Экспериментальные работы по тепловым явлениям. Теплопроводность. Опыты

При изучении естественных наук в современной школе огромное значение имеет наглядность учебного материала. Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему, помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах, и повышает интерес к предмету. Цифровые лаборатории являются новым, современным оборудованием для проведения самых различных школьных исследований естественнонаучного направления. С их помощью можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Применение лабораторий значительно повышает наглядность, как в ходе самой работы, так и при обработке результатов благодаря новым измерительным приборам, входящим в комплект лаборатории физики (датчики силы, расстояния, давления, температуры, тока, напряжения, освещенности, звука, магнитного поля и пр.). Оборудование цифровой лаборатории универсально, может быть включено в разнообразные экспериментальные установки, экономить время учеников и учителя, побуждает учеников к творчеству, давая возможность легко менять параметры измерений. Кроме того, программа для видеоанализа позволяет получать данные из видеофрагментов, что позволяет использовать в качестве примеров и количественно исследовать реальные жизненные ситуации, отснятые на видео самими учащимися и фрагменты учебных и популярных видеофильмов.

Скачать:

Предварительный просмотр:

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

Подписи к слайдам:

Единственный путь, ведущий к знаниям-это деятельность. Бернард Шоу.

Методическая разработка демонстрационного эксперимента по предмету физика «Количество теплоты и теплоемкость»

Цель данной разработки: показать возможности применения «Цифровой лаборатории» в учебном процессе. Показать возможность измерения удельной теплоемкости вещества

Данную разработку можно использовать при объяснении нового материала, во время проведения лабораторной работы, для проведения занятия во внеурочное время.

Состав цифровой лаборатории Измерительный интерфейс TriLink Цифровые датчики по физике

Техническое обеспечение экран и мультимедийный проектор штативы (2 шт.) пробирки (2 шт.) вода, спирт датчик температуры 0- 100°C (2 шт.) цилиндры металлические (2 шт.) спиртовки (2 шт.) мензурка калориметр горячая вода

Опыт: Различие теплоемкости воды и спирта Нагрев два цилиндра в кипятке, один цилиндр опускают при помощи ложечки для плавления в пробирку с водой, а второй в пробирку со спиртом при комнатной температуре. После опускания цилиндров в пробирки требуется, придерживая пробирку за верхнюю часть, быстро вставить датчик, укрепить корпус датчика на стальном листе и начать перемешивать жидкость в пробирке за счет вращения пробирки вокруг датчика.

Мы в работе

Использование цифровой лаборатории на уроках физики

Спасибо за внимание!!!

Предварительный просмотр:

МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №7 г. ПОРОНАЙСКА

Методическая разработка демонстрационного эксперимента

по предмету физика

«Количество теплоты и теплоемкость»

Для учащихся 8 класса

МБОУ СОШ №7 г. Поронайск

Поронайск

2014

1.Введение

2.Основная часть

3.Заключение

4.Техническое обеспечение

1.Введение

Я преподаю физику в 7-11 классах Поронайской средней школы с 1994 года. Чтобы привить интерес к своему предмету, я считаю, что необходим демонстрационный эксперимент, который является неотъемлемой органической частью физики средней школы.

Демонстрационные опыты формируют накопленные ранее предварительные представления, которые к началу изучения физики не у всех бывают правильными. На протяжении всего курса физики эти опыты пополняют и расширяют кругозор учащихся. Они зарождают правильные начальные представления о новых физических явлениях и процессах, раскрывают закономерности, знакомят с методами исследования, показывают устройство и действие новых приборов и установок. Демонстрационный эксперимент служит источником знаний, развивает умения и навыки учащихся.

Особое значение имеет эксперимент на первых порах обучения, т.е в 7-8 классах, когда учащиеся впервые приступают к изучению физики. Я считаю, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.

