроводностью происходит через стенку пищеварочного котла. Через толщу чугунного настила плиты.
Рассмотрим передачу тепла через плоскую стенку. Количество тепла, переходящие от одной поверхности стенки к другой, прямо пропорционально площади поверхности стенки, разности температур и времени, обратно пропорционально толщине стенки и зависит от свойства материала. Из которого изготовлена стенка.
Коэффициент теплопроводности для различных веществ различен и зависит от структуры, плотности, влажности и температуры. Пористые материалы имеют низкий коэффициент теплопроводности, так как поры заполнены воздухом, который в неподвижном состоянии плохо проводит тепло. При увлажнении пористых материалов теплопроводность их увеличивается в связи с тем, что вода проводит тепло лучше, чем воздух.
Материалы с низким коэффициентом теплопроводности называют теплоизоляционными и используют в качестве теплоизоляции. Для изготовления поверхности нагрева тепловых аппаратов применяют металлы и их сплавы, обладающие высоким коэффициентом теплопроводности.
Теплопроводность это перенос энергии из более тёплого к менее нагретому участку. 8 класс
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Что такое теплопередача и теплопроводность?
Теплопередача Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом Теплопроводность Излучение Теплопроводность Излучение
Процесс передачи теплоты от более нагретых тел менее нагретым называется теплопередачей.
Опусти холодную металлическую ложку в горячую воду. Через некоторое время ложка нагреется. При этом можно убедиться, что передача теплоты происходит не сразу всем частям ложки одновременно, а постепенно. Сначала нагревается та часть ложки, которая находится непосредственно в горячей воде, а затем постепенно и вся ложка. Процесс передачи теплоты от более нагретых участков тела менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называется теплопроводностью.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ - перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.). Приводит к выравниванию температуры тела. Не сопровождается переносом вещества! Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей, газов. Теплопроводность различных веществ разная. Существует зависимость теплопроводности от плотности вещества.
Попробуй опустить в горячую воду, налитую в небольшой сосуд, кусочек льда. Через некоторое время температура льда начнет повышаться и он растает, а температура окружающей воды понизится. Если опустить горячую ложку в холодную воду, то окажется, что температура ложки начнет понижаться, температура воды повышаться и через некоторое время температура воды и ложки станет одинаковой А теперь опусти в горячую воду деревянную палочку. Можно сразу заметить, что деревянная палочка нагревается значительно медленнее металлической ложки (рис. 134). Отсюда можно сделать вывод, что тела, сделанные из разных веществ, обладают разной теплопроводностью.
Теплопроводность различных веществ разная. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается. Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости. При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.
Наблюдай и объясняй. Определи вид теплопередачи, с помощью которой передается теплота при нагревании металлического прута на костре
Вещества с низкой теплопроводностью используют в качестве теплоизоляторов. Теплоизоляторы - это вещества, плохо проводящие тепло. Воздух является хорошим теплоизолятором, поэтому оконные рамы делают с двойными стеклами, для того чтобы между ними был слой воздуха. Хорошими теплоизолирующими свойствами обладают дерево и различные пластмассы. Можно обратить внимание на то, что ручки чайников делают именно из этих материалов (рис. 136), для того чтобы не обжечь руки, когда чайник горячий.
Для создания теплой одежды широко используют вещества, плохо проводящие тепло, такие как войлок, мех, вата, перья и пух различных птиц. Такая одежда помогает сохранять тепло тела. Войлочные и ватные рукавицы используют при работе с горячими предметами, например для того, чтобы снимать с плиты горячие кастрюли. Все металлы, стекло, вода хорошо проводят тепло и являются плохими теплоизоляторами. Тряпкой, смоченной в воде, ни в коем случае нельзя снимать горячие предметы. Вода, содержащаяся в тряпке, мгновенно нагреется и обожжет руку. Знания о способности разных материалов по-разному передавать тепло помогут в походе. Например, чтобы не обжечься о горячую металлическую кружку, ее ручку можно обмотать изоляционной лентой, которая является хорошим теплоизолятором. Для того чтобы снять с костра горячий котелок, можно воспользоваться войлочными, ватными или брезентовыми рукавицами.
Над костром висит горячий котелок Рядом с костром лежат: войлочная рукавица, лист фольги и мокрая тряпка. Каким из этих предметов можно снять котелок с костра. Объясни свой ответ.
ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ 1. Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Почему бумага загорелась не сразу? 2. ... на кухне, поднимая горячую посуду, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все промежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной - водой. Смотри, не обожгись!
ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ! Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий – в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу. Если зимой к замерзшему стеклу(покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше. Почему?
Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма! ЕСЛИ... ... положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало - холоднее. Почему? Ведь температура окружающего воздуха одинаковая! Стекло - хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет "отбирать" от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет, нагреваясь, "отбирать" тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.
Теплопередача - это один из способов изменения внутренней энергии тела (или системы тел), при этом внутренняя энергия одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.
Существует 3 вида теплопередачи:
Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.
Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Это является частным случаем закона сохранения энергии.
ИНТЕРЕСНО
Куропатки, утки и другие птицы зимой не мерзнут потому, что температура лап у них может отличаться от температуры тела более чем на 30 градусов. Низкая температура лап сильно понижает теплоотдачу. Таковы защитные силы организма!
Теплопроводность - это перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела.
Не сопровождается переносом вещества!
Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов.
Теплопроводность различных веществ разная.
Металлы обладают самой высокой теплопроводностью,
причем у разных металлов теплопроводность отличается.
Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.
При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.
Интересно, что можно было бы поднести руку почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура больше 1000 градусов) и не обжечь ее, если бы …
А что если бы?
Газ, как правило, очень плохой проводник тепла, поэтому достаточно было бы лишь небольшой прослойки воздуха между рукой и пламенем. Но!
Но существует такое явление, как конвекция в газах, поэтому вблизи пламени руку сильно жжет.
ЗАГЛЯНИ НА КНИЖНУЮ ПОЛКУ
Знаешь ли ты, что...
Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
Это не сказка, не фантастика!
Такой проект реально разработан и испытан!
Итальянские ученые изобрели рубашку, позволяющую поддерживать постоянную температуру тела. Ученые обещают, что летом в ней не будет жарко, а зимой – холодно, поскольку она сшита из специальных материалов. Подобные материалы уже используются при космических полетах.
В старых пулеметах "Максим" нагревание воды предохраняло оружие от расплавления.
На кухне, поднимая посуду, наполненную горячей жидкостью, чтобы не обжечься, можно использовать только сухую тряпку. Теплопроводность воздуха намного меньше, чем у воды! А ткань структура очень рыхлая, и все прмежутки между волокнами заполнены у сухой тряпки воздухом, а у влажной - водой. Смотри, не обожгись!
Огонь в решете
Явление, о котором рассказано ниже демонстрирует свойство металлов хорошо проводить тепло.
Если изготовить сетку из проволоки, обеспечив хорошее соединение металла в местах перекрещивания проволоки, и поместить ее над газовой горелкой, то можно при включенном вентиле поджечь газ над сеткой, в то время как под сеткой он гореть не будет. А если зажечь газ под сеткой, то наверх через сетку огонь « не просочится»!
В те времена, когда еще не было электрических шахтерских лампочек, пользовались лампой Дэви.
Это была свеча, «посаженная» в металлическую клетку. И даже, если шахта наполнялась легковоспламеняющимися газами, лампа Дэви была безопасна и не вызывала взрыва - пламя не выходило за пределы лампы,благодаря металлической сетке.
Положить на лежащие рядом на столе кусок пенопласта (или дерева) и зеркало ладони, то ощущения от этих предметов будут разными: пенопласт покажется теплее, а зеркало - холоднее.
Почему?
Ведь температура окружающего воздуха одинаковая!
Стекло - хороший проводник тепла (обладает высокой теплопроводностью), и сразу начнет "отбирать" от руки тепло. Рука будет ощущать холод! Пенопласт хуже проводит тепло. Он тоже будет, нагреваясь, "отбирать" тепло у руки, но медленнее, поэтому и покажется теплее.
ДОМАШНИЕ ОПЫТЫ
Оберните толстый гвоздь или металлический стержень полоской бумаги в один слой. Подержите над пламенем свечи до момента возгорания, засеките время. Объясните, почему бумага загорелась не сразу.
Используйте свои руки как термодатчики – обследуйте окружающие вас предметы. Найдите самые холодные на ощупь, сделайте вывод об их теплопроводности. По своим ощущениям составьте список веществ, обладающих разной теплопроводностью, от самой хорошей до самой плохой.
Подберите ложки из разных материалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и т.д.). Опустите их наполовину в сосуд с горячей водой. Через 1–2 мин проверьте, одинаково ли нагрелись их ручки. Проанализируйте результат.
