+7 495 120-13-73 | 8 800 500-97-74

(для регионов бесплатно)

Содержание

Урок 30. закон джоуля-ленца. эдс — Физика — 10 класс

Физика, 10 класс

Урок 30. Закон Джоуля — Ленца. ЭДС

Перечень вопросов, рассматриваемых на уроке:

1) Работа электрического тока;

2) Мощность электрического тока;

3) Закон Джоуля — Ленца;

4) Сторонние силы;

5) Электродвижущая сила.

Глоссарий по теме

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения на этом участке и времени, в течении которого совершалась работа.

Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением электростатических (кулоновских) сил, называются сторонними силами.

Электродвижущая сила (ЭДС) в замкнутом проводящем контуре равна отношению работы сторонних сил по перемещению заряда вдоль контура к этому заряду.

Основная и дополнительная литература по теме урока:

Обязательная литература:

1. Г.Я. Мякишев., Б.Б.Буховцев., Н.Н.Сотский. Физика.10 класс. Учебник для общеобразовательных организаций М.: Просвещение, 2017. – С. 343 – 347.

Рымкевич А.П. Сборник задач по физике. 10-11 класс. — М.: Дрофа,2009.- 68 – 74.

Дополнительная литература.

http://kvant.mccme.ru/1972/10/zakon_dzhoulya-lenca.htm

Основное содержание урока

При упорядоченном движении заряженных частиц в проводнике электрическое поле совершает работу, равную произведению заряда, прошедшего через проводник, и напряжения.

Сила тока равна отношению заряда прошедшего через проводник ко времени прохождения

Выразим заряд из формулы силы тока

через силу тока и время:

после подстановки в формулу (1) получим

Работа тока на участке цепи равна произведению силы тока, напряжения и времени, в течение которого шёл ток.

Из закона Ома для участка цепи выразим напряжение через силу тока и напряжение

и подставив в формулу работы получим:

При последовательном соединении проводников для определения работы тока удобнее пользоваться этой формулой, так как сила тока одинакова во всех проводниках.

При параллельном соединении проводников формулой:

так как напряжение на всех проводниках одинаково.

Работа тока показывает, сколько электроэнергии превратилось в другие виды энергии за конкретный период времени. Для электроэнергии справедлив закон сохранения энергии.

Мощность определяется по формуле:

Мощность тока равна отношению работы тока ко времени прохождения тока.

Так же формулу для мощности можно переписать в нескольких эквивалентных формах:

Если на участке цепи не совершается механическая работа и ток не производит химических действий, то происходит только нагревание проводника.

Электрическое поле действует с силой на свободные электроны, которые начинают упорядоченно двигаться, одновременно участвуя в хаотическом движении, ускоряясь в промежутках между столкновениями с ионами кристаллической решетки. Во время этих столкновений расходуется кинетическая энергия заряженных частиц. Именно эта энергия и становится теплом. Последующие столкновения электронов с другими ионами увеличивают амплитуду их колебаний и соответственно температуру всего проводника.

В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии:

Количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени прохождения тока по проводнику:

При последовательном соединении большее количество теплоты выделяется в проводнике с большим сопротивлением, а при параллельном соединении – с меньшим.

Измерения, приводящие к закону Джоуля-Ленца, можно выполнить, поместив в калориметр с водой проводник с известным сопротивлением и пропуская через него ток определенной силы в течение известного времени. Количество выделяющейся при этом теплоты определяют, составив уравнение теплового баланса.

Если соединить проводником два металлических шарика, несущих заряды противоположных знаков, под влиянием электрического поля этих зарядов в проводнике возникает кратковременный электрический ток. Заряды быстро нейтрализуют друг друга, и электрическое поле исчезнет.

Чтобы ток был постоянным, надо поддерживать постоянное напряжение между шариками. Для этого необходимо устройство, которое перемещало бы заряды от одного шарика к другому в направлении, противоположном направлению сил, действующих на эти заряды со стороны электрического поля шариков. В таком устройстве на заряды, должны действовать силы неэлектростатического происхождения. Одно лишь электрическое поле заряженных частиц не способно поддерживать постоянный ток в цепи.