2.Основная часть

Цель данной разработки: показать возможности применения «Цифровой лаборатории» в учебном процессе. Рассмотрим использование лаборатории «Архимед» при изучении темы «Тепловые явления» в 8 классе:

Демонстрация. Количество теплоты и теплоемкость

Цель демонстрации показать возможность измерения удельной теплоемкости вещества

В ходе демонстрации вводятся элементы знаний «количество теплоты», «удельная теплоемкость вещества». Для формирования представлений об удельной теплоемкости как о физической величине, которую можно измерить, предполагается провести ряд простых опытов.

Перед проведением серии опытов, посвященных понятию теплоемкости, ученикам рекомендуется рассказать об истории введения понятия «теплоемкость тела» во времена, когда «количество теплоты» воспринималось как количество невидимой и невесомой жидкости «теплорода», а температура – как мера уровня жидкости в теле. «Теплоемкость тела» считалась коэффициентом пропорциональности между температурой и количеством «теплорода», протекающего в теле. Больше емкость сосуда, меньше изменения налитой жидкости в нем, больше теплоемкость тела - меньше изменения уровня температуры в нем.

Однако оказалось, что при одинаковой массе тел из разных веществ, при одинаковом количестве теплоты, полученной от другого тела, их температура меняется по разному. Поэтому было ведено понятие удельная теплоемкость вещества, а «теплоемкость тела» рассчитывалась как произведение массы тела на удельную теплоемкость вещества, из которого оно сделано.

Согласно современным представлениям количество теплоты Q- это изменение внутренней энергии тела в условиях когда тело не совершает работы. Теплоемкость С- коэффициент пропорциональности между количеством теплоты, полученной или отданной телом, и изменением его температуры.

Чтобы оценить теплоемкость некоторого вещества по сравнению с другим(водой), одной и той же массе вещества (вода и спирт) сообщают одинаковое количества энергии и регистрируют изменение температуры, которое было вызвано добавлением этой энергии.

Опыт: Различие теплоемкости воды и спирта

Вывод о том, что теплоемкость воды больше, чем теплоемкость спирта, можно сделать показав, что получение одного и того же количества теплоты нагревается спирт на большее число градусов.

Нагрев два цилиндра в кипятке, один брусок опускают с помощи ложечки для плавления в пробирку с водой, а второй – в пробирку со спиртом при комнатной температуре.

После пускания цилиндров в пробирки требуется, придерживая пробирку за верхнюю часть быстро вставить датчик, укрепить корпус датчика на стальном листе и начать перемешивать жидкость в пробирке за счет вращения пробирки вокруг датчика. На графике наблюдается спад температуры датчика ниже комнатной за счет испарения жидкости на кончике датчика, затем всплеск до максимальной величины, за счет прогрева воды и чувствительного элемента датчика вблизи горячего цилиндра, а затем выход на стационарное значение за счет перемешивания жидкости в пробирке. Как видно Наблюдаемое изменение температуры не дотягивает до требуемого различия, соответствующего разнице теплоемкостей(примерно в 2 раза).

Для приближения к требуемым величинам, рекомендуется проводить эксперимент с цилиндрами, нагреваемыми до температуры не выше 80 0 С, поскольку спирт кипит при 87 0 С. Точное числовое значение начальной температуры цилиндров несущественно, лишь бы оно было примерно одинаковым.

3.Заключение

• Повышение уровня знаний за счёт активной деятельности учащихся в ходе экспериментальной исследовательской работы

• Автоматический сбор данных на протяжении всего эксперимента позволяет сэкономить время на записи

• Результаты эксперимента – наглядны: данные отображаются в виде графика, таблицы, аналогового табло и в цифровом виде
• Обладают портативностью

• Удобная обработка результатов позволяют получать данные, недоступные в традиционных учебных экспериментах

4.Техническое обеспечение

экран и мультимедийный проектор

• штативы (2 шт.)
• спиртовки (2 шт.)
• пробирки (2 шт.)
• вода, спирт
• датчик температуры 0- 100 °C (2 шт.)

