Урок 01. температура и тепловое движение. внутренняя энергия. способы изменения внутренней энергии — Физика — 8 класс

Конспект объясняющего модуля

Тип урока – урок открытия нового знания.

Цели:

— сформировать у учащихся умения реализации новых способов действия;
— ввести понятие внутренней энергии и способы ее изменения;
— развивать логическое мышление, воспитывать интерес к физике.

Формирование УУД (универсальных учебных действий):

Познавательные УУД:

— поиск и выделение новой информации по теме;
— нахождение ответов на вопросы, используя свой жизненный опыт и информацию, полученную на уроке;
— построение логической цепи рассуждений;
— умение переносить и применять знания по данной теме в новых условиях;

Регулятивные УУД:

— умение ориентироваться в своей системе знаний;
— оценивать правильность выполнения действия;
— умение корректировать действие после его завершения;
— высказывать свое предположение;
— развитие контроля и самоконтроля;

Коммуникативные УУД:

— умение оформлять свои мысли в письменной форме;

Личностные УУД:

— способность к самооценке на основе критерия успешности учебной деятельности;
— развитие логического мышления;
— развитие памяти, наблюдательности, внимания;
— расширение кругозора учащихся.

Планируемые результаты:

предметные

— умение давать определение теплового движения и объяснять, почему температура является мерой средней кинетической энергии теплового движения частиц;
— умение объяснять принцип действия жидкостного термометра и называть назначение термометров различных видов;
— умение переводить температуру из градусов Цельсия в кельвины и наоборот;
— умение объяснять физические явления на основе полученных знаний о тепловом движении частиц вещества.
— умение давать определения понятий внутренней энергии и теплопередачи;
— умение перечислять факторы, от которых зависит и не зависит внутренняя энергия и использовать их для объяснения физических явлений и решения качественных задач.

личностные

— формирование целостной картины мира;
— развитие самостоятельности и личной ответственности за свои поступки; в том числе в информационной деятельности;

метапредметные

— овладение способностью принимать и сохранять цели и задачи учебной деятельности, поиска средств ее осуществления;
— освоение способов решения проблем творческого и поискового характера;
— овладение логическими действиями сравнения, анализа, синтеза, обобщения, классификации по родовидовым признакам, установления аналогий и причинно-следственных связей, построения рассуждений, отнесения к известным понятиям;
— овладение базовыми предметными и межпредметными понятиями, отражающими существенные связи и отношения между объектами и процессами.

— Организационный этап

Мотивационный модуль

Выполняется упражнение на соответствие картинки и надписей и формулируется тема урока.

— Объяснение нового материала

Объясняющий модуль

Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия, 8 класс

Конспект урока по физике в 8 классе

Кошикова Виктория Александровна,

учитель физики

МБОУ СОШ № 47 города Белгорода
Белгородской области

Тема урока: «Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия».

Тепловое движение. Температура. Внутренняя энергия

Цель урока: организовать деятельность по восприятию, осмыслению и первичному запоминанию новых знаний и способов деятельности.

Ход урока

1. Организационный этап

2. Актуализация субъектного опыта учащихся

Фронтальный опрос

1. Как называются частицы, из которых состоят вещества? (молекулы)

2. Как изменится объем тела при уменьшении и увеличении температуры вещества? (при увеличении температуры – увеличивается, а при уменьшении — уменьшается)

3. Что такое диффузия? (процесс проникновения молекул одного вещества между молекулами другого)

4. Какие три состояния вещества вы знаете? (твердое, жидкое, газообразное)

5. Одинаково ли быстро протекает диффузия в газах, жидкостях и твердых телах? (наиболее быстро в газах, затем в жидкостях, а лишь потом в твердых телах)

6. Имеются ли различия между молекулами льда, воды и пара? (нет)

7. Как расположены и как движутся молекула газа, жидкости и твердого тела? (молекулы газа – хаотично движутся, жидкости – находятся в узлах кристаллической решетки и могут перемешаться с одного места на другое, а молекулы твердого тела – находясь в узлах кристаллической решетки лишь вращаются и колеблются, но покидать свои места не могут )

3. Изучение новых знаний и способов деятельности

В окружающим мире происходят различные явления, которые связанны с нагреванием и охлаждением тел.

Ощущения тепла и холода является субъективным фактором, что можно доказать с помощью опытов:

1. три сосуда с водой (холодной, горячей и комнатной температуры). Поместить одну руку в холодную воду, вторую в горячую, а затем обе руки в теплую. Опишите свои ощущения.

2. дотроньтесь одной рукой до крышки парты, а второй до ее ножки. Опишите свои ощущения.

Вопрос: С помощью ощущений возможно судить о температуре тел?

Для измерения температуры были созданы приборы, которые называются термометры.

Демонстрация термометра:

— цена деления

— точность измерения

— диапазон температур

Примеры шкал: Цельсия, Фаренгейта, Кельвина.

Вопрос: При какой температуре диффузия происходит быстрее и почему?

Ответ: При высокой, т.к. скорость движения молекул и температура связанны между собой.

Беспорядочное движение молекул называется тепловым движением. Оно никогда не прекращается.

Внутренняя энергия – это суммарная энергия движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело.

Тело всегда обладает внутренней энергией.

U-внутренняя энергия (Дж)

U>0 Всегда!

Закон сохранения энергии: полная энергия равна сумме механической и внутренней энергий и она остается постоянной при всех взаимодействиях.

4. Первичная проверка понимания изученного

Ответьте на вопросы:

1. Какое движение называют тепловым? (беспорядочное движение молекул)

2. Что понимают под внутренней энергией? (суммарная энергия движения и взаимодействия всех частиц, из которых состоит тело)

3. В чем различие между механической и внутренней энергиями? (Механическая энергия — это энергия движения тела (кинетическая) и взаимодействия тела с другими телами (потенциальная). А внутренняя — энергия, обусловленная тепловым движением молекул тела).

5. Закрепление изученного

Работа по сборнику задач Лукашик № 915, 918, 919

6. Итоги, домашнее задание

п.1,2

7. Рефлексия

Список использованной литературы

1. Перышкин А.В. Физика. 8 класс. — М.: Дрофа, 2009.

2. Громов С.В., Родина Н.А. Физика. 9 класс – М.: Просвещение, 2002.

3. Лукашик В.И., Иванова Е.В. Сборник задач по физике 7-9 класс – М.: Просвещение, 2008.

Тепловое движение: внутренняя энергия

Как вы думаете, от чего зависит скорость растворения сахара в воде? Можете провести простой эксперимент. Возьмите два куска сахара и киньте один в стакан с кипятком, другой – в стакан с холодной водой.

Вы увидите, как сахар в кипятке растворится в несколько раз быстрее, чем в холодной воде. Причиной растворения является диффузия. Значит, диффузия происходит быстрее при более высокой температуре. А причина диффузии – это движение молекул. Следовательно, мы делаем вывод, что молекулы при более высокой температуре движутся быстрее. То есть, скорость их движения зависит от температуры. Именно поэтому беспорядочное хаотическое движение молекул, из которых состоят тела, называют тепловым движением.

Тепловое движение молекул

При повышении температуры усиливается тепловое движение молекул, меняются свойства вещества. Твердое тело тает, превращаясь в жидкость, жидкость испаряется, переходя в газообразное состояние. Соответственно, если температуру понижать, то будет уменьшаться и средняя энергия теплового движения молекул, а соответственно, процессы изменения агрегатного состояния тел будут происходить в обратном направлении: вода будет конденсироваться в жидкость, жидкость будет замерзать, переходя в твердое состояние. При этом, мы всегда говорим о средних значениях температуры и скорости молекул, так как всегда присутствуют частицы с большими и меньшими значениями этих величин.

Молекулы в веществах движутся, проходя определенное расстояние, следовательно, совершают некую работу. То есть, мы можем говорить о кинетической энергии частиц. Вследствие их взаимного расположения существует также и потенциальная энергия молекул. Когда идет речь о кинетической и потенциальной энергии тел, то мы говорим о существовании полной механической энергии тел. Если кинетической и потенциальной энергией обладают частицы тела, следовательно, можно говорить о сумме этих энергии, как о самостоятельной величине.

Внутренняя энергия тела

Рассмотрим пример. Если мы кидаем упругий мячик об пол, то кинетическая энергия его движения полностью переходит в потенциальную в момент касания пола, а потом вновь переходит в кинетическую, когда он отскакивает. Если же мы бросим тяжелый железный мячик на твердую неупругую поверхность, то мячик приземлится, не отскакивая. Его кинетическая и потенциальная энергии после приземления будут равны нулю. Куда же подевалась энергия? Она просто исчезла? Если мы изучим шарик и поверхность после столкновения, то увидим, что шарик немного сплющился, на поверхности осталась вмятина, и оба они слегка нагрелись. То есть произошло изменение в расположении молекул тел, а также увеличилась температура. Это означает, что изменились кинетическая и потенциальная энергия частиц тела. Энергия тела никуда не пропала, она перешла во внутреннюю энергию тела. Внутренней энергией называют кинетическую и потенциальную энергию всех частиц тела. Столкновение тел вызвало изменение внутренней энергии, она увеличилась, а механическая энергия уменьшилась. В этом и состоит закон сохранения энергии. Энергия не возникает из ниоткуда и не исчезает в никуда. Она только переходит из одного состояния в другое.

Нужна помощь в учебе?

Предыдущая тема: Превращение энергии: закон сохранения энергии
Следующая тема:&nbsp&nbsp&nbspСпособы изменения внутренней энергии

Технологическая карта урока по физике в 8 классе по теме «Внутренняя энергия»

Технологическая карта урока по физике в 8 классе по теме «Внутренняя энергия».

Структура и ход урока.

Приложение№1.

Игра «Наведи порядок».

1. Тепловые явления – это физические процессы, происходящие только при повышении температуры.

(Тепловые явления – это физические явления, происходящие с изменением температуры.)

2. Температура – это прибор, характеризующий степень нагретости тела.

(Температура – это физическая величина, характеризующая степень нагретости тела.)

3. Термометр – это физическая величина, которой измеряют температуру тела.

(Термометр – это прибор, которым измеряют температуру тела.)

4. Тепловое движение – это упорядоченное, направленное движение молекул.

(Тепловое движение – это непрерывное беспорядочное движение молекул.)

5. Диффузия в газах, жидкостях и твердых телах протекает одинаково быстро.

(Скорость диффузии зависит от температуры и агрегатного состояния вещества.)

6. Тепловое движение не зависит от температуры.

(Тепловое движение зависит от температуры.)

7. Все атомы состоят из молекул.

(Все молекулы состоят из атомов.)

8. Молекулы всегда находятся в покое.

(Молекулы движутся хаотично и непрерывно.)

Приложение№2.

Энергия.

Энергия всем и повсюду нужна,

Для всех и везде она очень важна.

Для нашей Земли, для лампочки яркой,

Для нашего тела, что б двигалось смело.

Для мамы энергия тоже нужна,

Что бы семью накормить обедом.

Для папы, картину прибить на стене,

Сестренке, цветочки полить на окне…

Любую работу свершаем мы с ней,

Энергии много и нет тут проблем.

(Наконечная Мария 7-б класс)

Приложение№3.

Примеры рисунков.

Приложение№4.

Вы утверждаете.

1. Существует механическая энергия: кинетическая и потенциальная.

ФЭЗ№1.

Приборы и материалы: брусок, трибометр, шарик.

1. Движение бруска по поверхности трибометра.

2. Падение шарика на стол.

3. Ответьте на вопросы.

а) Назовите виды энергии.

б) Как преобразуются кинетическая энергия и потенциальная в опытах?

в) Что происходит с энергией бруска, шарика?

г) От каких физических величин зависит механическая энергия?

Вывод. Энергия сама по себе не появляется и не исчезает бесследно. Энергия превращается из одного вида в другой. Механическая энергия зависит от скорости движения, массы и расположения данного тела относительно других тел.

Вы утверждаете.

2. У молекул тоже есть энергия. Так как тепловое движение молекул никогда не прекращается, то тела всегда обладают энергией. Такую энергию называют внутренней.

ФЭЗ№2.

Приборы и материалы: фольга алюминиевая, картон.

1. Прижмите фольгу к картону, убедитесь, что для перемещения фольги по поверхности картона нужно приложить силу.

2. Потрите фольгу о картон, сделав 10 движений вперед-назад.

3. Потрите фольгу о картон, сделав 20 движений.

4. Ответьте на вопросы.

А) Как изменилась температура фольги и полоски картона после совершения работы?

Б) Как изменилась внутренняя энергия фольги после совершения работы?

В) Сравните внутреннюю энергию фольги в первом случае и втором? Где больше? Почему?

Вывод. Внутренняя энергия – это энергия движения и взаимодействия молекул. Она зависит от скорости движения молекул и их взаимного расположения.

Приложение№5.

«Проверь себя»!

1. Какое движение называется тепловым?

2.Что понимают под внутренней энергией?

3.В чем различие между механической и внутренней энергией?

4.Можно ли увеличить внутреннюю энергию тела, не изменяя характера движения молекул?

5.Верно ли утверждение: при теплообмене энергия всегда переходит от тел с большей внутренней энергией к телам с меньшей внутренней энергией?

Приложение№6.

Правила написания синквэйна.

В первой строчке тема называется одним словом (обычно существительным).

Вторая строчка — это написание темы в двух словах (двумя прилагательными).

Третья строчка — это описание действия в рамках этой темы тремя словами.

Четвертая строчка — это фраза из четырех слов, показывающая отношение к теме.

