Al estudiar ciencias naturales en una escuela moderna, la visibilidad es de gran importancia. material educativo. La visualización permite asimilar rápida y profundamente el tema en estudio, ayuda a comprender cuestiones difíciles de comprender y aumenta el interés por el tema. Los laboratorios digitales son nuevos, equipo moderno para realizar una amplia variedad de investigaciones escolares en ciencias naturales. Con su ayuda, podrá realizar el trabajo incluido en plan de estudios escolar, e investigaciones completamente nuevas. El uso de laboratorios aumenta significativamente la visibilidad, tanto durante el propio trabajo como durante el procesamiento de los resultados, gracias a nuevas instrumentos de medida incluido en el kit de laboratorio de física (fuerza, distancia, presión, temperatura, corriente, voltaje, iluminación, sonido, campo magnético etc.). El equipo de laboratorio digital es universal, se puede incluir en una variedad de configuraciones experimentales, ahorra tiempo a estudiantes y profesores, anima a los estudiantes a ser creativos y permite cambiar fácilmente los parámetros de medición. Además, el programa de análisis de video permite obtener datos de fragmentos de video, lo que permite utilizar como ejemplos y estudiar cuantitativamente situaciones de la vida real capturadas en video por los propios estudiantes y fragmentos de videos educativos y populares.
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Títulos de diapositivas:
El único camino que conduce al conocimiento es la actividad. Bernardo Shaw.
Desarrollo metodológico de un experimento demostrativo en la asignatura de física “Cantidad de calor y capacidad calorífica”
El propósito de este desarrollo: mostrar las posibilidades de utilizar el “Laboratorio Digital” en proceso educativo. Mostrar la capacidad de medir la capacidad calorífica específica de una sustancia.
Este desarrollo se puede utilizar a la hora de explicar material nuevo, durante trabajos de laboratorio o para realizar clases fuera del horario de clase.
Composición de un laboratorio digital Interfaz de medición TriLink Sensores digitales para física
Soporte técnico pantalla y proyector multimedia trípodes (2 uds.) tubos de ensayo (2 uds.) sensor de temperatura de agua y alcohol 0-100°C (2 uds.) cilindros metálicos (2 uds.) lámparas de alcohol (2 uds.) vaso calorímetro agua caliente
Experimento: Diferencia en la capacidad calorífica del agua y el alcohol Calentando dos cilindros en agua hirviendo, un cilindro se baja con una cuchara para derretir a un tubo de ensayo con agua y el segundo a un tubo de ensayo con alcohol a temperatura ambiente. Después de introducir los cilindros en los tubos de ensayo, es necesario sujetar el tubo de ensayo por parte superior, inserte rápidamente el sensor, asegure la carcasa del sensor a hoja de acero y comience a mezclar el líquido en el tubo de ensayo girando el tubo de ensayo alrededor del sensor.
estamos en el trabajo
Uso de un laboratorio digital en lecciones de física.
Gracias por su atención!!!
Avance:
INSTITUCIÓN EDUCATIVA PRESUPUESTARIA MUNICIPAL
ESCUELA SECUNDARIA N° 7, PORONAISK
Desarrollo metodológico de un experimento demostrativo.
en la materia fisica
"Cantidad de calor y capacidad calorífica"
Para estudiantes de octavo grado
Escuela secundaria MBOU nº 7, Poronaysk
Poronaysk
2014
1.Introducción
2. parte principal
3.Conclusión
4.Soporte técnico
1.Introducción
Doy clases de física en los grados 7-11 en Poronayskaya. escuela secundaria desde 1994. Para despertar el interés en mi tema, creo que es necesario un experimento de demostración, que es una parte orgánica integral de la física de la escuela secundaria.
Los experimentos de demostración forman ideas preliminares previamente acumuladas, que no todos tienen correctas cuando comienzan a estudiar física. A lo largo del curso de física, estas experiencias enriquecen y amplían los horizontes de los estudiantes. Generan ideas iniciales correctas sobre nuevos fenómenos y procesos físicos, revelan patrones, introducen métodos de investigación y muestran la estructura y funcionamiento de nuevos instrumentos e instalaciones. Experimento de demostración sirve como fuente de conocimiento, desarrolla las habilidades y capacidades de los estudiantes.
De particular importancia es el experimento al comienzo de la educación, es decir, en los grados 7-8, cuando los estudiantes comienzan a estudiar física. Creo que es mejor ver una vez que oír cien veces.