5.Список используемой литературы

• Перышкин А. В. «Физика - 8»
• Волков В. А. «Поурочные разработки по физике 8 кл»
• «Уроки физики с применением информационных технологий» Москва, Глобус, 2009г.
• Разумовский В. Г. «Уроки физики в современной школе»
• А.Н. Болгар и др. «Цифровая лаборатория» Методическое руководство по работе с комплектом оборудования и программным обеспечением фирмы 2НАУЧНЫЕ РАЗВЛЕЧЕНИЯ» м.,2011,89с.
• URL: http://www.int-edu.ru
• URL: http://mytest.klyaksa.net

Целью работы является обобщение экспериментальных заданий, проведенных учащимися 8 – го класса в домашних условиях при изучении различных видов теплообмена.

Задачи:

1. Изучить дополнительную литературу по теме "Виды теплообмена".
2. Провести экспериментальные работы в домашних условиях.
3. Проанализировать и обобщить результаты экспериментов. Соотнести свои результаты с выводами, предложенными в учебнике.
4. Привести дополнительные примеры из жизни (не включая материалы из учебного материала).
5. Разработать рекомендации "Полезные советы" с применением выводов темы "Виды теплообмена".

I. Эксперименты по теплопроводности.

1. В стеклянный и алюминиевый стаканы одинаковой массы и одинаковой емкости одновременно налейте одинаковое количество горячей воды. Прикосновение рукой к стаканам покажет, что алюминиевый стакан прогревается быстрее, это происходит потому, что теплопроводность алюминия выше, чем теплопроводность стекла.
2. Налейте чай в алюминиевую и фарфоровую кружки. Когда будем пить чай из алюминиевой кружки, то мы сильнее обожжем губы, чем из фарфоровой, так как, когда мы касаемся губами кружки и охлаждаем тем самым некоторый ее участок, большее количество теплоты от горячего чая передается губам через алюминиевую кружку, так как теплопроводность алюминия выше, чем у фарфора.
3. На деревянный цилиндр или брусок накалываем ряд кнопок (можно их них изобразить какую-нибудь фигуру). Оборачиваем брусок или цилиндр одним слоем бумаги и помещаем в пламя свечи на непродолжительное время. Происходит неравномерное обугливание бумаги, меньше в тех местах, где бумага касается кнопок, из-за того, что теплопроводность металла выше, чем у дерева.
4. Комнатный термометр заворачиваем в шубу и проверяем, меняются ли его показания через некоторое время. Это конечно не происходит, продемонстрировав этот эксперимент родителям, объясняем, почему же не греет шуба. (Шуба сама не может греть, так как сама не является источником энергии, она лишь является теплоизолятором, не давая зимой нам мёрзнуть, к тому же между телом человека и шубой находится воздушная прослойка).

Для того, чтобы лучше понять суть явления теплопроводности, нужно объяснить следующие явления:

а) почему металлические предметы кажутся холоднее, чем деревянные, при одной и той же температуре?

Ответ: Дерево имеет плохую теплопроводность, поэтому, когда мы прикасаемся к деревянному предмету, нагревается лишь небольшой участок тела под рукой. Металл же обладает хорошей теплопроводностью, поэтому при контакте с рукой нагревается гораздо больший участок. Это приводит к большему теплоотводу от руки и ее охлаждению.

б) почему ручки кранов и баков с горячей водой делают деревянными или пластмассовыми?

Ответ: дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью.

в) обыкновенный или пористый кирпич обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания?

Ответ: Пористый кирпич в своих порах содержит воздух, который обладает плохой теплопроводностью, поэтому он обеспечивает лучшую теплоизоляцию здания.

г) применяется ли воздух как строительный материал?

Ответ: Да, применяется, ведь пеноматериалы, пористый кирпич, стекловата содержат воздух, имеющий плохую теплопроводность.

е) в зависимости от того, какой объем занимают поры пенопласта, плотность его различна. Зависит ли теплопроводность пенопласта от его плотности?