Последняя строка – это синоним из одного слова, который повторяет суть темы.

Примеры синквэйнов, составленные учениками.

Энергия

Большая, маленькая.

Спасет, проведет,  сохранит.

О себе забывать не велит.

Тепло.

Энергия.

Механическая,  внутренняя.

Работает, согревает, превращает.

Никуда от нас  не исчезает.

Закон.

Энергия.

Тепловая, внутренняя.

Увеличивается, уменьшается, превращается.

Движением молекул  объясняется.

Физика.

Литература.

1. А.В. Перышкин. Физика 8 класс. Учебник

2. С.Е. Полянский «Поурочные разработки по физике 8 класс»/М.: ВАКО, 2004.-336с.

Презентация к уроку
PPTX / 526.4 Кб

Конспект к уроку физики «Тепловые явления. Температура» 8 класс | Уроки по Физике

Конспект к уроку физики «Тепловые явления. Температура» 8 класс

24.08.2015

5854

833

Рашидов Руслан Рашидулы

Цели: дать понятие теплового движения молекулы; ввести понятие температуры; познакомить учащихся с основными характеристиками теп¬ловых процессов, с тепловым движением как особым видом движения.
Побуждать учащихся к преодолению трудностей в процессе умственной деятельности, воспитать интерес к физике.
Ход урока
I. Организационный момент
II. Анализ итогов контрольной работы
В начале урока следует сделать короткий анализ итогов контрольной рабо¬ты, обратив внимание учеников на решение наиболее интересных задач.
Если были ошибки в решении качественных задач, можно прокоммен¬тировать их решение.
III. Повторение
— Как называются частицы, из которых состоят вещества?
— Какие наблюдения свидетельствуют, что размеры молекул малы?
— Какие явления показывают, что вещества состоят из частиц, раз¬деленных промежутками?
Как изменяется объем тела при уменьшении или увеличении расстояния между частицами?
— Что такое диффузия?
— Одинаково ли быстро протекает диффузия в газах, жидкостях и в твердых телах?
— Почему твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы?
— Какие явления указывают на то, что молекулы не только притя¬гиваются друг к другу, но и отталкиваются?
— Что вы знаете о молекулах одного и того же вещества? Какие три состояния вещества вы знаете?
Имеются ли различия между молекулами льда, воды, водяного пара?
— Как расположены и как движутся молекулы газа, жидкости и твердые тела?
IV. Изучение нового материала
План изложения нового материала:
1. Определение тепловых явлений.
2. Измерение температуры. Термометр.
3. Тепловое движение.
1. В окружающем мире происходят различные физические явления, ко¬торые связаны с нагреванием и охлаждением тел.Словами «холодный», «теплый», «горячий» указывают на различную степень нагретости тела и говорят о различной температуре. Для объективности измерений температуры были созданы различного рода термометры. Нетрудно убедиться, что при повышении температуры газа возраста его давление на стенки сосуда.
Проводится демонстрация: химическая пробирка, закрытая пробкой индикатором давления, стакан с теплой водой. Пробирка опускается в стакан с теплой водой, давление на индикаторе повышается.
2. Опыт показывает, что в основном все твердые тела и жидкости расширяются при повышении температуры. Таким образом, явление теплового расширения тел тоже может быть использовано для измерения температуры.
В повседневной деятельности мы часто встречаемся с понятиями «холодно», «горячо». Однако ощущение тепла и холода является субъективным фактором. В субъективности теплового ощущения учащиеся могут убедиться на следующих опытах:
а) на столе устанавливают три сосуда с водой: один с горячей водой второй — с холодной и третий — с теплой. Предлагают одному желающем; ученику поместить левую руку в сосуд с горячей водой, а правую — в cocyд с холодной. Через некоторое время предлагают ученику обе руки опустить в сосуд с теплой водой. Ученик сообщает, что теперь правая рука чувствует тепло, а левая — холод, хотя обе руки находятся в одной и той же воде;
б) учитель предлагает учащимся левой рукой дотронуться до деревянного предмета (например, стол, стул), а правой — до металлического. Хотя предметы находятся в классе при одной и той же температуре, левая рука ощущает тепло, правая — холод.
Отсюда делается вывод: с помощью ощущений судить о температуре невозможно.
Первый прибор для объективной оценки температуры был изобретен Гали леем в 1592 г. Термоскоп Галилея был очень чувствителен к изменению температуры. Газовые термометры используются в науке в качестве образцовой прибора, по которому градуируются все остальные термометры.
Самое широкое применение на практике приобрели жидкостные термо¬метры, в которых для регистрации температуры используется тепловое расширение жидкости. Чаще всего для этих целей используют ртуть или, подкрашенный спирт.
Демонстрируются два термометра, обращают внимание на устройство медицинского термометра, и на диапазон температур. Формулируются пра¬вила, обеспечивающие сохранность термометра и правильность измерений.
1) Определить, в каких диапазонах температур можно производить из¬мерения с помощью данного термометра.
2) Определить цену деления шкалы и определить, с какой точностью можно измерить температуру с помощью данного термометра.
Совершенствованием термометров занимались много ученых. Каждый из них создавал свою шкалу. Некоторые из этих шкал широко распростра¬нялись, другие, наоборот, быстро забылись. В настоящее время в большинстве стран для научных и практических елей используется Международная практическая температурная шкала. За нуль принимается температура плавления льда при нормальном ат¬мосферном давлении (101,325 Па). Температуре кипения дистиллирован¬ной воды при нормальном атмосферном давлении приписывается значение 100 градусов. Шкала делится на 100 равных частей — градусов, каждый градус можно вновь поделить на равные доли.
Во Франции (и до революции в России) применялась шкала Реомюра, предложенная французским естествоиспытателем Р. Реомюром в 1730 г. В Англии и США до сих пор используется шкала Фаренгейта. Кипение воды по шкале Реомюра равно 80 °R, по шкале Фаренгейта 212 °F. Такой произ¬вольный выбор нуля температур существенно усложняет теоретические выводы, приводит к громоздким формулам и ненужным вычислениям.
У. Томсон в .1848 г. (получивший впоследствии за научные заслуги ти¬тул лорда Кельвина) предложил ввести новую шкалу температур, которая называется абсолютной. Нулевой уровень -273,15 °С.
Важно отметить, что любое измерение температуры требует времени. Время необходимо для того, чтобы термометр мог войти в состояние теп¬лового равновесия с телом, температуру которого мы измеряем.
Фактически термометр показывает собственную температуру, которая в состоянии теплового равновесия равна температуре тела.
3. Учащимся уже известно, что диффузия при более высокой темпера¬туре происходит быстрее. Для доказательства этого факта можно проде¬монстрировать опыт: опустить два кристаллика медного купороса в стакан с холодной и горячей водой. Во втором стакане скорость диффузии будет выше. Это означает, что скорость движения молекул и температура связа¬ны между собой. Наблюдение за явлением диффузии позволило устано¬вить: скорость движения частиц вещества зависит от температуры.
Теплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная, разница меж¬ду ними лишь в скорости движения молекул. Каждая молекула движется по очень сложной траектории.
Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют те¬пловым движением. В тепловом движении участвуют все молекулы тела.
Вывод; температура — это физическая характеристика состояния веще¬ства, определяемая средней кинетической энергией хаотичного движения частиц вещества. С ростом температуры- растет их средняя кинетическая энергия.
Важнейшим понятием тепловых явлений является тепловое движение.
Беспорядочное движение частиц, из которых состоит тело, называ¬ется тепловым движением.
Учитель должен обратить внимание учеников на то, что тепловое дви¬жение отличается от механического тем, что в нем участвуют очень много частиц и каждая движется беспорядочно.
Тепловое движение никогда не прекращается. Оно может лишь менять интенсивность. Траектория одной молекулы — ломаная линия. Чем больше частиц в веществе, тем более замысловатую форму имеет траектория отдельной частицы. Элементарный фрагмент такой ломаной — длина свободного пробега от соударения до соударения одной частицы с другой.
IV. Закрепление изученного
— Как меняется давление газа при изменении его температуры (при постоянном объеме)?
— Как меняются размеры твердых тел и жидкостей при изменении их температуры?
— Что мы понимаем под температурой вещества?
— Сформулируйте правила измерения температуры воды, воздуха
— Какие температурные шкалы вам известны?
— Какие точки приняты в качестве основных на шкале Цельсия?
Домашнее задание
1. § 1-2 учебника; вопросы и задания к параграфу.
2. Экспериментальное задание (для желающих). В стакан с холодно! водой осторожно долить горячей воды. Измерить температуру воды у дна стакана, в середине и у поверхности. Какой можно сделать вы¬вод? Как правильно измерять температуру жидкости?

Полный текст материала смотрите в скачиваемом файле.
На странице приведен только фрагмент материала.

8 класс.ФизикаТема урока: Тепловое движение.Температура.Чем отличается движение молекул в

Какое количество теплоты выделится при конденсации водяного пара массой 3 кг при температуре 100оС? Удельная теплота парообразования воды равна 2,3∙10
…

6 Дж/кг.
2,3 МДж
6,9МДж
3 МДж
23 МДж

Погрешность измерения тока I специальным амперметром, рассчитанным на токи до Imax=50 мА, определяется только погрешностью считывания и равна ΔI=1 мА.
…

У вас в распоряжении много таких амперметров.
Какое наименьшее количество амперметров нужно использовать, чтобы можно было измерить ток 1 А с наименьшей относительной погрешностью?
Чему равна относительная погрешность измерения такого тока? Ответ выразите в процентах, округлите до целого числа.

222. Первую треть пути автомобиль проехал с постоянной скоростью 10 км/ч, вторую треть со скоростно 60 км/ч, третью 30 км/ч. Вычислите среднюю скорост
…

ь автомобиля на всем пути.
(С РЕШЕНИЕМ!!!)
Спасибо!!!!!

Извините, я не уловил мысль. Помогите понять, что имелось ввиду. «Как и в случае равномерного движения, можно пользоваться формулой [tex]s \: = ut[/t
…

ex]для определения пути, пройденного за данный промежуток времени при определённой средней скорости, и формулой [tex]t \: = \frac{s}{u} [/tex]для определения времени, за которое пройден данный путь с данной средней скоростью. Но пользоваться этими формулами можно только для того участка пути и для того промежутка времени, для которых эта средняя скорость была рассчитана. Например, зная среднюю скорость на участке пути AB и зная длину AB, можно определить время, за которое был пройден этот участок, но нельзя найти время, за которое была пройдена половина участка АВ, т.к. средняя скорость на половине участка при неравномерном движении, вообще говоря, не будет равна средней скорости на всём участке.Что имеется ввиду под предпоследним предложением? Объясните просторно и понятно, даю 40 баллов​

ПОЖАЛУЙСТА, СРОЧНО!
1). Известно, что нота «до» первой октавы имеет частоту 262 Hz. Также известно, что частоты двух одноимённых нот соседних октав от
…

личаются ровно в 2 раза. В какой октаве находится звук, порождённые колебаниями, ищображенными на графике? (график приложен)
2). Нарисовать график
3). Определить музыкальный инструмент

Для того, чтобы быстрее остудить кастрюлю с горячей водой, Вам предложили:
1) поставить кастрюлю на лёд,
2) положить лёд на крышку кастрюли.
Выберите
…

один из вариантов и обоснуйте его.

В системе, показанной на рисунке, все нити невесомы и находятся в вертикальном положении. Верхний груз в два раза легче нижнего. Верхняя нить натянута
…

с силой
T1=19
Н, нижняя — с силой
T3=10
Н. Определите силу натяжения средней нити T2
.

28. На полиці стоять дві бронзові статуетки, одна з яких є учетверо зменшеною копією другої. У скільки разів відрізняються тиски, що створюють ці стат
…

уетки на полицю? 29. Знайти максимальну висоту колони, яку можна збудувати з каменю, що має межу міцності на стискання 5 МПа і густину 5000 кг/м3. Вважати g = 10 м/с2. 30. Який тиск чинить вода на нижню поверхню плоскої крижинки площею 20 см2 та масою 500 г?

Визначити омічний опір коливального контуру, індуктивність якого 1 Гн, якщо за час 0,01 с амплітуда напруги на конденсаторі зменшуєтся в 4 рази

Решите пожалуйста 3 задачи​

Тепловые явления. Температура. Физика. 8 класс. — Объяснение нового материала.

Комментарии преподавателя

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.

1. Какие тепловые явления вы знаете? 

2. Как протекает диффузия при разных температурах? 

3. Мерой чего является температура тела? 

4. Чем отличается горячая вода от холодной? 

5. В каком растворе — горячем или холодном — быстрее просаливаются огурцы? Почему? 

6. Что такое тепловое движение? Почему оно так называется? Чем оно отличается от механического движения тел? 

7. На чем основано действие термометров?

8. Когда и кем был изобретен первый жидкостный термометр?

Задание 2. Проведи домашний опыт.

Возьмите три тазика с водой: один — с очень горячей, другой — с умеренно теплой, а третий — с очень холодной. Теперь ненадолго опустите левую руку в тазик с горячей водой, а правую — с холодной. Через пару минут извлеките руки из горячей и холодной воды и опустите их в тазик с теплой водой. Теперь спросите каждую руку, что она «скажет» вам о температуре воды?

Задание 3. Сделай сам! 

Термометр.

Возьми маленький стеклянный пузырек (в таких пузырьках в аптеках продают, например, зеленку), пробку (лучше резиновую) и тоненькую прозрачную трубочку (можно взять пустой прозрачный стерженек от шариковой ручки).