Приготовьте три одинаковых кусочка льда, один из них заверните в фольгу, второй – в бумагу, третий– в вату и оставьте на блюдцах в комнате. Определите время полного таяния. Объясните разницу.
Приготовьте в морозилке лед. Сложите его в целлофановый пакет и оберните пуховым платком или обложите ватой. Можно дополнительно завернуть в шубу. Оставьте этот сверток на 5–7 ч,затем проверьте сохранность льда. Объясните наблюдаемое состояние. Предложите дома способ сохранения замороженных продуктов при размораживании холодильника.
ЗАДАЧИ ДЛЯ УМЕЮЩИХ ДУМАТЬ
(или " покумекаем"?)
1. Какая почва прогревается солнцем быстрее: влажная или сухая? Почему?
2. Почему толстый человек в холодной воде меньше мерзнет, чем худой?
3. Человек не чувствует прохлады на воздухе при температуре 20 градусов Цельсия, но в воде мерзнет при температуре 25 градусов Цельсия. Почему?
4. Если зимой к замерзшему стеклу(покрытому инеем) трамвая или автобуса приложить на одинаковое время палец, а другим пальцем прижать монету, то площадь оттаивания под монетой окажется больше.
Почему?
Теплообмен между двумя средами происходит через разделяющую их твердую стенку или через поверхность раздела между ними.
Теплота способна переходить только от тела с более высокой температурой к телу менее нагретому.
Теплообмен всегда протекает так, что убыль внутренней энергии одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих в теплообмене.
Теплопроводность
Теплопроводность - это вид теплопередачи, при котором происходит непосредственная пе¬редача энергии от частиц (молекул, атомов) более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.
Теплопроводность не сопровождается переносом вещества! Следует помнить, что при теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, пере¬носится лишь энергия.
Теплопроводность различных веществ разная.
Можно провести следующий опыт – взят стакан с горячей водой и положить туда ложки из различных матераиалов (алюминиевую, мельхиоровую, стальную, деревянную и пластмассовую) Через 3 минуты посмотреть, одинаково ли нагрелись ложки?? Проанализируйте результат
Из таблицы видно, что металлы обладают самой высокой теплопроводностью, причем у разных металлов теплопроводность отличается.
Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.
Рассмотрим опыт с теплопроводностью жидкостей. Если в бочку с водой опустить на дно лед, а верхний слой воды нагревать кипятильником. То вода у поверхности скоро закипит, а лед внизу не растает. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.
Плохой теплопроводностью обладают также воло¬сы, перья, 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). 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.
Металлы - твердые тела - жидкости - газы
Ослабление теплопроводности
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применя¬ют вещества с малой теплопроводностью. Так, ручки у кранов на батарее делают из пластмассы, также из аналогичного сплава делают ручки для кастрюль. Дома строят из бревен или пористого кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а зна¬чит, предохраняют помещения от охлаждения.
В настоящее время во многих регионах здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту Сваи делают из прочного твердого материала, а внутри они заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
11 г. Морозовск, Филиал Университетского казачьего кадетского корпуса-интерната ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)», 8/1 взвод
Мосина О.В. (г. Морозовск, Филиал Университетского казачьего кадетского корпуса-интерната ФГБОУ ВО «Московский государственный университет технологий и управления имени К.Г. Разумовского (Первый казачий университет)»)
Перышкин А.В. Физика 8 класс. – М.: Дрофа, 2012.
Блудов М.И. Беседы по физике часть 1. – М.: Просвещение, 1984.
URL: http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm.
URL: 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.
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 тепловых явлениях;
- 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;
Основная часть
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.
Практическая часть
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.
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.
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 штативе горизонтально закреплён стержень. На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска металлические гвоздики.
К краю стержня подносят свечу. Поскольку край стержня нагревается, то постепенно стержень прогревается. Когда тепло доходит до места крепления гвоздиков со стержнем, стеарин плавится, и гвоздик падает. Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.
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:
1. проволоки изогнуть в виде буквы «Г»;
2. укрепить их с внешней стороны банки при помощи резиновых колец;
3. 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.
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.
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.
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!
Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки делают из пластмассы или дерева.
Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения.
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.
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).
Библиографическая ссылка
Беляевский И.А. ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ // Международный школьный научный вестник. – 2017. – № 1. – С. 72-76;URL: http://school-herald.ru/ru/article/view?id=143 (дата обращения: 20.02.2019).