Ответ: Чем меньше плотность пенопласта, тем больше пор, которые занимает воздух, обладающий плохой теплопроводностью. Следовательно, чем меньше плотность пенопласта, тем меньше его теплопроводность.

ж) зачем вставляют двойные рамы?

з) почему птицы чаще замерзают на лету?

Ответ: В мороз птицы сидят нахохлившись, что создает вокруг их тела воздушную оболочку. При полете воздух у тела птицы все время меняется, отнимая тепло.

II. Эксперименты по конвекции.

1. Охлаждение кастрюли с горячей жидкостью проводилось двумя способами: 1 - кастрюля ставилась на лед и 2 - лед помещался на кастрюлю.
   Во втором случае охлаждение происходило быстрее. Объясняется это следующим. Когда мы кладем лед на кастрюлю, верхние слои охлаждаются и становятся тяжелее, в результате они опускаются вниз. На их место приходят более нагретые слои жидкости. Таким образом, в результате конвекции происходит охлаждение жидкости. Во втором случае конвекция не будет происходить, т.к. охлаждение будет происходить снизу, и холодные слои подняться вверх не могут, процесс охлаждения будет проходить медленно, перемешивание жидкости не происходит. Таким образом, мы можем предложить родителям охлаждать любые продукты сверху: класть их не на лед, а поверх льда, ведь они охлаждаются не столько льдом, сколько холодным воздухом, который опускается вниз.
2. Определялась скорость естественного перемешивания воды в двух случаях: 1 - холодную воду наливают в горячую и 2 - горячую воду наливают в холодную. Для этого эксперимента необходим секундомер или часы с секундной стрелкой и термометр. Объемы холодной и горячей воды необходимо взять равными. Термометром контролируется установившаяся температура, а по секундомеру или часам - время. Скорость выравнивания температур будет выше когда будет наливать холодную воду в горячую, так как горячая вода будет подниматься вверх, а холодная - опускаться вниз. Таким образом, перемешивание будет происходить быстро и равномерно. Значит и температура выровняется быстрее.
3. Зажженная свеча накрывается стеклянной цилиндрической трубкой, при этом пламя уменьшается и может погаснуть, т.к. горение происходит при наличии кислорода, а в данном опыте конвекционные явления происходить не могут, притока воздуха нет. Если трубку приподнять, то свеча загорит ярче. Если же трубку не поднимать, а опустить в нее бумажную перегородку, не доходящую до пламени, то оно увеличится. В этом случае вдоль бумаги будет опускаться холодный воздух, вытесняя нагретый, в котором кислорода мало, тем самым, увеличивая приток кислорода к пламени.
4. В стихотворении А.С.Пушкина "Кавказ" есть такие строки: "Орел, с отдаленной поднявшись вершины, парит неподвижно со мной наравне". Явление, что крупные птицы могут парить в воздухе, держась на одной высоте, не взмахивая крыльями, объясняется тем, что нагретый у земли воздух поднимается на значительную высоту, эти теплые потоки и удерживают птицу с распростертыми крыльями в воздухе.

Кроме этих экспериментальных заданий были получены ответы на вопросы:

а) почему дует от плотно закрытого окна в холодное время?

Ответ: Стекло имеет более низкую температуру, чем температура в комнате. Воздух, находящийся вблизи стекла охлаждается и опускается вниз, как более плотный, затем нагревается у батареи и вновь перемещается по комнате. Это перемещение воздуха и ощущается вблизи окна.

б) где лучше предусмотреть расположение форточки?

Ответ: форточку лучше располагать в верхней части окна. Теплый воздух более легкий, он располагается в верхней части комнаты, ему на смену будет приходить более холодный воздух с улицы. При таком расположении форточки будет осуществляться более быстрое проветривание комнаты.

в) когда тяга в трубе лучше - зимой или летом?