Проделай отверстие в пробке и закрой пузырек. Набери в трубочку капельку подкрашенной воды и вставь стержень в пробку. Хорошенько загерметизируй щель между пробкой и стержнем.

Термометр готов.

Теперь необходимо отградуировать его, т.е. сделать измерительную шкалу.

Понятно, что при нагревании воздуха в пузырьке он будет расширяться, и капелька жидкости будет подниматься по трубочке вверх. Твоя задача отметить на стерженьке или прикрепленной к нему картонке деления, соответствующие разным температурам.

Для градуировки можно взять еще один готовый термометр и опустить оба термометра в стакан с теплой водой. Показания термометров должны совпадать. Поэтому, если готовый термометр показывает температуру, например, 40 градусов, можете смело ставить отметину «40» на стерженьке своего термометра в том месте, где находится капелька жидкости. Вода в стакане будет остывать, и ты сможешь таким образом разметить измерительную шкалу.

Можно сделать термометр, полностью заполнив его жидкостью.

А можно и иначе:

Проделай в крышке пластиковой бутылки отверстие и вставь тонкую пластиковую  трубочку.

Бутылку частично заполни водой и закрепи на стене. У свободного конца трубочки разметь температурную шкалу. Отградуировать шкалу можно с помощью обычного комнатного термометра. 

При изменении температуры в комнате вода будет расширяться или сжиматься, и уровень воды

в трубочке тоже  «поползет» по шкале.

А можно и  посмотреть, как работает  термометр! 

Обхвати  бутылку  руками и погрей ее. 

Что произошло с уровнем воды в трубочке? 

К занятию прикреплены файлы » Памятка.» и «В мире интересного.». Вы можете скачать файлы и использовать их в любое нужное и удобное для вас время.

Что такое тепло? Что такое температура?

Это начинает серию уроков, которые знакомят студентов с жарой и температурой. Я преподаю их в контексте своего раздела «Изменения в атмосфере Земли», чтобы применить понимание теплопередачи к атмосферным явлениям в отличие от отдельных уроков по физике.

Этот набор уроков заставляет учащихся задуматься о том, как тепло передается посредством теплопроводности, конвекции и излучения.

Вы начинаете с выяснения идей учащихся относительно тепла и температуры, после чего вовлекаете их в обсуждение их идей.

Сначала идет урок от Американского химического общества, , где учащиеся выполняют задание, в котором тепло передается от горячей воды к металлическим моечным машинам, а затем от горячих металлических моечных машин к воде. Студенты будут просматривать молекулярную анимацию, чтобы лучше понять процесс проведения на молекулярном уровне. Студенты также нарисуют свои собственные модели процесса проведения.

Затем ученики наблюдают за скоростью реакции растворения таблеток Алка-Зельцера в воде с разной температурой, чтобы проиллюстрировать, что молекулы воды и частицы таблеток движутся быстрее, когда вода нагревается, а также предоставить наглядный пример того, как тепло представляет собой движение молекул.

Лаборатория, моделирующая парниковый эффект, рассматривает нагревание почвы и воды с «атмосферой» и без нее как часть исследования теплопередачи за счет излучения. Я также использую это время, чтобы обсудить несколько вариантов использования слова «излучение».

Мы заканчиваем наше исследование теплопередачи, рассматривая конвекцию и конвекционные токи в серии мини-лабораторий, а затем завершаем задачу проектирования, когда студентам предлагается спроектировать и сконструировать изолирующее устройство, которое будет сохранять тепло 250 мл воды в течение длительного времени. .

ШТОК

В эти уроки встроены упражнения, в которых учащиеся используют технологии для сбора данных, изучают и применяют науку о передаче энергии, используют математические навыки при проектировании и построении модели, включающей принципы STEM.

Наука и инженерная практика

Планирование и проведение расследований

Планирование и проведение расследований в 6-8 основаны на опыте K-5 и прогрессе, чтобы включать расследования, которые используют несколько переменных и предоставляют доказательства для поддержки объяснений или решений.

• Спланируйте расследование индивидуально и совместно, а также при разработке: определите независимые и зависимые переменные и элементы управления, какие инструменты необходимы для сбора данных, как будут регистрироваться измерения и сколько данных необходимо для подтверждения заявления.

Построение пояснений и разработка решений

Построение объяснений и разработка решений в 6–8 основано на опыте K – 5 и включает построение объяснений и разработку решений, подкрепленных многочисленными источниками доказательств, согласующихся с научными идеями, принципами и теориями.

• Применять научные идеи или принципы для проектирования, конструирования и / или тестирования конструкции объекта, инструмента, процесса или системы.

Участвовать в доводе на основании доказательств

Использование аргументов на основе свидетельств в 6–8 основывается на опыте учащихся K – 5 и приводит к построению убедительного аргумента, который поддерживает или опровергает утверждения относительно объяснений или решений о естественном и спроектированном мире (ах).

• Сконструировать, использовать и / или представить устные и письменные аргументы, подкрепленные эмпирическими данными и научным обоснованием, для поддержки или опровержения объяснения или модели явления или решения проблемы.

Основные дисциплинарные идеи

PS3.A Определения энергии

PS3.B Сохранение энергии и передача энергии

ETS1.A Определение и разграничение инженерной проблемы

ETS1.B Разработка возможных решений

1. Тепло — это субстанция.
2. Тепло — это не энергия.
3. Температура — это свойство определенного материала или объекта. (Металл естественно холоднее пластика).
4. Температура объекта зависит от его размера.
5. Тепло и холод — разные вещи, а не противоположные концы континуума.
6. Объекты разной температуры, которые находятся в контакте друг с другом или с воздухом разной температуры, не обязательно движутся к одной и той же температуре.
7. Кинетическая теория на самом деле не объясняет теплопередачу. (Его читают, но не верят).
8. Предметы, которые быстро нагреваются (проводники тепла), не могут быстро стать холодными.

Расчет калорий, сохранение вещества и исследование равновесия 5 «Передача энергии» Уровень химического взаимодействия скачать на ppt

Презентация на тему: «Тепло: расчет калорий, сохранение вещества и исследование равновесия 5» «Передача энергии». Химические взаимодействия 8 класс.»- стенограмма презентации:

ins [data-ad-slot = «4502451947»] {display: none! important;}}
@media (max-width: 800px) {# place_14> ins: not ([data-ad-slot = «4502451947»]) {display: none! important;}}
@media (max-width: 800px) {# place_14 {width: 250px;}}
@media (max-width: 500 пикселей) {# place_14 {width: 120px;}}
]]>

1

Тепло: расчет калорий, сохранение вещества и исследование равновесия 5 «Передача энергии» Химические взаимодействия 8 класс

2

Калорийность температуры измеряется в градусах Цельсия (* C).Тепло не измеряется в градусах Цельсия. Тепло измеряется в калориях (кал). Калория — это единица тепла в метрической системе.

3

Расчет тепла Количество тепла, необходимое для изменения температуры, если масса воды измеряется в калориях.

4

Уравнение калорийности Уравнение для расчета количества тепла, необходимого для нагрева или охлаждения массы воды, имеет вид… cal = m x T

5

Уравнение калорий (продолжение) Количество калорий, необходимое для изменения температуры воды, равно массе воды (в граммах), умноженной на изменение температуры (в градусах Цельсия).Вода: 1 мл = 1 г = 1 * Цельсия

6

Сохранение энергии Количество энергии в системе всегда одинаково — энергия никогда не создается и энергия не разрушается.

7

Передача энергии Энергия может передаваться из одного места в другое. Энергия может быть преобразована из одного вида энергии в другой вид энергии.т.е. смешивание горячей и холодной воды = теплая вода

8

Равновесие Каждый раз, когда частица с высокой кинетической энергией от горячей воды ударяется о частицу с низкой кинетической энергией от холодной воды, кинетическая энергия обеих частиц изменяется: частица горячей воды замедляется, а частица холодной воды ускоряется.

9

Конечная средняя скорость Конечная средняя скорость частиц была выше, чем у частиц в исходной холодной воде, и медленнее, чем в исходной горячей воде.

10

Равновесная передача энергии продолжается, поскольку частицы продолжают сталкиваться друг с другом. Но количество частиц, получающих энергию, будет таким же, как количество частиц, теряющих энергию. Температура будет стабильной.

11

Равновесие Когда система находится в равновесии и нет передачи чистой энергии, система находится в равновесии.При смешивании горячей и холодной воды конечной температурой была ее равновесная температура.

12

Словарь по передаче энергии Калорийность (кал): единица тепла; количество тепла, необходимое для повышения температуры 1 г (грамма) воды до 1 * (* градусов) C. Проводимость: передача энергии в результате контакта между частицами.

13

Словарь по передаче энергии Передача энергии: движение энергии из места с большим количеством энергии в место с меньшим количеством энергии.Равновесие: состояние системы, при котором не происходит заметных изменений.

14

Словарь по передаче энергии Передача энергии: движение энергии из места с большим количеством энергии в место с меньшим количеством энергии. Равновесие: состояние системы, при котором не происходит никаких наблюдаемых изменений.

15

Словарь терминов по передаче энергии Тепло: форма энергии, связанная с кинетической энергией частиц.Кинетическая энергия: энергия движения. Кинетическая энергия частиц — это тепло.

16

Словарь по передаче энергии Температура: мера средней кинетической энергии частиц вещества.

17

FOSS Web FOSS Web Multimedia: Смешивание потоков энергии горячей и холодной воды http://www.fossweb.com/

Отопление как передача энергии | Тепло: передача энергии

Отопление как передача энергии

В предыдущей главе мы рассмотрели тепловые системы.Тепловая энергия объекта — это количество энергии, которое он имеет внутри, другими словами, его внутренняя энергия. В тепловой системе тепловая энергия передается от одного объекта к другому. Тепло — это передача тепловой энергии от системы к окружающей среде или от одного объекта к другому. Эта передача энергии происходит от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.

Очень важно знать, что в науке тепло и температура — это не одно и то же.

• Тепло — это передача тепловой энергии от системы к ее окружению или от одного объекта к другому в результате разницы температур. Теплота измеряется в джоулях (Дж). Это потому, что тепло — это передача энергии.

• Температура — это мера того, насколько горячим или холодным является вещество, которое измеряется в градусах Цельсия (° C). Температура — это мера средней кинетической энергии частиц в объекте или системе.Мы используем термометр для измерения температуры объекта или вещества.

Заполните следующую таблицу, чтобы суммировать разницу между теплом и температурой

Вот заполненная таблица:

Тепло — это передача энергии.Во время передачи энергии энергия перемещается от более горячего объекта к более холодному. Это означает, что более горячий объект остынет, а более холодный — нагреется. Передача энергии будет продолжаться до тех пор, пока оба объекта не достигнут одинаковой температуры.

Существует 3 способа передачи тепловой энергии от одного объекта / вещества к другому или от системы к окружающей среде:

1. Проводимость
2. Конвекция
3. Радиация

Рэп-песня, которая познакомит вас (и поможет запомнить!) Проводимости, конвекции и излучения.

Давайте рассмотрим их подробнее.

Проводимость

• проводимость
• проводник
• изолятор

Предлагается ввести эту тему: спросить учащихся, что происходит с металлической чайной ложкой, когда они кладут ее в свой горячий напиток. Если возможно, кратко продемонстрируйте это в классе, даже используя стакан с горячей водой и металлический стержень.Кроме того, используйте пластиковую чайную ложку, чтобы продемонстрировать разницу, поскольку пластик является изолятором.

Вы замечали, что, когда вы кладете холодную металлическую чайную ложку в чашку горячего чая, ручка чайной ложки также через некоторое время нагревается? Вы когда-нибудь задумывались, как это тепло «переходило» от горячего чая к холодной чайной ложке и согревало ее? Это один из способов передачи энергии, который называется проводимостью и . Давайте узнаем, как это работает.

Как ручка металлической чайной ложки нагревается в чашке чая?

Когда энергия передается объекту, энергия частиц увеличивается. Это означает, что частицы обладают большей кинетической энергией, и они начинают двигаться и вибрировать быстрее. По мере того, как частицы движутся быстрее, они «натыкаются» на другие частицы и передают часть своей энергии этим соседним частицам. Таким образом, энергия передается через вещество на другой конец. Этот процесс называется проводимостью .Частицы проводят энергию через вещество, как показано на схеме.

Продемонстрируем это практически.

Установите эту демонстрацию перед классом, когда вы начнете говорить о дирижировании.

МАТЕРИАЛЫ:

• Горелка Бунзена
• металлический стержень
• Вазелин
• канцелярские скрепки, канцелярские кнопки или английские булавки
• две деревянные подставки или стопка книг или деревянных блоков для создания двух подставок с обеих сторон
• 2 колышка

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Установите устройство, как показано на схеме.
2. Покройте стержень вазелином и поместите его между двумя стойками с колышками, чтобы он не скатился, и удерживайте его на месте. Стержень должен выходить за левую стойку, и здесь должна быть размещена горелка Бунзена, чтобы вазелин не плавился из-за излучения горелки Бунзена, а проводился вдоль металлического стержня.
3. Прикрепите канцелярские скрепки или булавки к стержню, воткнув их в вазелин.
4. Зажгите горелку Бунзена и нагрейте один конец стержня.
5. Наблюдайте, как бумажные булавки или булавки одна за другой выпадают, когда энергия проходит через стержень.

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Ваш учитель настроит демонстрацию, как показано на схеме ниже.
2. Понаблюдайте, что происходит с булавками или скрепками, когда зажигается горелка Бунзена и к одному концу металлического стержня прикладывается тепло.