2. parte principal
El propósito de este desarrollo: mostrar las posibilidades de utilizar el “Laboratorio Digital” en el proceso educativo. Consideremos el uso del laboratorio de Arquímedes al estudiar el tema "Fenómenos térmicos" en octavo grado:
Demostración. Cantidad de calor y capacidad calorífica.
Propósito de la manifestaciónmostrar la posibilidad de medir la capacidad calorífica específica de una sustancia
Durante la demostración se introducen los elementos de conocimiento “cantidad de calor” y “capacidad calorífica específica de una sustancia”. Formar ideas sobre la capacidad calorífica específica como cantidad fisica, que se puede medir, se propone realizar una serie de experimentos sencillos.
Antes de realizar una serie de experimentos sobre el concepto de capacidad calorífica, se recomienda a los estudiantes que hablen sobre la historia de la introducción del concepto de "capacidad calorífica de un cuerpo" en un momento en que la "cantidad de calor" se percibía como la cantidad de un líquido “calórico” invisible e ingrávido, y la temperatura como medida del nivel de líquido en el cuerpo. La “capacidad calorífica de un cuerpo” se consideraba un coeficiente de proporcionalidad entre la temperatura y la cantidad de “calórico” que fluía en el cuerpo. Más capacidad recipiente, menos cambio en el líquido vertido en él, más capacidad calorífica del cuerpo - menos cambio en el nivel de temperatura en él.
Sin embargo, resultó que con la misma masa de cuerpos hechos de diferentes sustancias, con la misma cantidad de calor recibida de otro cuerpo, su temperatura cambia de manera diferente. Por lo tanto, se introdujo el concepto de capacidad calorífica específica de una sustancia y la "capacidad calorífica de un cuerpo" se calculó como el producto de la masa corporal por capacidad calorífica específica la sustancia de la que está hecho.
Según los conceptos modernos, la cantidad de calor Q es el cambio energía interna cuerpos en condiciones en las que el cuerpo no funciona. La capacidad calorífica C es el coeficiente de proporcionalidad entre la cantidad de calor que recibe o desprende un cuerpo y el cambio en su temperatura.
Para estimar la capacidad calorífica de una sustancia en comparación con otra (agua), a la misma masa de sustancia (agua y alcohol) se le da la misma cantidad de energía y se registra el cambio de temperatura que fue causado por la adición de esta energía.
Experimento: diferencia en la capacidad calorífica del agua y el alcohol.
La conclusión de que la capacidad calorífica del agua es mayor que la capacidad calorífica del alcohol se puede llegar demostrando que para obtener la misma cantidad de calor, el alcohol se calienta numero mayor grados.
Después de calentar dos cilindros en agua hirviendo, se baja un bloque con una cuchara para derretir a un tubo de ensayo con agua y el segundo a un tubo de ensayo con alcohol a temperatura ambiente.
Después de introducir los cilindros en los tubos de ensayo, debe insertar rápidamente el sensor, sujetando el tubo de ensayo por la parte superior, fijar el cuerpo del sensor a una lámina de acero y comenzar a mezclar el líquido en el tubo de ensayo girando el tubo de ensayo alrededor del sensor. . El gráfico muestra una caída en la temperatura del sensor por debajo de la temperatura ambiente debido a la evaporación del líquido en la punta del sensor, luego un aumento hasta un valor máximo debido al calentamiento del agua y del elemento sensible del sensor cerca del cilindro caliente, y luego alcanza un valor estacionario debido a la mezcla del líquido en el tubo de ensayo. Como puede ver, el cambio de temperatura observado no alcanza la diferencia requerida correspondiente a la diferencia en las capacidades caloríficas (aproximadamente 2 veces).
Para acercarse a los valores requeridos, se recomienda realizar un experimento con cilindros calentados a una temperatura que no exceda los 80 0 C, ya que el alcohol hierve a 87 0 C. El valor numérico exacto de la temperatura inicial de los cilindros no es importante, siempre que sea aproximadamente la misma.
3.Conclusión
- Incrementar el nivel de conocimientos gracias a la actividad activa de los estudiantes durante el trabajo de investigación experimental.
- La recopilación automática de datos durante todo el experimento ahorra tiempo de grabación
- Los resultados del experimento son claros: los datos se muestran en forma de gráfico, tabla, tablero analógico y en formato digital.
- Portátil
- El procesamiento conveniente de los resultados le permite obtener datos que no están disponibles en los experimentos educativos tradicionales.