Ответ: тяга будет лучше зимой, когда разница между температурой воздуха, нагретого в трубе и наружного - будет больше, тогда перепад давления вверху и внизу трубы будет существенней.

г) какую роль играет конвекция при нагревании воды в чайнике?

Ответ: нагретые слои воды, как более легкие, поднимаются вверх, уступая место холодным. Таким образом, за счет перемещения конвекционных потоков происходит нагрев всей воды в чайнике.

д) почему выше ламп накаливания чернеет абажур или потолок?

Ответ: От ламп накаливания поднимаются конвекционные потоки воздуха, увлекающие за собой частички пыли, которые затем оседают на абажуре или потолке.

е) почему листья осины колеблются даже в безветренную погоду?

Ответ: по сравнению с другими деревьями, у листьев осины длинные и тонкие черенки. Над землей имеются вертикальные конвекционные потоки даже в безветренную погоду. Благодаря своему строению, листья осины чувствительны к любым, даже незначительным колебаниям воздуха.

ж) можно ли с помощью вентилятора сохранить мороженое?

Ответ: Нет, нельзя, т. к. поток воздуха, идущий от вентилятора будет все время уносить холодный воздух, образующийся вокруг мороженого, тем самым, ускоряя процесс обмена воздуха, и мороженое будет таять быстрее.

з) какие природные явления происходят за счет конвекции?

Ответ: ветры, дующие в земной атмосфере; существование теплых и холодных морских течений, процессы горообразования.

III. Эксперименты по излучению.

1. Берем стакан, имеющий грани. Грани стакана изнутри заклеиваем полосками белой и черной бумаги. В стакане устанавливаем свечку так, чтобы она стояла в центре стакана (отцентрировать можно с помощью кружков картона с отверстием в центре). К каждой полоске бумаги приклеиваем пластилином шляпки кнопок. Фитиль свечки должен немного не доходить до края стакана. После того, как свечка будет зажжена наблюдаем, что с черных полосок начнут отлетать кнопки. Опыт иллюстрирует, что белый цвет отражает падающие на него лучи, а черный их поглощает, поэтому черные грани и нагрелись быстрее и кнопки от них отклеились в первую очередь.

Для понимания этого явления были получены ответы на следующие вопросы:

а) почему снег в городе тает быстрее, чем за городом?

Ответ: снег в городе более грязный, поэтому он лучше поглощает энергию и тает

б) в каком из двух сосудов закипит быстрее вода в светлом или закопченном?

Ответ: В закопченном, т.к. эта поверхность будет лучше поглощать энергию.

в) почему колбу термоса делают зеркальной?

Ответ: чтобы исключить нагрев лучистой энергией.

IV. Полезные советы.

1. Охлаждение продуктов происходит быстрее, если источник холода разместить вверху, а не внизу.
2. Для быстрейшего охлаждения кофе или чая нужно наливать холодное молоко в горячий напиток.
3. Оконные рамы нужно закрыть более плотно как изнутри, так и снаружи. Тогда потери тепла будут меньше.
4. В сильный мороз под шубу лучше одеть не один толстый свитер, а "многослойную" одежду.
5. Если нужно быстро растопить снег или лед, его необходимо посыпать темным порошком или золой.
6. В жаркое время года лучше носить светлую одежду.
7. Безопаснее использовать фарфоровые кружки, чем алюминиевые.

Заключение.

Явления, с которыми мы постоянно сталкиваемся в быту, изучались не только на уроке, но и дома, где учащиеся могли продемонстрировать их родителям. Эти эксперименты, вопросы помогли лучше усвоить тему "Виды теплопередачи". Анализ результатов позволил предложить "Полезные советы" Необходимо отметить, что все экспериментальные работы необходимо проводить очень аккуратно, с соблюдением техники безопасности.

Литература.