В качестве упражнения на удлинение вы можете включить еще одно исследование, в котором вы измеряете скорость передачи энергии по металлическому стержню.Повторите эксперимент, поместив булавки для рисования с интервалом 5 см на длинный металлический стержень. Зажмите металлический стержень и нагрейте один конец над горелкой Бунзена. Используйте секундомер, чтобы отследить, сколько времени требуется, чтобы каждая канцелярская булавка упала, и запишите результаты на графике. Это можно было бы еще больше расширить, используя разные металлы и поместив все результаты на один набор осей. Градиент графиков дает скорость теплопроводности.

ВОПРОСЫ:

Когда горит горелка Бунзена, что происходит со стержнем прямо над ней?

Энергия передается металлу стержня прямо над ним.Тепловая энергия этой части стержня увеличивается, и стержень нагревается.

Какая булавка или скрепка упала с металлического стержня первой? Ближайший или самый дальний от горелки Бунзена?

Ближайший к горелке Бунзена упал первым.

Что это говорит нам о том, как тепло проходит по стержню?

Тепло передается от наиболее горячего к более холодному концу стержня.

Давайте снова подумаем о чайной ложке в чае.Чай горячий, а металлическая ложка холодная. Когда вы кладете металлическую чайную ложку в горячий чай, часть тепловой энергии чая передается металлическим частицам. Частицы металла начинают быстрее вибрировать и сталкиваться с соседними частицами. Эти столкновения распространяют тепловую энергию вверх через чайную ложку. От этого ручка чайной ложки становится горячей.

Проводимость — это передача тепловой энергии между соприкасающимися объектами. В примере с чайной ложкой частицы чая соприкасаются с частицами металлической ложки, которые, в свою очередь, соприкасаются друг с другом, и именно так тепло передается от одного объекта к другому.

Все ли материалы проводят тепло одинаково? Давай выясним.

Заблуждения о температуре. Как вы думаете, почему ваш ковер зимой теплее плитки? Посмотрите это видео, чтобы узнать.

В ответ на видео в поле на полях о том, почему ваш ковер зимой теплее плитки, вы можете вернуться к этому вопросу после того, как проведете следующее расследование, а также посмотрите на пример формы для торта и торта. прямо из духовки.Вы можете вести обсуждение следующим образом:

• Сначала спросите учащихся, почему они предпочли бы зимой стоять на ковре, а не на плитке. Они, наверное, ответят, что ковер теплее.
• Затем спросите их, какова, по их мнению, температура каждой поверхности. Учащиеся могут сказать, что им кажется, что плитка имеет более низкую температуру, чем ковер, потому что он кажется более холодным. Это неверно, так как плитка и ковер будут иметь одинаковую температуру, поскольку они оба находились в одной и той же среде в течение некоторого времени, и поэтому будут иметь одинаковую температуру.
• Однако, если вы снова зададите этот вопрос учащимся после проведения следующего исследования, а также после просмотра примера с тортами и тортами, они могут тогда понять, что это еще один пример разницы в проводимости.
• А именно, плитка и ковер имеют одинаковую температуру, но плитка лучше проводит энергию и поэтому отводит тепло от ваших ног быстрее, чем ковер, из-за чего плитка становится холоднее в помещении. на самом деле они находятся при одинаковой температуре.

Это исследование покажет учащимся, что металлы проводят тепло лучше, чем неметаллы. Если возможно, посмотрите видео Veritasium, предоставленное по ссылке для посещения, перед занятием о заблуждениях, связанных с температурой, и которое демонстрирует эту деятельность. Начните с того, что попросите учащихся почувствовать блоки и спросите, какой из них холоднее. Алюминиевый блок будет холоднее.Затем спросите их, какой блок, по их мнению, растопит кубик льда быстрее всего. Как и на видео, большинство людей думают, что кубик льда на пластиковом блоке тает быстрее, так как он кажется более теплым, чем алюминиевый блок. Однако это заблуждение, и на занятиях будет продемонстрировано, что на самом деле именно алюминиевый блок заставляет кубик льда плавиться быстрее, поскольку металлы являются лучшими проводниками тепла.

ЦЕЛЬ: Исследовать, какие материалы являются лучшими проводниками тепла.

В этом исследовании мы разместим кубик льда на пластиковом блоке и на алюминиевом блоке и будем наблюдать, какой кубик льда тает быстрее всего.

ГИПОТЕЗА: Напишите гипотезу для этого исследования. Как вы думаете, какой блок растопит кубик льда быстрее всего?

Учащиеся могут предположить, что кубик льда тает на пластике быстрее, чем на алюминиевом блоке.Если они это сделают, убедитесь, что они вернутся, чтобы отвергнуть свою гипотезу и пересмотреть ее.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• пластиковый блок
• алюминиевый блок
• кубиков льда
• пластиковое кольцо для удержания кубика льда на блоке

Вы можете использовать любой кусок пластика и алюминия (или другого металла), который сможете найти.по возможности используйте круглое кольцо, чтобы не пролить талую воду.

МЕТОД:

Сначала почувствуйте пластиковый блок и алюминиевый блок. Опишите, что они чувствуют.

Учащиеся заметят, что пластиковый блок на ощупь теплее металлического.

1. Поместите кубик льда на каждый блок и наблюдайте, что происходит.

НАБЛЮДЕНИЯ:

Какой кубик льда начинает таять первым и самым быстрым?

Сначала тает кубик льда на алюминиево-металлическом блоке.

Это то, что вы думали? Вернитесь к своей гипотезе.

Ответ, зависящий от учащегося. Большинство людей ошибочно считают, что кубик льда тает быстрее на пластиковом блоке, чем на металлическом.

ВЫВОДЫ:

Как вы можете сделать вывод о том, какой материал (пластик или металл) лучше всего проводит тепло?

Металл лучше проводит тепло, чем пластик, поскольку кубик льда на металле плавится первым.

Мы обсудим это в следующем абзаце о том, почему это происходит.

Так как это работает? Это связано с теплопроводностью и — скоростью, с которой тепло передается от одного объекта к другому.

Когда вы изначально почувствовали блоки, вы почувствовали, что пластиковый блок теплее.Но мы заметили, что алюминиевый или металлический блок растопил кубик льда быстрее. Это потому, что металлический блок быстрее проводит тепло к кубику льда. Пластиковый блок является худшим проводником тепла, поэтому кубику льда передается меньше тепла, и он не тает так быстро.

Почему тогда алюминиевый блок холоднее пластикового?

Это связано с тем, что алюминий быстрее отводит тепло от руки, чем пластик.Поэтому алюминиевый блок кажется холоднее, а пластиковый — теплее. Когда вы касаетесь чего-либо, вы на самом деле не чувствуете температуру. Скорее вы чувствуете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Давайте подумаем о другом примере выпечки торта. Представьте, что вы только что закончили печь пирог в духовке при температуре 180 ° C.

Выпечка торта в духовке в металлической жести.

Когда вы вынимаете торт из духовки, что, скорее всего, обожжет вас больше: металлическая форма для выпечки или торт?

Скорее всего, форма для торта вызовет более серьезные ожоги.

В качестве следующего вопроса предложите учащимся поразмышлять о том, что они думают о температуре формы для торта и самой емкости. Многие люди ошибочно полагают, что олово горячее, чем торт, поскольку оно на горячее. На самом деле они имеют одинаковую температуру, так как они оба выпекали при 180 ° C.

Вы думаете, что торт и форма имеют одинаковую температуру, когда вы вынимаете их из духовки? Почему?

Да, пирог и форма имеют одинаковую температуру, так как выпекались при 180 oC.Учащиеся могут быть склонны сказать, что олово имеет более высокую температуру, чем торт, поскольку оно кажется более горячим, а металлическое олово вызовет более серьезный ожог, чем настоящий торт. Это заблуждение, и вы должны это обсудить. Как и в случае с алюминиево-пластиковым блоком, форма для выпечки и пирог имеют одинаковую температуру. Но металлическое олово проводит тепло к вашей руке быстрее, чем торт. Таким образом, металлическая банка будет более горячей на ощупь и с большей вероятностью вызовет серьезный ожог, чем торт.Когда вы касаетесь чего-либо, вы на самом деле не чувствуете температуру. Скорее вы чувствуете скорость, с которой тепло отводится от вас или к вам.

Если у вас есть возможность, посмотрите видео в поле Visit , набрав ссылку в своем интернет-браузере, даже на мобильном телефоне. В этом видео демонстрируется пример формы для торта и торта.

То, что мы видели здесь, является еще одним примером теплопроводности.Форма будет проводить тепло к вашей руке намного быстрее, чем торт, поэтому форма обожжет вас, а торт — нет. Форма и пирог имеют одинаковую температуру.

Итак, что мы узнали? Металлы проводят тепло лучше неметаллов.

• Существуют вещества, через которые проходит тепловая энергия, поэтому они называются проводниками .

• Существуют вещества, которые не позволяют проводить через них тепловую энергию, поэтому они называются изоляторами .

Это ссылка на то, что мы узнали из книги «Материя и материалы» о свойствах материалов и о том, как их свойства определяют их использование. Напомните учащимся о действиях, которые они выполняли в разделе «Материя и материалы», особенно связанных с проводимостью.

Помните, что то, что материал кажется на холоднее, не означает, что он имеет более низкую температуру.Возможно, он быстрее отводит тепло от вашей руки.

Теперь, когда мы знаем, что металлы являются хорошими проводниками тепла, считаете ли вы, что все металлы одинаково хорошо проводят тепло? Давайте разберемся, какие металлы являются лучшими проводниками.

Посмотрим, какой металл лучше проводит тепловую энергию. Для этого посмотрим, какой металл нагревается первым.

Убедитесь, что вы знаете, как безопасно пользоваться горелкой Бунзена.

Теперь, когда мы установили, что металлы проводят тепловую энергию лучше, чем неметаллы, учащиеся будут исследовать, какие металлы являются лучшими проводниками тепла. Это исследование требует большего количества тепла, чем предыдущее, поэтому учащиеся не должны проверять проводимость пальцами.

Потратьте несколько минут, прежде чем учащиеся начнут, демонстрируя правильную процедуру зажигания горелки Бунзена.В Интернете есть много различных обучающих видео, например, тот, который указан в поле для посещения на полях. Вот список инструкций для вашей справки:

1. Убедитесь, что вы работаете на подходящей поверхности, например, на огнестойком коврике, и что она чистая и не загромождена.
2. Убедитесь, что газовая трубка в хорошем состоянии и не погибнет.
3. Надежно подсоедините горелку к выходу для газа и убедитесь, что она не будет легко отсоединена при перемещении горелки Бунзена.
4. Убедитесь, что воротник у основания горелки Бунзена и отверстие для воздуха закрыты.
5. Сначала зажгите спичку, держа ее подальше от горелки Бунзена.
6. Включите газ другой рукой и поднесите спичку к горелке Бунзена, чтобы зажечь ее.
7. Отрегулируйте отверстие для воздуха, открыв его так, чтобы пламя стало сильнее.
8. Отрегулируйте интенсивность пламени с помощью воротника внизу.

Вы можете попросить учащихся нарисовать плакаты, объясняющие, как зажечь горелку Бунзена, в качестве дополнительного упражнения, если вы чувствуете, что им нужна дополнительная практика и напоминания.

Помните, что штативы и металлические стержни, которые используют учащиеся, сильно нагреваются во время этого эксперимента. Обязательно дайте устройству остыть перед тем, как упаковать его.

ЦЕЛЬ: Определить, являются ли одни металлы проводниками тепла лучше, чем другие металлы.

ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПЕРЕМЕННЫХ:

Прочтите метод и внимательно посмотрите на схему исследования, чтобы определить различные требуемые переменные.

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Тестируемый материал i.е. железо, медь, латунь или алюминий

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь изменить?

Это будет независимая переменная

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Время, необходимое для того, чтобы булавка упала.

Как мы называем переменную, которую вы собираетесь измерять?

Какие переменные должны оставаться неизменными?

Длина и толщина материала должны быть одинаковыми для каждого используемого материала.Расстояние канцелярской кнопки от источника тепла.

Как мы называем переменные, которые должны оставаться неизменными?

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Учащиеся могут предположить, какой металл, по их мнению, будет лучшим проводником, например, медный стержень будет лучшим проводником.

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• Горелка Бунзена
• Вазелин
• Пруток из меди, железа, латуни и алюминия
• секундомер
• канцелярские кнопки
• штатив
• картон или бумага
• совпадения

Перечисленные здесь материалы являются рекомендациями.Вы можете использовать альтернативный аппарат, чтобы продолжить расследование. Например, для нагрева стержней можно использовать спиртовку. Если у вас нет подставки для штатива, вы можете поместить металлические стержни на другую подставку, например на деревянный брусок, так чтобы их концы выступали с одной стороны, чтобы они по-прежнему доходили до горелки Бунзена. Скрепки также можно использовать вместо булавок для рисования. Тип металла не имеет значения, если у вас есть разные металлы одинаковой длины.

МЕТОД:

1. Приклейте плоский конец канцелярской кнопки к концу каждого из металлических стержней с помощью вазелина.Постарайтесь использовать одинаковое количество вазелина для каждой канцелярской кнопки.
2. Поместите картон на штатив.
3. Выровняйте металлические стержни на картоне так, чтобы один конец каждого находился над горелкой Бунзена.
4. Зажгите горелку Бунзена.
5. С помощью секундомера измерьте, сколько времени требуется, чтобы каждый из штифтов упал.
6. Запишите результаты в таблицу.
7. Нарисуйте гистограмму, чтобы проиллюстрировать ваши результаты.