4.Soporte técnico
Pantalla y proyector multimedia.
- trípodes (2 uds.)
- lámparas de alcohol (2 uds.)
- tubos de ensayo (2 uds.)
- agua, alcohol
- sensor de temperatura 0-100°C (2 uds.)
5. Lista de referencias utilizadas
- Peryshkin A.V. "Física - 8"
- Volkov V. A. "Desarrollos de las lecciones de física de octavo grado"
- "Lecciones de física usando tecnologías de la información"Moscú, Globus, 2009.
- Razumovsky V. G. "Lecciones de física en la escuela moderna"
- UN. Bólgar et al. “Laboratorio Digital” manual metódico para trabajar con un conjunto de equipos y software empresa 2ENTRETENIMIENTO CIENTÍFICO" m., 2011, 89 p.
- URL: http://www.int-edu.ru
- URL: http://mytest.klyaksa.net
El propósito del trabajo. es una generalización de tareas experimentales realizadas por estudiantes de octavo grado en casa mientras estudian varios tipos intercambio de calor.
Tareas:
- Estudie literatura adicional sobre el tema "Tipos de transferencia de calor".
- Realizar trabajos experimentales en casa.
- Analizar y resumir los resultados de los experimentos. Compare sus resultados con las conclusiones propuestas en el libro de texto.
- Proporcione ejemplos adicionales de la vida real (sin incluir material del curso).
- Desarrollar recomendaciones “Consejos útiles” utilizando las conclusiones del tema “Tipos de transferencia de calor”.
I. Experimentos sobre conductividad térmica.
- Vierte la misma cantidad de agua caliente en vasos de vidrio y aluminio de la misma masa y misma capacidad.
- Tocar los vasos con la mano mostrará que el vidrio de aluminio se calienta más rápido, esto se debe a que la conductividad térmica del aluminio es mayor que la conductividad térmica del vidrio. Vierta el té en tazas de aluminio y porcelana. Cuando bebemos té en una taza de aluminio, nos quemamos los labios más que en una de porcelana, porque cuando tocamos la taza con los labios y así enfriamos una parte de ella,
- más
- El calor del té caliente se transfiere a los labios a través de una taza de aluminio, ya que la conductividad térmica del aluminio es mayor que la de la porcelana.
Clavamos una fila de botones en un cilindro o bloque de madera (puedes usarlos para dibujar algún tipo de forma). Envuelva el bloque o cilindro en una capa de papel y colóquelo a la llama de una vela por un corto tiempo. Se produce una carbonización desigual del papel, menos en aquellos lugares donde el papel toca los botones, debido a que la conductividad térmica del metal es mayor que la de la madera.
Envolvemos el termómetro ambiental en un abrigo de piel y comprobamos si sus lecturas cambian después de un tiempo. Esto, por supuesto, no sucede; después de demostrar este experimento a los padres, les explicamos por qué el abrigo de piel no se calienta. (El abrigo de piel en sí no puede calentarse, ya que en sí mismo no es una fuente de energía, es solo un aislante térmico que evita que nos congelemos en invierno y, además, hay un espacio de aire entre el cuerpo humano y el abrigo de piel). Para comprender mejor la esencia del fenómeno de la conductividad térmica, es necesario explicar los siguientes fenómenos:
A)¿Por qué los objetos de metal parecen más fríos que los de madera a la misma temperatura? Respuesta: La madera tiene mala conductividad térmica, por eso cuando la tocamos
objeto de madera, solo se calienta una pequeña zona del cuerpo debajo de la mano. El metal tiene buena conductividad térmica, por lo que al entrar en contacto con la mano se calienta un área mucho mayor. Esto da como resultado una mayor disipación de calor de la mano y su enfriamiento.
A) b)
¿Por qué las manijas de los grifos y tanques de agua caliente son de madera o plástico? la madera y el plástico tienen mala conductividad térmica. V) El ladrillo ordinario o poroso proporciona
A) El ladrillo poroso contiene aire en sus poros, que tiene una mala conductividad térmica, por lo que proporciona un mejor aislamiento térmico al edificio.
GRAMO)¿Se utiliza el aire como material de construcción?
A) Sí, es así, porque los materiales de espuma, los ladrillos porosos y la lana de vidrio contienen aire, que tiene una mala conductividad térmica.
mi) Dependiendo del volumen que ocupen los poros de la espuma, su densidad es diferente. ¿La conductividad térmica del poliestireno expandido depende de su densidad?