Любые силы, действующие на электрически заряженные частицы, за исключением сил электростатического происхождения (то есть кулоновских), называют сторонними силами. Необходимости сторонних сил для поддержания постоянного тока в цепи объясняет закон сохранения энергии.

Электростатическое поле потенциально. Работа этого поля при перемещении в нем заряженных частиц вдоль замкнутой электрической цепи равна нулю. Прохождение же тока по проводникам сопровождается выделением энергии — проводник нагревается.

Следовательно, в цепи должен быть какой-то источник энергии, поставляющий ее в цепь. Работа этих сил вдоль замкнутого контура отлична от нуля. Внутри источника тока заряды движутся под действием сторонних сил против кулоновских сил (электроны от положительно заряженного электрода к отрицательному), а во внешней цепи их приводит в движение электрическое поле.

Действие сторонних сил характеризуется важной физической величиной, называемой электродвижущей силой (сокращенно ЭДС).

Электродвижущая сила

источника тока равна отношению работы сторонних сил при перемещении заряда по замкнутому контуру к величине этого заряда:

Электродвижущую силу выражают в вольтах.

Разбор тренировочных заданий

1. Электрочайник со спиралью нагревательного элемента сопротивлением 30 Ом включен в сеть напряжением 220 В. Какое количество теплоты выделится в нагревательном элемента за 5 мин?

1) 7260000 Дж;

2) 2200 Дж;

3) 484000 Дж.

Дано:

R=30Ом

U=220B

t=5мин=300с

Найти Q-?

Решение. Количество теплоты выделяемой нагревательным элементом определяется законом Джоуля – Ленца:

Правильный ответ 3) 484000 Дж.

2. Определите работу сторонних сил при перемещении по проводнику заряда 10 Кл, если ЭДС равно 9 В. Ответ округлите до десятых.

Дано:

q=10Кл

=9В

Найти: Аст

Решение. Из формулы ЭДС выражаем

Правильный ответ: 90 Дж.

Работа тока, количество теплоты, закон Джоуля-Ленца. Тест

Всего вопросов: 13

Вопрос 1. Используя показания приборов, рассчитайте работу тока за 30 с.

Вопрос 2. Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени, в проводнике с постоянным электрическим сопротивлением при увеличении силы тока в цепи в 4 раза?

Вопрос 3. Как изменится количество теплоты, выделяемое за единицу времени в проводнике при постоянном напряжении на концах проводника, если его сопротивление увеличить в 3 раза?

Вопрос 4. Как изменится мощность, потребляемая электрической лампой, если, не изменяя ее электрическое сопротивление, уменьшить напряжение на ней в 3 раза?

Вопрос 5. В цепи, состоящей из трех одинаковых проводников, соединенных параллельно и включенных в сеть, за 40 с выделилось некоторое количество теплоты. За какое время выделится такое же количество теплоты, если проводники соединить последовательно?

Вопрос 6. Если три проводника одинакового сечения и длины с удельными сопротивлениями соединить параллельно и подключить к источнику тока, то сильнее нагреется проводник:

Вопрос 7. Если три проводника одинакового сечения и длины, удельные сопротивления которых , соединены последовательно и подключить к источнику тока, то сильнее нагреется проводник:

Вопрос 8. Количество теплоты, выделяемое током в проволоке за одну секунду, можно удвоить, не меняя напряжения, за счет:

Вопрос 9.

Гирлянда из 15 электрических лампочек, соединенных последовательно, подключена к источнику постоянного напряжения. Как изменится расход электроэнергии, если количество ламп сократить до десяти?

Вопрос 10. Электрическая цепь, состоящая из резисторов , включенных последовательно, подсоединена к электрической сети. Если эти резисторы подключить параллельно друг другу и подсоединить к той же сети, то расход электроэнергии:

Вопрос 11. В каком из резисторов выделится большее количество теплоты, если

Вопрос 12. В каком из резисторов выделится большее количество теплоты за одно и то же время, если

Вопрос 13. Две электрические лампы мощностью 100 Вт и 200 Вт, рассчитанные на напряжение 220 В каждая, соединены последовательно. Если к ним приложить напряжение 440 В, то:

КДМ по выявлению уровня обучаемости по физике в 8 классе по теме: Закон Джоуля-Ленца.