1. А.А.Перышкин. Физика. учебник для 8 класса. Дрофа, М. 2004
2. Кл. Э. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Наука, М. 1986
3. А.В. Аганов, Р.К. Сафиуллин, А.И. Скворцов, Д.А. Таюрский. Физика вокруг нас. "Дом педагогики", М. 1998
4. Физика. Самостоятельные и контрольные работы по физике для 8 класса. "Илекса", М. 2006
5. Ю.Г.Павленко. Начала физики. "Экзамен", М. 2005

Слайд 2

Понятие теплопередачи на практике

Слайд 3

А для начала, что в физикеназывается теплопередачей и с чем её едят…

Теплопередачейв физике называется процесс изменения внутренней энергии тела без совершения над телом или самим телом работы. Теплопередача бывает 3 видов.

Слайд 4

Вид 1 Теплопроводность Вид 2 Конвекция Вид 3 Излучение

Слайд 5

А чтоэто вообще такое?!

Слайд 6

Опыт №1-Теплопроводность

Положите на столе (или где возможно), рядом, деревянную доску и зеркало. Между ними положите комнатный термометр. Спустя какое-то довольно долгое время (мы ждали 30 минут), можно считать, что температуры деревянной доски и зеркала сравнялись. Термометр показывает температуру воздуха. Такую же, какая, очевидно, и у доски и у зеркала. Дотроньтесь ладонью до зеркала. Вы почувствуете холод стекла. Тут же дотроньтесь до доски. Она покажется значительно теплее. В чем дело? Ведь температура воздуха, доски и зеркала одинакова. Стекло - хороший проводник тепла. Как хороший проводник тепла, стекло сразу же начнет нагреваться от вашей руки, начнет с жадностью “выкачивать” из нее теплоту. От этого вы и ощущаете холод в ладони. Дерево хуже проводит тепло. Оно тоже начнет “перекачивать” в себя тепло, нагреваясь от руки, но делает это значительно медленнее, поэтому вы не ощущаете резкого холода. Вот дерево и кажется теплее стекла, хотя и у того и у другого температура одинаковая.

Слайд 7

Слайд 8

В выше приведённом опыте мы рассмотрели явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому (от одной его части к другой), в физике этот процесс называется теплопроводностью.

Слайд 9

Опыт №2-Конвекция

Прогреваем сверху подкрашенную воду, налитую в пробирку. На дне пробирки с помощью груза (БОЛТА) прикрепляем кусочек подкрашенного льда. Верхний слой воды закипает, а нижний остается холодным, (лед не тает). Почему? Нагреваем пробирку снизу, а кусочек льда помещаем на поверхность воды. Вода в пробирке закипает. Лед тает. Почему? Возникает проблемная ситуация: почему при подогревании пробирки снизу закипает вся масса воды, а при нагревании сверху- ее верхний слой?

Слайд 10

Слайд 11

Прогреваем сверху воду в пробирке.

Слайд 12

Верхний слой воды закипел, а нижний остался холодным.

Слайд 13

Кусочек льда помещаем на поверхность воды.

Слайд 14

Нагреваемпробирку снизу

Слайд 15

Вода в пробирке закипает. Лед тает.

Слайд 16

Это явление можно объяснить так: любое вещество не в твёрдом агрегатном состоянии, при нагревании расширяется и становится менее плотным => более нагретое вещество подымается наверх, а менее нагретое опускается вниз. Поэтому нагретые слои воды (в 1-ом случае) не опускались вниз, и из-за этого лёд не таял. А во втором случае нагреваемые слои поднимаются наверх, из-за чего лёд собственно тает. Этот и подобные ему процессы, в физике, получили название - КОНВЕКЦИЯ. Данный процесс характеризуется перемещениемРазличают вынужденную и естественную конвекции (их определения исходят из названий).