A) Cuanto menor es la densidad de la espuma, más poros ocupa el aire, que tiene mala conductividad térmica. En consecuencia, cuanto menor sea la densidad de la espuma, menor será su conductividad térmica.
y)¿Por qué instalan marcos dobles?
h)¿Por qué los pájaros suelen congelarse en vuelo?
A) En climas fríos, los pájaros se sientan con las plumas erizadas, lo que crea una capa de aire alrededor de su cuerpo. Al volar, el aire alrededor del cuerpo del pájaro cambia todo el tiempo, quitándole calor.
II. Experimentos de convección.
- El enfriamiento de una cacerola con líquido caliente se realizó de dos maneras: 1 - se colocó la cacerola sobre hielo y 2 - se colocó hielo sobre la cacerola.
En el segundo caso, el enfriamiento se produjo más rápido. - Esto se explica a continuación. Cuando ponemos hielo en una sartén, las capas superiores se enfrían y se vuelven más pesadas, lo que hace que se hundan. Son reemplazados por capas de líquido más calientes. Así, como resultado de la convección, el líquido se enfría. En el segundo caso, la convección no ocurrirá, porque El enfriamiento se producirá desde abajo y las capas frías no podrán elevarse hacia arriba, el proceso de enfriamiento se realizará lentamente y el líquido no se mezclará. Por lo tanto, podemos sugerir a los padres que enfríen cualquier alimento desde arriba: no los coloquen sobre hielo, sino encima del hielo, porque no se enfrían tanto con el hielo como con el aire frío que cae. La velocidad de mezcla natural del agua se determinó en dos casos: 1 - se vierte agua fría en agua caliente y 2 - se vierte agua caliente en agua fría. Para este experimento necesitarás un cronómetro o reloj con segundero y un termómetro. Los volúmenes de agua fría y caliente deben ser iguales. La temperatura establecida se controla mediante un termómetro y el tiempo se controla mediante un cronómetro o reloj. La velocidad de igualación de temperatura será mayor al verter
- Una vela encendida se cubre con un tubo cilíndrico de vidrio y la llama disminuye y puede apagarse, porque La combustión ocurre en presencia de oxígeno, pero en este experimento no pueden ocurrir fenómenos de convección, no hay flujo de aire. Si levantas el tubo, la vela arderá más. Si no levanta el tubo, sino que coloca una partición de papel que no llegue a la llama, aumentará. En este caso, el aire frío descenderá a lo largo del papel, desplazando el aire caliente, que contiene poco oxígeno, aumentando así el flujo de oxígeno hacia la llama.
- En el poema "Cáucaso" de A.S. Pushkin se encuentran las siguientes líneas: "Un águila, que se eleva desde un pico lejano, vuela inmóvil conmigo". El fenómeno de que los pájaros grandes puedan volar en el aire, manteniéndose a la misma altura, sin batir las alas, se explica por el hecho de que el aire calentado cerca del suelo se eleva a una altura considerable, estos corrientes cálidas
y sostener al pájaro con las alas extendidas en el aire.
Envolvemos el termómetro ambiental en un abrigo de piel y comprobamos si sus lecturas cambian después de un tiempo. Esto, por supuesto, no sucede; después de demostrar este experimento a los padres, les explicamos por qué el abrigo de piel no se calienta. (El abrigo de piel en sí no puede calentarse, ya que en sí mismo no es una fuente de energía, es solo un aislante térmico que evita que nos congelemos en invierno y, además, hay un espacio de aire entre el cuerpo humano y el abrigo de piel). Además de estas tareas experimentales, se recibieron respuestas a las siguientes preguntas: ¿Por qué sopla tan fuerte? ventana cerrada
A) en clima frio?
objeto de madera El vidrio tiene una temperatura más baja que la temperatura de la habitación. El aire cerca del vidrio se enfría y cae porque es más denso, luego se calienta cerca del radiador y se mueve nuevamente por la habitación. Este movimiento de aire se siente cerca de la ventana.
A)¿Cuál es el mejor lugar para ubicar la ventana? Es mejor colocar la ventana en la parte superior de la ventana. aire caliente
¿Por qué las manijas de los grifos y tanques de agua caliente son de madera o plástico? más ligero, se ubica en la parte superior de la habitación, será reemplazado por aire más frío de la calle. Con esta disposición de la ventana, la habitación se ventilará más rápidamente.