Картон является изолятором и препятствует передаче тепла от стержней к штативу. Потеря тепла стержнями может повлиять на результаты.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Запишите результаты в следующую таблицу.

Теперь нарисуйте гистограмму, чтобы показать свои результаты.Не забудьте дать своему графику заголовок, чтобы описать, что он представляет.

Какая переменная должна быть на горизонтальной оси абсцисс?

Тип материала должен быть на горизонтальной оси. Это независимая переменная.

Какая переменная должна быть на вертикальной оси?

Время, необходимое для того, чтобы канцелярская булавка упала, должно относиться к вертикальной оси. Это зависимая переменная.

Как вы думаете, почему гистограмма подходит для этого расследования?

Независимая переменная / тип материала не является числовым значением, поэтому для него не требуется числовая строка.Гистограмма используется для представления нечисловых или прерывистых данных.

Независимая переменная всегда отображается по оси x, а зависимая переменная — по оси y. Обе оси должны быть помечены и показывать единицы измерения. График должен иметь заголовок.

Здесь приводится примерный набор данных с гистограммой для справки.Ваши результаты могут отличаться от представленных здесь.

АНАЛИЗ:

Какой столбец на вашем графике самый длинный?

Самым длинным стержнем должен быть утюг.

Какой столбик самый короткий?

Самым коротким стержнем должен быть медный стержень.

Запишите материалы в порядке отвода тепла от самого быстрого к самому медленному.

Ответ, зависящий от активности.

Почему плавится вазелин?

Тепло передается посредством теплопроводности через металлический стержень к вазелину, вызывая повышение его температуры, а затем изменение состояния (твердое состояние на жидкое).

Как вы думаете, почему было необходимо разместить кусок картона или бумаги на штативе под металлическими стержнями. Подсказка: подставка для штатива также сделана из металла.

Картон действует как изолятор, предотвращая передачу тепла на подставку от стержней.В рамках этого эксперимента тепло должно передаваться только к различным металлическим стержням.

Как вы думаете, почему необходимо использовать одинаковое количество вазелина на концах каждого стержня?

Это сделано для того, чтобы тест был честным, в противном случае некоторые канцелярские кнопки могут застрять лучше, чем другие, что приведет к неточным результатам.

Как вы думаете, мы могли бы провести это расследование, если бы наши стержни были разной длины? Почему?

Нет, в противном случае это было бы нечестное испытание, поскольку нагревание одних стержней придется проводить дальше, чем других, что приведет к неточным результатам.

ОЦЕНКА:

Всегда важно оценивать наши исследования, чтобы увидеть, есть ли что-то, что мы могли бы изменить или улучшить.

Есть ли что-нибудь, что пошло не так в вашем расследовании, что вы могли бы предотвратить?

Ответ, зависящий от учащегося.

Если бы вам пришлось повторить это расследование, что бы вы изменили?

Ответ, зависящий от учащегося. Примеры включают: повторение одного и того же эксперимента три раза и усреднение результатов, увеличение количества тестируемых металлов.

ВЫВОДЫ:

Напишите заключение для этого исследования о том, какой металл является лучшим проводником тепла.

Этот ответ будет зависеть от результатов их экспериментов и конкретных металлов, которые вы использовали в исследовании.

В этом разделе мы рассмотрели, как тепло проходит через металлические стержни и другие предметы. Это были все твердых объектов. Как энергия передается через жидкости или газы? Давайте узнаем в следующем разделе.

Конвекция

• конвекция
• конвекционный ток

В качестве введения к этому разделу вы можете смоделировать концепцию «сидения в ванне», наполнив прямоугольную пластиковую ванну или небольшой резервуар для воды холодной водой, а затем налив горячей водой с одной стороны.Предложите учащимся почувствовать холодную сторону ванны, а затем почувствовать ее через несколько минут.

Если вам удастся достать лавовую лампу, это может стать очень увлекательным вступлением к уроку. Вы можете выключить свет и поставить лавовую лампу на стол, когда ученики войдут в класс. Затем вы можете объяснить, что собираетесь выяснить, почему капли поднимаются, а затем падают обратно в лавовую лампу. Если у вас нет лавовой лампы, вы также можете посмотреть это видео:

Представьте горшок с водой на плите.Только дно кастрюли касается плиты, но вся вода внутри кастрюли, даже вода, не касающаяся стенок, становится теплее. Как энергия передается по воде в горшке? Передача энергии происходит из-за конвекции .

Давайте выполним упражнение, которое поможет нам визуализировать, как происходит конвекция.

Цветные конвекционные токи (видео)

МАТЕРИАЛЫ:

• Стеклянный стакан 200 мл
• перманганат калия
• Горелка Бунзена или спирта, штатив, проволочная сетка

Учтите, что вам нужно всего несколько зерен перманганата калия, иначе вы ничего не увидите.

Альтернативой вышеуказанным материалам является:

1. Отрежьте горлышко прозрачной емкости 4 или 5 л.
2. Наполните емкость на три четверти холодной водопроводной водой.
3. Налейте цветную горячую воду (может быть окрашена пищевым красителем) в небольшую бутылку с легко снимаемой крышкой. Закройте крышку.
4. Опустите маленькую бутылку в контейнер.
5. После опускания осторожно откройте его, затем осторожно выньте руку из контейнера с крышкой.
6. Обратите внимание на то, что цветная горячая вода поднимается из маленькой бутылки через холодную воду, а затем снова падает вниз, охлаждая на своем пути вверх — наблюдайте за конвекционными потоками.

ИНСТРУКЦИЯ:

Учащиеся не должны просто бросать перманганат калия в воду. Важно, чтобы они осторожно поместили его на дно стакана с одной стороны, чтобы они могли видеть, как движутся потоки в воде.

1. Наполните стакан холодной водопроводной водой наполовину.
2. Осторожно нанесите небольшое количество перманганата калия на одну сторону стакана. НЕ РАЗМЕШАТЬ.
3. Нагрейте воду с перманганатом калия непосредственно под стенкой стакана с помощью бунзеновской / спиртовой горелки и наблюдайте, что произойдет.
4. Поставьте контрольный эксперимент и поместите несколько зерен перманганата калия на дно стакана, наполненного водой.Не нагревайте этот стакан и наблюдайте за тем, что происходит.

ВОПРОСЫ:

Что вы увидели, когда вода в нагретом стакане начала нагреваться? Нарисуйте картинку, чтобы показать то, что вы видите.

Учащиеся должны увидеть фиолетовый цвет растворенного перманганата калия, движущийся по кругу вверх через воду.

Что происходит с перманганатом калия в этом стакане?

По мере того, как перманганат калия растворяется в воде, он протаскивается через воду.

Не могли бы вы объяснить узор, который вы видели?

Теплая вода поднимается и заменяется более холодной водой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

На данный момент учащиеся не знакомы с теорией конвективных токов, поэтому их ответы будут довольно простыми.

Сравните это со стаканом, который не был нагрет. Что вы наблюдали в этом стакане?

Перманганат калия растворяется, но не образует восходящих токов.Он будет равномерно и плотно диффундировать по дну стакана. Через долгое время он равномерно распределится по воде.

Давайте теперь объясним, что мы наблюдали в последней активности. Конвекция — это передача тепловой энергии из одного места в другое за счет движения частиц газа или жидкости. Как это произошло?

При нагревании газа или жидкости вещество расширяется.Это связано с тем, что частицы в жидкостях и газах приобретают кинетическую энергию при нагревании и начинают двигаться быстрее. Поэтому они занимают больше места по мере того, как частицы отдаляются друг от друга. Это заставляет нагретую жидкость или газ двигаться вверх, а более холодную жидкость или газ — вниз. Когда теплая жидкость или газ достигают вершины, они снова охлаждаются и, следовательно, снова движутся вниз.

Затем мы говорим, что нагретая жидкость или газ менее плотны, поскольку те же частицы теперь занимают большее пространство.Мы узнаем больше о плотности в следующем году в Gr 8.

В последнем действии частицы воды приобрели кинетическую энергию и разошлись друг от друга, занимая больше места. Затем эта вода движется вверх, поскольку она менее плотная, чем холодная вода, то есть она легче, чем холодная вода. Мы могли наблюдать это, когда перманганат калия растворялся в воде и перемещался вместе с частицами воды, а затем снова перемещался вниз по мере охлаждения воды.

Это движение жидкости или газа называется конвекционным потоком , и энергия передается от одной области в жидкости или газе к другой. Взгляните на диаграмму, показывающую конвекционный ток.

Учащимся нужно быть осторожными с этим экспериментом. Т-образный картон легко зажечь свечой, и им следует быть осторожными, чтобы не обжечь пальцы при зажигании свечей.

МАТЕРИАЛЫ:

• Картон Т-образный
• свеча
• скрученная бумага или шина
• стакан
• спичечный коробок

ИНСТРУКЦИЯ:

Вы можете капнуть немного воска на основу, а затем прикрепить к нему свечу, чтобы она стояла.

1. Зажгите свечу и поместите ее в стакан сбоку от стакана.
2. Поместите Т-образный картон в стакан так, чтобы между дном стакана и картоном оставался небольшой зазор.
3. Зажгите скрученный рулон бумаги и подержите его в стакане с противоположной стороны от свечи, как показано на рисунке.
4. Посмотрите, что происходит с дымом.

ВОПРОСЫ:

Что происходит с дымом от бумаги?

Дым опускается под картон и поднимается вверх рядом со свечой.

ПРИМЕЧАНИЕ:

Некоторые частицы дыма могут двигаться вверх.

Как вы думаете, почему дым движется таким образом?

Свеча нагревает воздух над собой, что создает конвекционный поток, который втягивает более холодный воздух с другой стороны картона к свече.Это движение частиц воздуха увлекает за собой частицы дыма. Частицы дыма позволяют нам визуализировать конвекционное течение.

В последних двух действиях мы наблюдали конвекционные токи в жидкости и в газе. Конвекционные токи могут образовываться только в газах и жидкостях, поскольку эти частицы могут свободно перемещаться. Они не удерживаются в фиксированных положениях, как в твердом теле.Твердые частицы удерживаются вместе слишком плотно, чтобы они могли двигаться при нагревании. Твердые частицы будут вибрировать быстрее только при нагревании, но не сдвинутся со своих позиций.

Твердые частицы будут двигаться со своих позиций только тогда, когда они наберут достаточно кинетической энергии, чтобы произошло изменение состояния, и твердое тело расплавится и станет жидкостью.

Капли в лавовой лампе движутся вверх и вниз в лампе, сначала нагреваясь и расширяясь, а затем достигая поверхности и остывая, так что они снова опускаются вниз.

Капли в лавовой лампе движутся вверх и вниз, показывая нам конвекционные токи, поскольку лампа обеспечивает источник тепла внизу.

Как работает лавовая лампа? (видео)

Теперь, когда мы узнали о конвекции, как мы можем применить это в окружающем нас мире? Интересно узнать о концепциях и теориях в науке, но еще интереснее, когда мы узнаем, как это влияет на нашу повседневную жизнь.

Представьте, что вашему учителю дали обогреватель и кондиционер для вашего класса. Обогреватель согреет ваш класс зимой, а кондиционер сохранит прохладу летом. Вы должны помочь своему учителю решить, где каждый предмет должен быть помещен в классе. Идти по стене у потолка или у пола? Они должны идти рядом с окном?

Это фотография кондиционера.

ИНСТРУКЦИЯ:

Разделитесь на группы по 2 или 3 человека.

Обсудите, где в классе вы бы разместили обогреватель, чтобы он мог эффективно обогревать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Обогреватель следует ставить возле пола. По мере того, как он нагревает воздух вокруг себя, теплый воздух поднимается и заменяется холодным.Затем прохладный воздух нагревается и поднимается. Это создает конвекционный поток, который нагревает всю комнату. На диаграмме должна быть показана восходящая циркуляция теплого воздуха.

Обсудите, где в классе вы бы установили кондиционер, чтобы он мог эффективно охлаждать комнату. Нарисуйте схему, поясняющую ваш выбор.

Кондиционер следует размещать под потолком.По мере того, как он охлаждает теплый воздух у потолка, холодный воздух движется вниз к полу и заменяется теплым воздухом снизу. Затем теплый воздух охлаждается кондиционером. Это создает конвекционный поток, который охлаждает всю комнату. На диаграмме должна быть показана нисходящая циркуляция холодного воздуха.

Попытайтесь найти специалиста по кондиционерам или отоплению, с которым вы сможете пройти собеседование.Попросите их объяснить, как лучше всего установить кондиционер и обогреватель.

Теперь мы рассмотрели, как энергия передается через различные материалы, будь то твердые тела (проводимость) или жидкости и газы (конвекция). Но что делать, если нет частиц, передающих тепловую энергию? Есть ли еще способ передачи энергии?

Радиация

• радиация
• матовый
• отражают
• поглотить

Вы когда-нибудь задумывались, как Солнце может согреть нас, даже если оно так далеко? Энергия передается от Солнца всему на Земле.Солнцу не обязательно касаться Земли для передачи энергии. Кроме того, между Землей и Солнцем есть пространство. Энергия Солнца способна согреть нас, даже не касаясь нас.

Этот перенос энергии называется излучением и . Он отличается от проводимости или конвекции, поскольку не требует, чтобы предметы касались друг друга или движения частиц.

Радиация происходит от греческого слова радиус , означающего луч света.