Слайд 17

Опыт №3-Излучение

Для этого опыта нам потребуется закопченая с одного бока колба, в которуюмы (через пробку) вставляем изогнутую стеклянную трубку, под прямым углом. В эту трубку введём подкрашенную жидкость. Поднесём к колбе кусок металла (шуруп), нагретого до высокой t, при этом столбик жидкости переместится влево (смотрите на видекадрах) => воздух нагрелся и расширился, а быстрое нагревание воздуха в термоскопе можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела. В данном случае передача энергии происходила ранее неизвестным нам путём, который может осуществлятся в полном вакууме-это излучение. Излучают энергию абсолютно все тела, в независимости от их t. При поглощенииэнергии тела нагреваются по разному, в зависимости от состояния поверхности. Тела с тёмной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

В данном уроке рассматривается понятие теплопроводности.

Теплопроводностьявляется одним из видов теплопередачи и связана с переносом внутренней энергии от более нагретых частей тела (тел) к менее нагретым, который осуществляется хаотически движущимися частицами тела.

С теплопроводностью каждый из нас сталкивается, когда неосторожно хватается за железную ручку сковородки, стоящей на плите. Плохая теплопроводность воздуха позволяет с помощью двойных рам утеплить квартиру на зиму. И таких примеров множество. Поэтому теплопроводность является одним из важнейших физических тепловых явлений, которые мы будем изучать.

На прошлом уроке мы выяснили, что теплопередача (рис. 1) бывает трех видов: теплопроводность, конвекция и излучение (рис. 2). На этом уроке мы более подробно займемся первым видом теплопередачи, а именно теплопроводностью .

Рис. 1. Теплопередача

Рис. 2 Виды теплопередачи

Теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном (рис. 3).

Рис. 3. Теплопроводность свойственна всем агрегатным состояниям

При этом самой высокой теплопроводностью обладают твердые тела (металлы) (рис. 4а), а самой низкой - газы (рис. 4б).

Рис. 4 Коэффициенты теплопроводности различных веществ

Теплопроводность связана с внутренней структурой тел и зависит от расположения молекул, их движения и взаимодействия между собой (рис. 5).

Рис. 5. Связь теплопроводности с внутренней структурой тел

Важно отметить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества, а происходит передача энергии от частицы к частице или от одного тела к другому при их непосредственном контакте. Сформулируем, собственно, определение теплопроводности.

Определение. Теплопроводность - это явление, при котором энергия передается от одной части тела к другой посредством столкновения частиц или при непосредственном контакте двух тел.

Рис. 6. Иллюстрация определения теплопроводности

Исследования данного явления проводились преимущественно опытным путем. Первые опыты по изучению данного явления проводил, по-видимому, еще Галилео Галилей (рис. 7).

Рис. 7. Галилео Галилей (1564-1642)

Суть его опытов была простой: Галилей располагал около своего термоскопа (рис. 8) различные тела и наблюдал за изменением температуры. Впоследствии он делал выводы: хорошо ли проводят тела тепло или нет.

Рис 8. Термоскоп Галилея

Определение. Процесс теплопроводности - это процесс передачи энергии от одной частицы к другой, расположенных в непосредственной близости друг от друга (рис. 9).

Рис. 9. Процесс теплопроводности

У металлов теплопроводность выше, так как частицы расположены близко друг к другу (рис. 10).

Рис. 10. Теплопроводность в металлах

У жидкостей молекулы хоть и близко расположены, но достаточно хорошо изолированы (рис. 11).

Рис. 11. Теплопроводность в жидкостях

Самая низкая теплопроводность у газов: молекулы расположены далеко друг от друга, и, чтобы передать энергию, им необходимо столкнуться, поэтому процесс передачи энергии происходит достаточно медленно (рис. 12).

Рис. 12. Теплопроводность в газах

Рассмотрим опыт, который наглядно демонстрирует теплопроводность металлов.

На штативе горизонтально закреплен алюминиевый стержень. На стержне через одинаковые промежутки вертикально закреплены с помощью воска деревянные зубочистки. К краю стержня подносят свечу (рис. 13).

Поскольку край стержня нагревается, а алюминий, как и любые другие металлы, обладает достаточно хорошей теплопроводностью, то постепенно стержень прогревается. Когда тепло доходит до места крепления зубочистки со стержнем, стеарин плавится - и зубочистка падает.