A)¿Cuándo es mejor el tiro en la tubería, en invierno o en verano? habrá tracción mejor en invierno
GRAMO), cuando la diferencia entre la temperatura del aire calentado en la tubería y el exterior es mayor, entonces la diferencia de presión en la parte superior e inferior de la tubería será más significativa.
A)¿Qué papel juega la convección al calentar agua en una tetera?
Las capas de agua calientes, al ser más ligeras, se elevan hacia arriba, dando paso a las frías. Así, debido al movimiento de las corrientes de convección, toda el agua del hervidor se calienta. d)
A)¿Por qué la pantalla o el techo de las lámparas incandescentes se vuelven negros?
mi) Las corrientes de aire por convección se elevan desde las lámparas incandescentes, llevando consigo partículas de polvo que luego se depositan en la pantalla o en el techo.
A) En comparación con otros árboles, las hojas de álamo tienen tallos largos y delgados. Hay corrientes de convección verticales sobre el suelo incluso en climas tranquilos. Debido a su estructura, las hojas de álamo son sensibles a cualquier fluctuación del aire, incluso a las más pequeñas.
y)¿Es posible utilizar un ventilador para conservar el helado?
A) No, no puedes, porque el flujo de aire proveniente del ventilador arrastrará constantemente el aire frío que se forma alrededor del helado, acelerando así el proceso de intercambio de aire y el helado se derretirá más rápido.
h) cual fenómenos naturales¿Ocurre debido a la convección?
A) vientos que soplan en la atmósfera terrestre; la existencia de corrientes marinas cálidas y frías, procesos de formación de montañas.
III. Experimentos de radiación.
- Cogemos un vaso que tenga aristas. Sellamos el interior del vaso con tiras de papel blanco y negro. Colocamos la vela en el vaso de manera que quede en el centro del vaso (puedes centrarla usando círculos de cartón con un agujero en el centro). Pegamos tapas de botones a cada tira de papel con plastilina. La mecha de la vela no debe llegar ligeramente al borde del vaso. Después de encender la vela, observamos que los botones comenzarán a salir volando de las franjas negras. La experiencia lo demuestra blanco refleja los rayos que caen sobre él y el negro los absorbe, por lo que los bordes negros se calentaron más rápido y los botones se despegaron primero.
Para comprender este fenómeno se obtuvieron respuestas a las siguientes preguntas:
Envolvemos el termómetro ambiental en un abrigo de piel y comprobamos si sus lecturas cambian después de un tiempo. Esto, por supuesto, no sucede; después de demostrar este experimento a los padres, les explicamos por qué el abrigo de piel no se calienta. (El abrigo de piel en sí no puede calentarse, ya que en sí mismo no es una fuente de energía, es solo un aislante térmico que evita que nos congelemos en invierno y, además, hay un espacio de aire entre el cuerpo humano y el abrigo de piel).¿Por qué la nieve se derrite más rápido en la ciudad que fuera de ella?
A) La nieve en la ciudad es más sucia, por lo que absorbe energía y se derrite mejor.
objeto de madera¿En cuál de los dos recipientes hervirá más rápido el agua, el ligero o el ahumado?
A) En humo, porque esta superficie absorberá mejor la energía.
¿Por qué las manijas de los grifos y tanques de agua caliente son de madera o plástico?¿Por qué el termo se hace espejo?
A) para evitar el calentamiento por energía radiante.
IV. Consejos útiles.
- El enfriamiento de los alimentos se produce más rápido si la fuente de frío se coloca en la parte superior y no en la inferior.
- Para enfriar rápidamente el café o el té, debe verter leche fría en una bebida caliente.
- Los marcos de las ventanas deben cerrarse más herméticamente, tanto por dentro como por fuera. Entonces habrá menos pérdida de calor.
- EN heladas severas debajo de un abrigo de piel es mejor usar no solo un suéter grueso, sino ropa "multicapa".
- Si necesita derretir rápidamente la nieve o el hielo, debe espolvorearlo con polvo oscuro o ceniza.
- Durante la temporada de calor, es mejor usar ropa de colores claros.
- Es más seguro utilizar tazas de porcelana que de aluminio.
Conclusión.
Los fenómenos que encontramos constantemente en la vida cotidiana se estudiaron no sólo en clase, sino también en casa, donde los estudiantes podían mostrárselos a sus padres. Estos experimentos y preguntas ayudaron a comprender mejor el tema "Tipos de transferencia de calor". El análisis de los resultados nos permitió ofrecer "Consejos útiles". Cabe señalar que todo el trabajo experimental debe realizarse con mucho cuidado y respetando las precauciones de seguridad.