Солнце излучает тепло во всех направлениях. Энергия передается через космос на Землю

Свету требуется около 8 минут, чтобы добраться от Солнца до Земли.

Мы также можем видеть, как тепло передается радиацией здесь, на Земле, а не только между Солнцем и Землей. Продемонстрируем разницу между излучением и конвекцией с помощью свечи.

Предлагается сделать это в качестве демонстрации и разбить учащихся на небольшие группы.Затем вы можете контролировать, насколько близко они прикладывают руки к пламени. Обратите внимание, что тепло излучается на во всех направлениях на вокруг источника тепловой энергии (включая верхнюю часть свечи). То, что заставляет нас чувствовать тепло вверху, — это эффект конвекционных потоков горячего воздуха, движущихся вверх. Сначала им следует подержать руки над пламенем, чтобы почувствовать тепло от конвекции. Затем они должны подержать руки рядом, чтобы почувствовать теплоотдачу от излучения. Наконец, вы также можете продемонстрировать проводимость, используя металлическую ложку и держа ее в огне.

МАТЕРИАЛЫ:

• свеча в подсвечнике
• металлическая ложка или металлический стержень
• совпадения

ИНСТРУКЦИЯ:

1. Зажгите свечу и поместите ее в подсвечник. Ваш учитель может сделать это и попросить вас подходить к демонстрации целыми группами.
2. Сначала держите руку над свечой.
3. Затем возьмитесь за свечу рукой.
4. Ответьте на следующие вопросы.

ВОПРОСЫ:

Теперь мы знаем, что тепло от свечи передается воздуху вокруг нее. Они согреются. Куда уйдет этот воздух?

Частицы воздуха будут двигаться вверх.

Итак, когда вы держите руку над свечой, что вы чувствуете и почему?

Когда вы держите руку над свечой, частицы теплого воздуха передают энергию вашей руке, заставляя ее нагреваться, и вы чувствуете повышение температуры.

Но как насчет того, чтобы держать руку за свечу? Чувствуете ли вы тепло от свечи?

Это не конвекция, поскольку частицы воздуха не перемещаются вбок, когда они нагреваются от пламени.Итак, как энергия передается вашей руке, когда вы чувствуете тепло на стороне свечи?

Энергия передается излучением.

Наконец, если ваш учитель поместит металлическую ложку в пламя свечи, и вы почувствуете конец, что вы почувствуете через некоторое время?

Как передавалась энергия от пламени на конец ложки?

Передача энергии проводилась.

На этой фотографии показаны все три формы передачи тепла. Объясните, какой тип теплопередачи представлен каждой рукой.

Энергия передается тремя способами.

Рука справа, держащая ложку, представляет собой теплопроводность, поскольку тепло передается от пламени через металл ложки.Рука над свечой представляет собой конвекцию, поскольку тепло передается от пламени движущимися частицами воздуха, которые нагреваются и поднимаются вверх. Рука над свечой также будет испытывать тепло от излучения, поскольку тепло распространяется во всех направлениях. Рука слева рядом со свечой представляет излучение, когда энергия передается от источника через пространство к руке.

Как мы видели в предыдущем упражнении, энергия передается от свечи к вашей руке посредством конвекции и излучения.Вы когда-нибудь стояли рядом с огромным огнем? Вы почувствуете излучаемое тепло, даже если воздух может быть очень холодным. Это потому, что энергия передается вам посредством излучения через промежутки между частицами в воздухе.

Что если вы дотронетесь до черной или белой стены? Как вы думаете, есть ли разница в том, как разные поверхности поглощают и отражают излучение ? Давайте узнаем, проведя расследование.

В этом исследовании рассматривается, как различные материалы поглощают или отражают излучение.Важно, чтобы площадь поверхности каждого материала оставалась одинаковой, чтобы результаты были надежными. Это расследование лучше всего работает в жаркий солнечный день. Постарайтесь найти самое солнечное место на территории школы, чтобы провести расследование.

Мы собираемся исследовать, какие поверхности поглощают больше всего тепла, используя темную бумагу, светлую бумагу и блестящую бумагу, такую ​​как алюминиевая фольга. Мы будем использовать температуру внутри конверта, сделанного из каждого вида бумаги, как меру количества тепла, поглощаемого бумагой.Как вы думаете, почему мы можем это сделать?

Обсудите это со своим классом, так как важно, чтобы они понимали, почему они проводят расследование. Когда бумажный конверт поглощает тепло, энергия передается воздуху внутри конвертов. Это вызовет повышение температуры, которое покажет термометр. Чем больше энергии поглощается, тем больше энергии передается внутрь и тем выше температура.Бумага, отражающая наибольшее количество энергии, покажет наименьшее повышение температуры.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ВОПРОС:

Какие поверхности будут поглощать больше всего солнечного излучения и, следовательно, быстрее всего увеличивать температуру?

ПЕРЕМЕННЫЕ

Какую переменную вы собираетесь измерять?

Температура вещества.

Как мы называем измеряемую вами переменную?

Какую переменную вы собираетесь изменить?

Как мы называем эту переменную?

Что должно быть одинаковым для всех различных материалов?

Площадь поверхности каждого вещества, подвергающегося воздействию Солнца, должна быть одинаковой (т. Е.размер конверта). Продолжительность воздействия солнечных лучей на материалы.

ГИПОТЕЗА:

Напишите гипотезу для этого расследования.

Ответ, зависящий от учащегося. Гипотеза может быть такой: «Блестящая поверхность будет поглощать меньше всего тепла, а черная / темная бумага — больше всего».’

МАТЕРИАЛЫ И АППАРАТ:

• черная матовая бумага
• Белая книга
• фольга алюминиевая
• 3 спиртовых термометра
• секундомер или таймер
• клей или скотч

Вы также можете расширить исследование, протестировав больше цветов, например красный и желтый, чтобы увидеть их сравнение.

МЕТОД:

1. Сложите каждый лист бумаги и алюминиевую фольгу в виде конверта.
2. Поместите термометр в каждый конверт и запишите начальную температуру.
3. Положите все конверты на солнце.
4. Проверяйте температуру по термометрам каждые 2 минуты в течение 16 минут.
5. Запишите результаты в таблицу.
6. Нарисуйте линейный график для каждого конверта на одном и том же наборе осей.

РЕЗУЛЬТАТЫ И НАБЛЮДЕНИЯ:

Результаты этого эксперимента зависят от размера бумажного конверта, который делают учащиеся, а также от количества солнечного света, падающего на конверты. Показания также могут время от времени колебаться в результате облачности.

Запишите результаты в следующую таблицу.

Нарисуйте линейный график для каждого конверта на пустом месте ниже.Не забудьте дать своему графику заголовок.

Время должно быть отложено по горизонтальной оси, а температура — по вертикальной оси. Нарисуйте три разных графика для трех разных материалов. Сравнение наклона трех графиков позволит учащимся определить, какой материал прогрелся быстрее всего. Быстрее всего прогрелась линия с самым крутым уклоном.

Температура черной бумаги должна повышаться быстрее всего, и поэтому кривая будет самой крутой.Алюминиевый конверт должен нагреваться медленнее всего и иметь самый неглубокий изгиб с белой бумагой между ними.

График должен иметь заголовок. Примером подходящего заголовка может быть «Сравнение скорости повышения температуры различных поверхностей».

АНАЛИЗ:

Что вы замечаете в формах нарисованных вами графиков? Графики прямые или кривые?

Ответ, зависящий от активности.Полученные значения будут зависеть от размера конвертов, которые делают учащиеся, а также от количества солнечного света, на которое они попали. Важно, чтобы они видели растущую тенденцию в линиях графика.

Какая линия на вашем графике самая крутая? Что это говорит нам?

График, представляющий черную бумагу, должен быть самым крутым графиком.Это означает, что температура этого конверта увеличивалась быстрее всего. Это потому, что черный матовый цвет поглощает больше всего излучения.

Сравните ваши результаты для белой бумаги и блестящей поверхности. Что это вам говорит.

Конверт из алюминиевой фольги должен показывать минимальное повышение температуры, поскольку блестящие поверхности отражают тепло.

ОЦЕНКА:

Расследование прошло гладко? Или вы бы что-нибудь изменили?

Ответ, зависящий от учащегося.Учащиеся должны обсудить качество своего метода и получили ли они ожидаемые результаты. Они могут предложить повторить эксперимент три раза и получить среднее увеличение с течением времени.

Были ли у вас результаты, которые не соответствовали общей схеме?

Ответ, зависящий от учащегося.Некоторые учащиеся могут получить выбросы, но другие могут иметь четкие результаты с четкими закономерностями.

ВЫВОД:

Напишите заключение для вашего расследования. Не забудьте вернуться к следственному вопросу, на который мы хотели ответить.

Учащиеся должны сделать вывод, что черные поверхности поглощают больше всего излучения и, следовательно, показывают самое большое и быстрое повышение температуры, тогда как блестящие поверхности поглощают меньше всего, поскольку они больше всего отражают.

Солнечное излучение необходимо для жизни на Земле, но ультрафиолетовое излучение Солнца также может сильно повредить нашу кожу. Не забывайте надевать солнцезащитный крем и шляпу на улице и избегать попадания прямых солнечных лучей с 11:00 до 14:00.

Исследование показало, что темная оболочка показала наибольшее повышение температуры. Более светлый конверт показал меньшее повышение температуры.Конверт из блестящего материала показал наименьшее повышение температуры.

Итак, что мы узнали? Кажется, что темные цвета поглощают больше солнечного излучения, чем светлые или отражающие цвета. Итак, если вы хотите согреться в холодный день, темная одежда будет поглощать больше доступного тепла солнечного излучения, чем светлые тона.

Средняя летняя температура в Хотазеле, городе на Северном мысе, составляет около 34 ° C. Если бы вы жили в Хотазеле и вам нужно было купить новую машину, вы бы купили машину светлого или темного цвета? Объяснить, почему.

Лучшим цветом для покупки будет белый автомобиль, потому что, как показало исследование, светлые цвета поглощают меньше тепла, чем темные. Так светлый автомобиль в идеале останется самым крутым внутри.

У вас есть возможность опрыскать машину, чтобы сделать поверхность более блестящей. Как вы думаете, это поможет сохранить прохладу в машине в жаркие летние месяцы? Объяснить, почему.

Да, это поможет, поскольку блестящие поверхности обладают большей отражающей способностью и поэтому больше лучистого тепла отражается, а не поглощается, сохраняя внутреннюю часть автомобиля более прохладной.

рабочих листов по теплопередаче и онлайн-упражнений

Расширенный поиск

Содержание:

Язык:
AfarAbkhazAvestanAfrikaansAkanAmharicAragoneseArabicAssameseAsturianuAvaricAymaraAzerbaijaniBashkirBelarusianBulgarianBihariBislamaBambaraBengali, BanglaTibetan стандарт, тибетский, CentralBretonBosnianCatalanChechenChamorroCorsicanCreeCzechOld церковнославянский, церковнославянский, Старый BulgarianChuvashWelshDanishGermanDivehi, Мальдивский, MaldivianDzongkhaEweGreek (современный) EnglishEsperantoSpanishEstonianBasquePersian (фарси) Фуле, фулах, пулар, PularFinnishFijianFaroeseFrenchWestern FrisianIrishScottish гэльский, GaelicGalicianGuaraníGujaratiManxHausaHebrew (современный) HindiHiri MotuCroatianHaitian, гаитянский CreoleHungarianArmenianHereroInterlinguaIndonesianInterlingueIgboNuosuInupiaqIdoIcelandicItalianInuktitutJapaneseJavaneseGeorgianKongoKikuyu, GikuyuKwanyama, KuanyamaKazakhKalaallisut , Гренландский, кхмерский, каннада, корейский, канури, кашмирский, курдский, коми, корнийский, киргизский, латинский, люксембургский, летцебургский, ганда, лимбургский, лимбургский, лимбургский, лингала, литовский, люба-катанга, латышский, малагасийский, маршалльский, маори, македонский, mMongolianMarathi (маратхи) MalayMalteseBurmeseNauruanNorwegian BokmålNorthern NdebeleNepaliNdongaDutchNorwegian NynorskNorwegianSouthern NdebeleNavajo, NavahoChichewa, Chewa, NyanjaOccitanOjibwe, OjibwaOromoOriyaOssetian, OsseticEastern пенджаби, Восточная PanjabiPāliPolishPashto, PushtoPortugueseQuechuaRomanshKirundiRomanianRussianKinyarwandaSanskrit (санскрит) SardinianSindhiNorthern SamiSangoSinhalese, SinhalaSlovakSloveneSamoanShonaSomaliAlbanianSerbianSwatiSouthern SothoSundaneseSwedishSwahiliTamilTeluguTajikThaiTigrinyaTurkmenTagalogTswanaTonga (Остров Тонга) TurkishTsongaTatarTwiTahitianUyghurUkrainianUrduUzbekValencianVendaVietnameseVolapükWalloonWolofXhosaYiddishYorubaZhuang, ChuangChineseZulu

Предмет:

Оценка / уровень:

Возраст:
34567812131415161718+

Поиск:
Все рабочие листы Только мои подписанные пользователи Только мои любимые рабочие листы Только мои собственные рабочие листы

Тепло против температуры — Энергетическое образование

Тепло и температура являются тесно связанными темами, и поэтому разница между ними может немного сбивать с толку.Основное отличие состоит в том, что тепло связано с тепловой энергией, тогда как температура больше связана с молекулярной кинетической энергией.