Рис. 13. Демонстрация опыта

Мы видим, что в данном опыте нет переноса вещества, соответственно, наблюдается теплопроводность.

Мы рассмотрели явление теплопроводности, и в заключении хотелось бы напомнить важный факт: нет частиц - нет теплопроводности.

На следующем уроке мы более подробно рассмотрим другой вид теплопередачи - конвекцию.

Список литературы

1. Генденштейн Л.Э, Кайдалов А.Б., Кожевников В.Б. / Под ред. Орлова В.А., Ройзена И.И. Физика 8. - М.: Мнемозина.
2. Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
3. Фадеева А.А., Засов А.В., Киселев Д.Ф. Физика 8. - М.: Просвещение.

1. Интернет-портал «experiment.edu.ru» ()
2. Интернет-портал «festival.1september.ru» ()
3. Интернет-портал «class-fizika.narod.ru» ()

Домашнее задание

1. Стр. 13, параграф 4, вопросы № 1-6, упражнение 1 (1-3). Перышкин А.В. Физика 8. - М.: Дрофа, 2010.
2. Почему газы имеют малую теплопроводность?
3. Почему в старом чайнике, после того как его сняли с огня, вода остывает медленнее, чем в таком же новом?
4. Для чего нужны двойные оконные рамы?
5. Зачем жители Средней Азии во время жары носят ватные халаты и папахи?

Непроводники или изоляторы — это материалы, препятствующие передаче тепловой энергии. Они используются для сохранения предметов теплыми (холодными).

Сегодня мы попробуем найти лучший изолятор, проведя простые домашние опыты с теплопроводностью.

Опыт 1 Соревнование банок

Для опыта возьмем:

• 3 банки с крышками схожих размеров и форм
• Носок
• Пузырчатая пленка
• Газета
• Ледяная вода
• Термометр
• Скотч
• Ножницы

Что мы делали?

Почему так происходит?

Если вам удастся найти материал, который плохо передает тепло, то он послужит хорошим изолятором. Если тепло, содержащееся в воздухе, не передается воде, вода долгое время будет оставаться холодной. Свойство веществ проводить тепло называется теплопроводностью.

Предыдущий опыт показался нам не очень наглядным, поэтому решено было провести еще испытания материалов на теплопроводность. На этот раз испытаниям подверглись фольга, вата и бумага.

Опыт 2 Соревнование ледышек

Мы решили кубики льда обернуть в различные материалы и проверить какой кубик быстрее растает. Итак, оборачиваем ледышки в алюминиевую фольгу, вату и бумажную салфетку. Мы предположили, что в фольге лед дольше сохранится, но ошиблись! Лед в фольге растаял быстрее остальных образцов. На фотографии слева на право (лед был в фольге, в бумаге, в вате). Из ваты достали чуть подтаявший кубик.

Вот это открытие! Стали искать и нашли в интернете следующую информацию.

Коэффициент теплопроводности измеряется в в Вт /(м ·K )

Теперь все стало ясно: алюминиевая фольга не сохранит ледышку. Лучше это сделает вата, потому что теплопроводность ваты гораздо меньше, чем у алюминия.

Если такие опыты со льдом вам показались сложными, то можно провести простые ледяные эксперименты для малышей .

Ух и быстро летит время вместе с веселой наукой. И останавливаться не хочется. Еще опытов! Еще экспериментов! Фокусы! Поделки. Веселье. Яркие эмоции. Улыбки. Радость и смех. Вам понравилась эта заметка. Я же вижу, вы улыбаетесь. Хочу, чтобы ваша научно-познавательная жизнь стала еще увлекательней и поэтому дарю вам книгу ОПЫТЫ СО ЗВУКОМ . Продолжайте удивляться и делать открытия вместе с Веселой наукой. До скорой встречи, друзья.

Удачных экспериментов! Наука – это весело!