Literatura.
- A.A.Peryshkin. Física. Libro de texto para octavo grado. Avutarda, M. 2004
- Cl. E. Swarts. Física extraordinaria de los fenómenos ordinarios. Nauka, M. 1986
- AV. Aganov, R.K. Safiullin, A.I. Skvortsov, D.A.
- Tayursky. La física está a nuestro alrededor. "Casa de la Pedagogía", M. 1998 Física. independiente y pruebas
- en física para el octavo grado. "Ilexa", M. 2006
Yu.G.Pavlenko. Inicios de la física. "Examen", M. 2005
Diapositiva 2
El concepto de transferencia de calor en la práctica.
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Y para empezar, ¿cómo se llama en física la transferencia de calor y qué significa...?
La transferencia de calor en física es el proceso de cambiar la energía interna de un cuerpo sin realizar trabajo sobre el cuerpo o el cuerpo mismo. Hay 3 tipos de transferencia de calor.
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Vista 1 Conducción térmica Vista 2 Convección Vista 3 Radiación
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¡¿Qué es esto de todos modos?!
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Experimento No. 1 - Conductividad térmica Coloca una tabla de madera y un espejo sobre la mesa (o siempre que sea posible), cerca. Coloque un termómetro ambiental entre ellos. Después de bastante tiempo por mucho tiempo (esperamos 30 minutos), podemos suponer que la temperatura tablero de madera
y los espejos alineados. El termómetro muestra la temperatura del aire. Lo mismo que, evidentemente, el tablero y el espejo. Toca el espejo con la palma de tu mano. Sentirás el frío del vaso. Toca inmediatamente el tablero. Parecerá mucho más cálido. ¿Qué pasa? Después de todo, la temperatura del aire, del tablero y del espejo es la misma. El vidrio es un buen conductor del calor. Como buen conductor del calor, el vidrio comenzará inmediatamente a calentarse de su mano y comenzará a "bombear" con avidez calor. Por eso sientes frío en la palma de tu mano. La madera conduce peor el calor. También comenzará a "bombear" calor hacia sí mismo, calentándose desde su mano, pero lo hace mucho más lentamente, para que no sienta el frío intenso. Entonces la madera parece más cálida que el vidrio, aunque ambos tienen la misma temperatura.
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En el experimento anterior, examinamos el fenómeno de la transferencia de energía interna de un cuerpo a otro (de una parte a otra); en física, este proceso se llama conductividad térmica.
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Calentamos el agua coloreada vertida en el tubo de ensayo de arriba. En el fondo del tubo de ensayo, use un peso (PERNO) para colocar un trozo de hielo de color. capa superior El agua hierve, pero la de abajo permanece fría (el hielo no se derrite). ¿Por qué? Calentamos el tubo de ensayo desde abajo y colocamos un trozo de hielo en la superficie del agua. El agua del tubo de ensayo hierve. El hielo se está derritiendo. ¿Por qué? surge situación problemática: ¿Por qué toda la masa de agua hierve cuando se calienta un tubo de ensayo desde abajo y su capa superior hierve cuando se calienta desde arriba?
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Calentamos el agua en el tubo de ensayo desde arriba.
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La capa superior de agua hirvió, pero la capa inferior permaneció fría.
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Coloca un trozo de hielo en la superficie del agua.
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Calentar el tubo de ensayo desde abajo.
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El agua del tubo de ensayo hierve. El hielo se está derritiendo.
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Este fenómeno se puede explicar de la siguiente manera: cualquier sustancia que no esté en un estado sólido de agregación se expande cuando se calienta y se vuelve menos densa => una sustancia más calentada sube a la cima y una sustancia menos calentada cae. Por lo tanto, las capas de agua calentadas (en el primer caso) no bajaron y, debido a esto, el hielo no se derritió. Y en el segundo caso, las capas calentadas suben a la superficie, razón por la cual el hielo realmente se derrite. Este y otros procesos similares en física se denominan CONVECCIÓN. Este proceso se caracteriza por el movimiento. Hay convección forzada y natural (sus definiciones provienen de sus nombres).