Тепло — это передача тепловой энергии, а температура — это свойство объекта. ^[1]

В чем разница?

Heat описывает передачу тепловой энергии между молекулами внутри системы и измеряется в джоулях. ^[2] Тепло определяет, как энергия движется или течет. Объект может нагреваться или терять тепло, но не может иметь тепла.Тепло — это мера изменения, а не свойство объекта или системы. Поэтому он классифицируется как переменная процесса.

Температура описывает среднюю кинетическую энергию молекул в материале или системе и измеряется в градусах Цельсия (° C), Кельвина (K), Фаренгейта (° F) или Ранкина (R). Это измеримое физическое свойство объекта, также известное как переменная состояния. Другие измеримые физические свойства включают скорость, массу и плотность, и это лишь некоторые из них. ^[3]

Сходства

Тепло — это передача тепловой энергии, вызванная разницей температур между молекулами.

Примечание:

Термическая энергия может пониматься иначе как полная микроскопическая кинетическая и потенциальная энергия системы.

Второй закон термодинамики

Второй закон термодинамики — сложная тема, требующая интенсивного изучения в области термодинамики, чтобы по-настоящему понять.Однако для целей этой статьи необходимо понять только один небольшой аспект, а именно тот факт, что тепло всегда будет спонтанно перетекать от более горячих веществ к более холодным . Это простое утверждение объясняет, почему кубик льда не образуется на улице в жаркий день или почему он тает, если бросить его в миску с теплой водой.

Мысленный эксперимент

Представьте себе вышеупомянутый кубик льда, брошенный в чашу с теплой водой — лед должен получать тепло (тепловую энергию) от воды в чаше (см. Предыдущий параграф).Добавление тепловой энергии приводит к увеличению кинетической энергии молекулы льда и, следовательно, к повышению температуры. Это известно, потому что температура фактически является мерой средней кинетической энергии молекул. Кроме того, лед будет продолжать накапливать тепловую энергию, заставляя его молекулы двигаться быстрее и в конечном итоге разрывать свои межмолекулярные связи или таять.

В заключение, передача тепла или тепловой энергии обычно изменяет температуру вещества, , но не всегда ! Например, в момент, когда лед в чаше превращается в воду, эти молекулы воды будут иметь ту же температуру, что и когда они были льдом.В этом случае вместо тепловой энергии, выполняющей работу по увеличению кинетической энергии, она действительно работает, чтобы разорвать межмолекулярные связи, вызывая изменение состояния. Однако с течением времени температура недавно растаявшего льда будет увеличиваться, пока все в чаше не достигнет равновесия, что означает постоянную температуру повсюду.

Для дальнейшего чтения

Ссылки

1. ↑ Это было сделано внутри группы специалистов по энергетическому образованию.
2. ↑ Р.Рыцарь, Физика для ученых и инженеров, 3-е изд. Пирсон, 2013, стр. 279
3. ↑ Найт Р., Физика для ученых и инженеров, 3-е изд. Пирсон, 2013, стр. 445

Учебное пособие по физике

Ранее в этом уроке было дано пять словарных определений температуры. Их было:

• Степень жара или холода тела или окружающей среды.
• Мера тепла или холода предмета или вещества по отношению к некоторому стандартному значению.
• Мера средней кинетической энергии частиц в образце вещества, выраженная в единицах или градусах, обозначенных на стандартной шкале.
• Мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе.
• Любая из различных стандартизированных числовых мер этой способности, например шкала Кельвина, Фаренгейта и Цельсия.

Как уже упоминалось, первые два пункта имеют довольно очевидное значение.Третий пункт — тема предыдущей страницы этого урока. Пятым пунктом было определение, с которого мы начали, когда обсуждали температуру и работу термометров; это была тема второй страницы этого урока. Это оставляет нам четвертый пункт — определение температуры с точки зрения способности вещества передавать тепло другому веществу. Эта часть Урока 1 посвящена пониманию того, как относительная температура двух объектов влияет на направление передачи тепла между двумя объектами.

Что такое тепло?

Представьте себе очень горячую кружку кофе на столешнице вашей кухни. В целях обсуждения мы скажем, что чашка кофе имеет температуру 80 ° C, а окружающая среда (столешница, воздух на кухне и т. Д.) Имеет температуру 26 ° C. Как вы думаете, что произойдет в этой ситуации? Я подозреваю, что вы знаете, что чашка кофе со временем будет постепенно остывать. При температуре 80 ° C кофе пить не посмеешь.Даже кофейная кружка, скорее всего, будет слишком горячей, чтобы ее можно было прикасаться. Но со временем и кофейная кружка, и кофе остынут. Скоро он будет пригоден для питья. А если устоять перед соблазном выпить кофе, то со временем он достигнет комнатной температуры. Кофе охлаждается от 80 ° C до примерно 26 ° C. Так что же происходит с течением времени, чтобы кофе остыл? Ответом на этот вопрос могут быть как макроскопические , так и макрочастицы в природе.

На макроскопическом уровне мы бы сказали, что кофе и кружка передают тепло окружающей среде.Эта передача тепла происходит от горячего кофе и горячей кружки к окружающему воздуху. Тот факт, что кофе снижает температуру, является признаком того, что средняя кинетическая энергия его частиц уменьшается. Кофе теряет энергию. Кружка тоже понижает температуру; средняя кинетическая энергия его частиц также уменьшается. Кружка тоже теряет энергию. Энергия, теряемая кофе и кружкой, передается в более холодную среду. Мы называем эту передачу энергии от кофе и кружки окружающему воздуху и столешнице теплом.В этом смысле тепло — это просто передача энергии от горячего объекта к более холодному.

Теперь рассмотрим другой сценарий — банку с холодным напитком, установленную на той же кухонной стойке. В целях обсуждения мы скажем, что крышка и банка, в которой она содержится, имеют температуру 5 ° C, а окружающая среда (столешница, воздух на кухне и т. Д.) Имеет температуру 26 ° C. Что будет с холодной банкой со временем? Еще раз, я подозреваю, что вы знаете ответ.И холодная закуска, и контейнер нагреются до комнатной температуры. Но что заставляет эти объекты, температура которых ниже комнатной, повышать свою температуру? Ускользает ли холод от шипучки и ее контейнера? Нет! Не существует таких вещей, как холодный уход или утечка . Скорее, наше объяснение очень похоже на объяснение, используемое для объяснения того, почему кофе остывает. Есть теплообмен.

Со временем температура крышки и контейнера повышается.Температура повышается с 5 ° C до почти 26 ° C. Это повышение температуры является признаком того, что средняя кинетическая энергия частиц внутри хлопка и контейнера увеличивается. Чтобы частицы внутри хлопка и контейнера увеличили свою кинетическую энергию, они должны откуда-то получать энергию. Но откуда? Энергия передается из окружающей среды (столешница, воздух на кухне и т. Д.) В виде тепла. Как и в случае с охлаждающей кофейной кружкой, энергия передается от объектов с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.Еще раз, это известно как тепло — передача энергии от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.

Другое определение температуры

Оба этих сценария можно резюмировать двумя простыми утверждениями. Объект снижает свою температуру, выделяя энергию в виде тепла в окружающую среду. И объект увеличивает свою температуру, получая энергию в виде тепла от окружающей среды.И , разогревающий , и , охлаждающий объектов работают одинаково — за счет передачи тепла от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Итак, теперь мы можем осмысленно переформулировать определение температуры. Температура — это мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе. Чем выше температура объекта, тем больше у него тенденция к передаче тепла.Чем ниже температура объекта, тем больше у него тенденция оказаться на принимающем конце теплопередачи.

Но, возможно, вы спрашивали: что происходит с температурой окружающей среды? Повышается ли температура столешницы и воздуха на кухне, когда кружка и кофе остывают? Уменьшается ли температура на столешнице и в воздухе на кухне, когда банка с крышкой нагревается? Ответ: да! Доказательство? Просто прикоснитесь к столешнице — она ​​должна быть прохладнее или теплее, чем до того, как кофейная кружка или баночка были помещены на столешницу.А как насчет воздуха на кухне? Теперь немного сложнее представить убедительное доказательство. Тот факт, что объем воздуха в комнате такой большой и энергия быстро рассеивается от поверхности кружки, означает, что изменение температуры воздуха на кухне будет аномально небольшим. На самом деле это будет , пренебрежимо маленький . Прежде чем произойдет заметное изменение температуры, должно быть намного больше теплопередачи.

Тепловое равновесие

При обсуждении охлаждения кофейной кружки столешница и воздух на кухне упоминались как , окружение .В подобных обсуждениях физики принято использовать мысленную структуру системы и окружения . Кофейная кружка (и кофе) будут рассматриваться как система , а все остальное во вселенной будет рассматриваться как , окружающее . Чтобы не усложнять задачу, мы часто сужаем диапазон окружения от остальной вселенной до тех объектов, которые непосредственно окружают систему. Такой подход к анализу ситуации с точки зрения системы и окружения настолько полезен, что мы будем применять этот подход до конца этой главы и следующей.

А теперь представим третью ситуацию. Предположим, что небольшая металлическая чашка с горячей водой помещена в большую чашку из пенополистирола с холодной водой. Предположим, что температура горячей воды изначально составляет 70 ° C, а температура холодной воды во внешней чашке изначально составляет 5 ° C. И давайте предположим, что обе чашки оснащены термометрами (или датчиками температуры), которые измеряют температуру воды в каждой чашке с течением времени. Как вы думаете, что произойдет? Прежде чем читать дальше, подумайте над вопросом и дайте какой-нибудь ответ.Когда холодная вода нагревается, а горячая — остывает, их температура будет одинаковой или другой? Будет ли холодная вода нагреваться до более низкой температуры, чем температура, до которой остывает горячая вода? Или по мере потепления и похолодания их температуры будут пересекать друг друга ?

К счастью, это эксперимент, который можно провести, и на самом деле он проводился много раз. График ниже является типичным представлением результатов.

Как видно из графика, горячая вода остыла примерно до 30 ° C, а холодная вода нагрелась примерно до такой же температуры. Тепло передается от высокотемпературного объекта (внутренняя емкость с горячей водой) к низкотемпературному объекту (внешняя емкость с холодной водой). Если мы обозначим внутреннюю чашу с горячей водой как , система , то мы можем сказать, что существует поток тепла от системы к , окружающему .Пока существует разница температур между системой и окружающей средой, между ними существует тепловой поток. Поначалу тепловой поток идет быстрее, о чем свидетельствует более крутой наклон линий. Со временем разница температур между системой и окружающей средой уменьшается, а скорость теплопередачи снижается. Это обозначается более пологим наклоном двух линий. (Подробная информация о скорости теплопередачи будет обсуждаться позже в этом уроке.) В конце концов, система и окружающая среда достигают одинаковой температуры, и теплопередача прекращается.Говорят, что именно в этот момент два объекта достигли теплового равновесия.

Нулевой закон термодинамики

В нашей главе об электрических цепях мы узнали, что разница в электрическом потенциале между двумя местоположениями вызывает поток заряда по проводящему пути между этими местоположениями. Пока сохраняется разность электрических потенциалов, будет существовать поток заряда. Теперь в этой главе мы узнаем аналогичный принцип, связанный с потоком тепла.Разница температур между двумя местоположениями вызовет поток тепла по (теплопроводящему) пути между этими двумя местоположениями. Пока сохраняется разница температур, будет происходить поток тепла. Этот поток тепла продолжается до тех пор, пока два объекта не достигнут одинаковой температуры. Когда их температуры становятся равными, считается, что они находятся в тепловом равновесии, и поток тепла больше не происходит.

Этот принцип иногда называют нулевым законом термодинамики.Этот принцип был формализован в виде закона после того, как первый, второй и третий законы термодинамики были уже открыты . Но поскольку этот закон казался более фундаментальным, чем три ранее открытых, он был назван нулевым законом . Все объекты подчиняются этому закону — стремлению к тепловому равновесию. Он представляет собой ежедневную задачу для тех, кто хочет контролировать температуру своего тела, еды, напитков и своего дома. Мы используем лед и изоляцию, чтобы наши холодные напитки оставались холодными, и мы используем изоляцию и непрерывные импульсы микроволновой энергии, чтобы наши горячие напитки оставались горячими.Мы оборудуем наши автомобили, наши дома и офисные здания кондиционерами и вентиляторами, чтобы они оставались прохладными в теплые летние месяцы. И мы оборудуем эти же автомобили и здания печами и обогревателями, чтобы согревать их в холодные зимние месяцы. Всякий раз, когда температура какой-либо из этих систем отличается от температуры окружающей среды и не является полностью изолированной от окружающей среды (идеальная ситуация), тепло будет течь. Этот тепловой поток будет продолжаться до тех пор, пока система и окружающая среда не достигнут одинаковых температур.Поскольку эти системы имеют значительно меньший объем, чем окружающие, будут более заметные и существенные изменения температуры этих систем.

Теория калорий

Ученые давно задумались о природе тепла. В середине XIX века наиболее распространенным понятием тепла было то, что оно ассоциировалось с жидкостью, известной как калорийность. Известный химик Антуан Лавуазье предположил, что существует две формы калорийности — та, которая скрыта или хранится в горючих материалах, и другая, которую можно ощутить и наблюдать при изменении температуры.Для Лавуазье и его последователей сжигание топлива привело к выделению этого скрытого тепла в окружающую среду, где, как было замечено, это вызвало изменение температуры окружающей среды. Для Лавуазье и его последователей жар всегда присутствовал — либо в скрытой, либо в ощутимой форме. Если в горячем чайнике вода остыла до комнатной температуры, это объяснялось перетеканием калорий из горячей воды в окружающую среду.