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Experimento No. 3 - Radiación
Para este experimento necesitamos un matraz ahumado por un lado, en el que insertamos (a través de un tapón) un tubo de vidrio curvado en ángulo recto. Inyectemos el líquido coloreado en este tubo. Llevemos un trozo de metal (tornillo) calentado a alta temperatura al matraz, y la columna de líquido se moverá hacia la izquierda (mire los fotogramas del video) => el aire se ha calentado y expandido, y el rápido calentamiento de el aire en el termoscopio sólo puede explicarse por la transferencia de energía desde el cuerpo calentado. EN en este caso La transferencia de energía se produjo de una manera que hasta ahora no conocíamos y que se puede llevar a cabo en el vacío total: esto es la radiación. Absolutamente todos los cuerpos irradian energía, independientemente de su temperatura. Al absorber energía, los cuerpos se calientan de forma diferente, dependiendo del estado de la superficie. Los cuerpos con una superficie oscura absorben y emiten energía mejor que los cuerpos con una superficie clara.
Esta lección cubre el concepto de conductividad térmica.
La conductividad térmica es uno de los tipos de transferencia de calor y está asociada con la transferencia de energía interna de partes del cuerpo (cuerpos) más calientes a otras menos calientes, que se lleva a cabo mediante partículas del cuerpo que se mueven caóticamente.
Cada uno de nosotros se encuentra con la conductividad térmica cuando agarramos descuidadamente el mango de hierro de una sartén que está sobre la estufa. La mala conductividad térmica del aire permite aislar un apartamento durante el invierno mediante marcos dobles. Y hay muchos ejemplos de este tipo. Por tanto, la conductividad térmica es uno de los fenómenos físicos térmicos más importantes que estudiaremos.
En la última lección, descubrimos que la transferencia de calor (Fig. 1) se presenta en tres tipos: conducción, convección y radiación(Figura 2). En esta lección veremos más de cerca el primer tipo de transferencia de calor, a saber conductividad térmica.
Arroz. 1. Transferencia de calor
Arroz. 2 tipos de transferencia de calor
La conductividad térmica es característica de las sustancias en los tres. estados de agregación: sólido, líquido y gaseoso (Fig. 3).
Arroz. 3. La conductividad térmica es característica de todos los estados de agregación.
Al mismo tiempo, tienen la mayor conductividad térmica. sólidos(metales) (Fig. 4a), y los más bajos: gases (Fig. 4b).
Arroz. 4 Coeficientes de conductividad térmica de diversas sustancias.
La conductividad térmica está relacionada con la estructura interna de los cuerpos y depende de la ubicación de las moléculas, su movimiento y la interacción entre sí (Fig. 5).
Arroz. 5. Relación entre la conductividad térmica y la estructura interna de los cuerpos.
Es importante señalar que durante la conducción térmica no hay transferencia de materia, sino más bien una transferencia de energía de una partícula a otra o de un cuerpo a otro al entrar en contacto directo. Formulemos, de hecho, la definición de conductividad térmica.
Definición.Conductividad térmica Es un fenómeno en el que la energía se transfiere de una parte de un cuerpo a otra mediante la colisión de partículas o por el contacto directo de dos cuerpos.
Arroz. 6. Ilustración de la definición de conductividad térmica.
La investigación de este fenómeno se llevó a cabo principalmente de forma experimental. Los primeros experimentos para estudiar este fenómeno aparentemente los llevó a cabo Galileo Galilei (Fig. 7).
Arroz. 7. Galileo Galilei (1564-1642)
La esencia de sus experimentos era simple: Galileo colocó varios cuerpos cerca de su termoscopio (Fig. 8) y observó el cambio de temperatura. Posteriormente sacó conclusiones: si los cuerpos conducen bien el calor o no.
Figura 8. Termoscopio de Galileo
Definición.Proceso de conducción térmica es el proceso de transferir energía de una partícula a otra ubicada muy cerca una de otra (Fig. 9).
Arroz. 9. Proceso de conducción térmica.
Los metales tienen una mayor conductividad térmica porque las partículas están ubicadas cerca unas de otras (Fig. 10).
Arroz. 10. Conductividad térmica en metales.
En los líquidos, aunque las moléculas están muy juntas, están bastante bien aisladas (Fig. 11).
Arroz. 11. Conductividad térmica en líquidos.
Los gases tienen la conductividad térmica más baja: las moléculas están ubicadas lejos unas de otras y para transferir energía necesitan chocar, por lo que el proceso de transferencia de energía ocurre con bastante lentitud (Fig. 12).