Согласно теории теплоты, тепла было по природе материала .Это была физическая субстанция. Было штук . Как и все вещи в мире Лавуазье, калорийность была консервированной. Подобно нашему современному взгляду на тепло, взгляд калориста заключался в том, что если калорийность выделялась одним объектом, то она была получена другим объектом. Общее количество калорий никогда не менялось; он просто переносился с одного объекта на другой и трансформировался из одного типа (скрытого) в другой (осмысленный). Но в отличие от нашего современного взгляда на тепло, калорийность была реальной физической субстанцией — жидкостью, которая могла течь от одного объекта к другому.И в отличие от наших современных взглядов, тепло всегда присутствовало в той или иной форме. Наконец, с современной точки зрения, тепло присутствует только при передаче энергии. Бессмысленно говорить о том, что тепло все еще существует, когда два объекта пришли в тепловое равновесие. Тепло — это не что-то, что содержится в объекте; скорее это что-то переданное между объектами. Когда передача прекращается, тепла больше не существует.

Падение теории калорийности

Хотя всегда существовали альтернативы теории калорийности, она была наиболее распространенной до середины 19 века.Одним из первых вызовов теории калорийности стал англо-американский ученый Бенджамин Томпсон (он же граф Рамфорд). Томпсон был одним из первых ученых, которым поручили расточить стволы орудий для британского правительства. Томпсон был поражен высокими температурами, достигаемыми пушками, и стружкой, которая проливалась из пушек во время процесса бурения. В одном эксперименте он погрузил пушку в резервуар с водой во время процесса бурения и заметил, что тепло, выделяемое в процессе бурения, способно вскипятить окружающую воду в течение нескольких часов.Томпсон продемонстрировал, что это тепловыделение происходило в отсутствие каких-либо химических или физических изменений в составе пушки. Он объяснил возникновение тепла трением между пушкой и буровым инструментом и утверждал, что это не могло быть результатом перетекания жидкости в воду. В 1798 году Томпсон опубликовал статью, в которой оспаривалось мнение о том, что тепло — это сохраняемая жидкость. Он выступал за с механической точки зрения на тепло, предполагая, что его происхождение связано с движением атомов, а не с переносом жидкости.

Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль продолжил то, на чем остановился Томпсон, нанес несколько роковых ударов по теории калорийности посредством серии экспериментов. Джоуль, в честь которого теперь названа стандартная метрическая единица энергии, провел эксперименты, в которых он экспериментально связал количество механической работы с количеством тепла, передаваемого от механической системы. В одном эксперименте Джоуль позволил падающим весам вращать гребное колесо, которое было погружено в резервуар с водой.Справа изображен чертеж аппарата (из Викимедиа; общественное достояние). Падающие грузы действовали на гребное колесо, которое, в свою очередь, нагревало воду. Джоуль измерял как количество выполненной механической работы, так и количество тепла, полученного водой. Подобные эксперименты, демонстрирующие, что тепло может генерироваться электрическим током, нанесли еще один удар по мысли о том, что тепло — это жидкость, которая содержится в веществах и всегда сохраняется.

Как мы подробно узнаем в следующей главе, объекты обладают внутренней энергией.В химических реакциях часть этой энергии может выделяться в окружающую среду в виде тепла. Однако эта внутренняя энергия не является материальной субстанцией или жидкостью, содержащейся в объекте. Это просто потенциальная энергия, хранящаяся в связях, которые удерживают частицы внутри объекта вместе. Тепло или тепловая энергия — это форма, которой эта энергия обладает при передаче между системами и окружающей средой . В тепле нет ничего материального. Это не консервируемая субстанция и не жидкость.Тепло — это форма энергии, которая может передаваться от одного объекта к другому или даже создаваться за счет потери других форм энергии.

Итак, температура — это мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе. Если два объекта — или система и ее окружение — имеют разную температуру, то у них разная способность передавать тепло. Со временем будет перетекать энергия от более горячего объекта к более холодному.Этот поток энергии называется теплом. Тепловой поток заставляет более горячий объект остывать, а более холодный — нагреваться. Поток тепла будет продолжаться, пока они не достигнут той же температуры. В этот момент два объекта установили тепловое равновесие друг с другом.

В следующей части этого урока мы исследуем механизм теплопередачи. Мы рассмотрим различные методы, с помощью которых тепло может передаваться от объекта к объекту или даже от одного места внутри объекта к другому.Мы узнаем, что макроскопическое можно объяснить с точки зрения микроскопического.

Проверьте свое понимание

1. Для каждого из следующих обозначений системы и окружающей среды укажите направление теплового потока: от системы к окружающей среде или от окружающей среды к системе.

2. Учитель химии утверждает, что теплосодержание конкретного вещества составляет 246 кДж / моль. Учитель химии утверждает, что вещество содержит тепло? Объясните, что подразумевается под этим утверждением.

3.Объясните, почему высококачественные термосы имеют вакуумную подкладку, которая является основным компонентом их изоляционных свойств.

11.2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача — физика

Теплообмен, удельная теплоемкость и теплоемкость

В предыдущем разделе мы узнали, что температура пропорциональна средней кинетической энергии атомов и молекул в веществе, и что средняя внутренняя кинетическая энергия вещества тем выше, чем выше температура вещества.

Если два объекта с разной температурой соприкасаются друг с другом, энергия передается от более горячего объекта (то есть объекта с более высокой температурой) к более холодному (с более низкой температурой) объекту, пока оба объекта не будут иметь одинаковую температуру. . При равенстве температур нетто-теплопередачи, поскольку количество тепла, передаваемого от одного объекта к другому, равно количеству возвращенного тепла. Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее.Эксперименты показывают, что тепло, передаваемое веществу или от него, зависит от трех факторов: изменения температуры вещества, массы вещества и определенных физических свойств, связанных с фазой вещества.

Уравнение теплопередачи Q равно

Q = mcΔT, Q = mcΔT,

11,7

, где м, — масса вещества, а Δ T — изменение его температуры в единицах Цельсия или Кельвина. Обозначение c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы.Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ºC. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ° C ° C). Изменение температуры (ΔTΔT) одинаково в кельвинах и градусах Цельсия (но не в градусах Фаренгейта). Удельная теплоемкость тесно связана с понятием теплоемкости. Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на 1,00 ° C ° C.В форме уравнения теплоемкость C равна C = mcC = mc, где м — масса, а c — удельная теплоемкость. Обратите внимание, что теплоемкость такая же, как и удельная теплоемкость, но без какой-либо зависимости от массы. Следовательно, два объекта, состоящие из одного и того же материала, но с разной массой, будут иметь разную теплоемкость. Это связано с тем, что теплоемкость — это свойство объекта, а удельная теплоемкость — это свойство любого объекта , изготовленного из того же материала.

Значения удельной теплоемкости необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить.В таблице 11.2 приведены значения удельной теплоемкости для некоторых веществ в качестве справочной информации. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, а это означает, что для повышения температуры 1 кг воды требуется в пять раз больше тепла, чем для повышения температуры 1 кг стекла тем же способом. количество градусов.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Объясните, что эта формула работает только в том случае, если фаза вещества не меняется.Передача тепловой энергии, тепла и фазовый переход будут рассмотрены позже в этой главе.

Предупреждение о заблуждении

Единицы измерения удельной теплоемкости — Дж / (кг ° C⋅ ° C) и Дж / (кг K). Однако градусы Цельсия и Кельвина не всегда взаимозаменяемы. В формуле для удельной теплоемкости используется разница температур, а не абсолютная температура. Это причина того, что градусы Цельсия могут использоваться вместо Кельвина.

Таблица 11.2 Удельная теплоемкость различных веществ.

Snap Lab

Изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода? Вы ответите на этот вопрос, проведя измерения для изучения различий в удельной теплоемкости.

• Открытое пламя. Соберите все распущенные волосы и одежду, прежде чем зажечь открытое пламя. Следуйте всем инструкциям своего учителя о том, как зажечь пламя. Никогда не оставляйте открытое пламя без присмотра. Знайте расположение противопожарного оборудования в лаборатории.

• Песок или грунт
• Вода
• Духовка или тепловая лампа
• Две маленькие баночки
• Два термометра

Инструкции

Процедура

1. Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить равные массы, используя на 50 процентов больше воды по объему.)
2. Нагрейте оба вещества (с помощью духовки или нагревательной лампы) в течение одинакового времени.
3. Запишите конечные температуры двух масс.
4. Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая в течение более длительного периода времени.
5. Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Захват

Потребовалось больше времени, чтобы нагреть воду или песок / почву до той же температуры? Какой образец остыл дольше? Что этот эксперимент говорит нам о том, как удельная теплоемкость воды по сравнению с удельной теплотой земли?

1. Песок / почва нагревается и остывает дольше.Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
2. Песок / почва нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.
3. Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
4. Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.

Проводимость, конвекция и излучение

Теплообмен происходит всякий раз, когда возникает разница температур. Передача тепла может происходить быстро, например, через сковороду, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно. См. Рисунок 11.3.

Рис. 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Проводимость — это передача тепла при прямом физическом контакте. Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности. Иногда мы пытаемся контролировать теплопроводность, чтобы чувствовать себя более комфортно.Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем такие ткани, как толстый шерстяной свитер, которые зимой замедляют отвод тепла от нашего тела.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни. Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один из них холоднее другого? Это объясняется разной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его на холоднее.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Спросите учащихся, какая сейчас температура в классе. Спросите их, все ли предметы в комнате имеют одинаковую температуру. Как только это будет установлено, попросите их положить руку на стол или на металлический предмет. Стало холоднее? Почему? Если их стол изготовлен из ламината Formica, тогда он будет чувствовать себя прохладным для их рук, потому что ламинат является хорошим проводником тепла и отбирает тепло из рук, создавая ощущение «холода» из-за тепла, покидающего тело.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В общем, металлы (например, медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рис. 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две частицы сталкиваются, энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией.Когда два тела находятся в контакте, происходит много столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT = Thot-TcoldΔT = Thot-Tcold. Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана.

Рис. 11.4. Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области.На этой иллюстрации частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию перед столкновением, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, частица в области более высоких температур (слева) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция — это передача тепла движением жидкости. Такой тип теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или во время грозы, когда горячий воздух поднимается к основанию облаков.

Советы для успеха

На обиходе термин жидкость обычно означает жидкость. Например, когда вы заболели и врач говорит вам «выпить жидкости», это означает только пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике жидкость означает жидкость или газ . Жидкости движутся иначе, чем твердые тела, и даже имеют свой собственный раздел физики, известный как гидродинамика , который изучает их движение.

При повышении температуры жидкости они расширяются и становятся менее плотными.Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри воздушного шара с другой температурой, чем снаружи в окружающей среде. Более горячие и, следовательно, быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, заставляя воздушный шар расширяться. Это уменьшение плотности по отношению к окружающей среде создает плавучесть (тенденцию к повышению). Конвекция обусловлена ​​плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотен, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру своего дома или самих себя, контролируя движение воздуха. Герметизация дверей герметичным уплотнением защищает от холодного ветра зимой. Дом на рис. 11.5 и горшок с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рисунок 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становясь более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, в которой используется естественная конвекция, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого сосуда с водой.Попав внутрь жидкости, теплопередача к другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим частям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется, пока в кастрюле есть вода.

Излучение — это форма передачи тепла, которая происходит при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие волны имеют более высокую частоту и больше энергии).

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Электромагнитные волны также часто называют электромагнитными волнами. Мы по-разному воспринимаем электромагнитные волны разной частоты. Так же, как мы можем видеть одни частоты как видимый свет, мы воспринимаем некоторые другие как тепло.

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее дверцы и не заглядывая внутрь — она ​​может просто согреть вас, когда вы пройдете мимо.Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором среда не требуется, а это означает, что тепло не должно вступать в прямой контакт с какими-либо предметами или переноситься ими. Пространство между Землей и Солнцем в основном пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается за счет излучения, и Земля нагревается, поскольку она поглощает электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рис. 11.7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него. (Дэниел X. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. Рисунок 11.7). Скорость передачи тепла излучением в основном зависит от цвета объекта. Черный — наиболее эффективный поглотитель и радиатор, а белый — наименее эффективный.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет горячее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем зеленый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем зеленый. Ясной летней ночью черный асфальт будет холоднее, чем зеленый участок травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает почти все излучение.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Попросите учащихся привести примеры теплопроводности, конвекции и излучения.

Виртуальная физика

Формы и изменения энергии

В этой анимации вы исследуете теплопередачу с различными материалами. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды. Для этого перетащите объект на пьедестал и затем удерживайте рычаг в положении «Нагреть» или «Охлаждать». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете в режиме реального времени наблюдать, как быстро он нагревается или охлаждается.

Теперь попробуем передать тепло между объектами. Нагрейте кирпич и поместите его в прохладную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор опции быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла и сэкономить время.

Захват

Сравните, насколько быстро различные материалы нагреваются или охлаждаются. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какая из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить себе реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

1. Вода занимает больше всего времени, а железу нужно меньше времени, чтобы нагреться и остыть.Для изоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
2. Вода занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
3. Кирпич займет меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
4. Вода занимает меньше всего времени, а кирпичу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Попросите учащихся рассмотреть различия в результатах интерактивных упражнений при использовании разных материалов.Например, спросите их, будет ли изменение температуры больше или меньше, если кирпич заменить железным блоком той же массы, что и кирпич.