Arroz. 12. Conductividad térmica en gases.
Consideremos un experimento que demuestra claramente la conductividad térmica de los metales.
Una varilla de aluminio se fija horizontalmente al trípode. Los palillos de madera se fijan verticalmente en la varilla a intervalos regulares con cera. Se lleva una vela al borde de la varilla (Fig. 13).
Dado que el borde de la varilla se calienta y el aluminio, como cualquier otro metal, tiene una conductividad térmica bastante buena, la varilla se calienta gradualmente. Cuando el calor llega al punto donde el palillo se une al tallo, la estearina se derrite y el palillo cae.
Arroz. 13. Demostración de experiencia
Vemos que en este experimento no hay transferencia de materia, por lo que se observa conductividad térmica.
Hemos examinado el fenómeno de la conductividad térmica y, para concluir, me gustaría recordar un hecho importante: sin partículas, no hay conductividad térmica.
En la próxima lección veremos más de cerca otro tipo de transferencia de calor: la convección.
Referencias
- Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Física 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Física 8. - M.: Avutarda, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Física 8.- M.: Ilustración.
- Portal de Internet “experiment.edu.ru” ()
- Portal de Internet “festival.1september.ru” ()
- Portal de Internet “class-fizika.narod.ru” ()
Tarea
- Página 13, párrafo 4, preguntas No. 1-6, ejercicio 1 (1-3). Peryshkin A.V. Física 8. - M.: Avutarda, 2010.
- ¿Por qué los gases tienen baja conductividad térmica?
- ¿Por qué el agua de una tetera vieja, una vez retirada del fuego, se enfría más lentamente que la de una igualmente nueva?
- ¿Para qué sirven los dobles? marcos de ventanas?
- ¿Por qué los habitantes de Asia Central usan batas y gorros de algodón cuando hace calor?
Los no conductores o aislantes son materiales que interfieren con la transferencia de energía térmica. Se utilizan para mantener los objetos calientes (fríos).
Hoy intentaremos encontrar el mejor aislante realizando sencillos experimentos caseros con conductividad térmica.
Experiencia 1 Concurso de conservas
Tomemos por ejemplo:
- 3 frascos con tapa de tamaños y formas similares
- Calcetín
- plástico de burbujas
- Periódico
- Agua de hielo
- Termómetro
- escocés
- Tijeras
¿Qué hicimos?
¿Por qué sucede esto?
Si logras encontrar el material, 
que no transfiere bien el calor, te servirá como buen aislante. Si el calor contenido en el aire no se transfiere al agua, ésta permanecerá fría durante mucho tiempo. La capacidad de las sustancias para conducir calor se llama conductividad térmica.
La experiencia anterior no nos pareció muy clara, por lo que se decidió realizar más pruebas de conductividad térmica de los materiales. Esta vez se probaron láminas, algodón y papel.
Experimenta 2 competencias de hielo
Decidimos envolver cubitos de hielo en 
varios materiales y comprueba qué cubo se derretirá más rápido. Entonces, envolvemos los cubitos de hielo en papel de aluminio, algodón y una servilleta de papel. Supusimos que el hielo duraría más en papel de aluminio, ¡pero nos equivocamos! El hielo del papel de aluminio se derritió más rápido que las otras muestras. En la foto de izquierda a derecha (el hielo estaba en papel de aluminio, papel, algodón). Del algodón se sacó un cubo ligeramente derretido.
¡Qué descubrimiento! Comenzamos a buscar y encontramos la siguiente información en Internet.
El coeficiente de conductividad térmica se mide en W./(metro· k)
Ahora todo ha quedado claro: lámina de aluminio no conservará el hielo. El algodón lo hará mejor, porque la conductividad térmica de la lana es mucho menor que la del aluminio.
Si estos experimentos con hielo le resultan difíciles, puede realizar experimentos sencillos con hielo para niños.
Vaya, el tiempo vuela rápido con la ciencia divertida. Y no quiero parar. ¡Más experimentos! ¡Más experimentos! ¡Engaños! Artesanía. Divertido. Emociones vívidas. Sonrisas. Alegría y risas. Te gustó esta publicación. Veo que estás sonriendo. Quiero que tu vida científica y educativa sea aún más apasionante y por eso te regalo el libro EXPERIMENTOS CON SONIDO. Continúe sorprendiéndose y descubriendo con Fun Science. Hasta pronto, amigos.
¡Feliz experimento! ¡La ciencia es divertida!