МОУ Русско-Бектяшкинская СОШ МО «Сенгилеевский район» , учитель физики Бусалаева Т.Н.

Закон Джоуля – Ленца (рассказ о законе)

Электрический ток нагревает проводник или электролит. Свободные электроны в металлах или ионы в растворах, перемещаясь под действием электрического тока, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника увеличивается и проводник нагревается.
В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Работу тока рассчитывают по формуле:
    А = U·I·t.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или

Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I2·R·t .

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

Сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Закон в 1831-1842 гг. был получен экспериментально двумя учеными Дж. Джоулем (английский учёный) и Э.Х. Ленцем (русский учёный) независимо друг от друга. Метод, которым пользовался Ленц был более совершенным, а результаты получены более точные. Вывод из опытов Ленц сделал на несколько лет раньше, но публикация Джоуля опередила публикацию Ленца, поэтому сформулированный закон назвали законом Джоуля – Ленца.

Тепловое действие тока используется в различных электронагревательных приборах и установках.

Карта усвоения учащимися 8 класса закона Джоуля — Ленца.

План изучения физического закона

Содержание (суть) закона

  1. Кто и когда сформулировал данный закон

Закон в 1831-1842 гг. был получен экспериментально двумя учеными Дж. Джоулем (английский учёный) и Э.Х. Ленцем(русский учёный) независимо друг от друга. Метод, которым пользовался Ленц был более совершенным, а результаты получены более точные. Вывод из опытов Ленц сделал на несколько лет раньше, но публикация Джоуля опередила публикацию Ленца, поэтому сформулированный закон назвали законом Джоуля –Ленца.

  1. Связь между какими величинами выражает данный закон.

Связь между количеством теплоты силой тока, сопротивлением, и временем:

Q~I2

Q~R

Q~t

  1. Формулировка закона.

Количество теплоты, выделяемое в проводнике с током, равно произведению квадрата силы тока, сопротивления проводника и времени.

  1. Математическое выражение данного закона

Q=I2·R·t

  1. Опыты, подтверждающие справедливость закона (характеристика экспериментальной установки, порядок проведения опыта, его основные результаты).

1вариант ответа

1.Необходимо выяснить, что накал лампы зависит от величины проходящего электрического тока:

  • Собираем цепь, в которую последовательно включаем лампу накаливания и реостат, а также амперметр для измерения силы тока.

  • Устанавливаем ползун реостата на максимальное сопротивление и замкнуть цепь.

  • Уменьшаем плавно сопротивление реостата и пронаблюдаем за показаниями приборов и яркостью свечения лампы.
    Вывод:
    1. Чем ярче горит лампочка, тем больше выделяется количество теплоты.
    2. При увеличении силы тока в электрической цепи, яркость лампочки увеличивается, а следовательно выделяется большее количество теплоты.

Вывод: количество теплоты прямо пропорционально силе тока.

2.Необходимо убедиться, что количество теплоты, выделившееся на проводнике, зависит от сопротивления проводника:

  • Собираем электрическую цепь, в которой меняем проводники (из никелина, меди и нихрома), наблюдаем за изменением показаний амперметра, обращаем внимание на нагрев проводников.
    Вывод:

Чем больше удельное сопротивление проводников, тем больше сила тока,

сильнее нагревается проводника и больше выделяется количество теплоты на проводнике.

Вывод: количество теплоты прямо пропорционально сопротивлению проводника.

ВЫВОД: количество теплоты прямо пропорционально силе тока и сопротивлению проводника.

2вариант ответа

Собираем электрическую цепь:

Силу тока измеряем амперметром, сопротивление проводника вычисляем, используя показания вольтметра.
Термометром измеряем повышение температуры жидкости в калориметре. По формулам Q=I2Rt и Q=cm∆t° подсчитываем количества теплоты. Теоретически оба значения должны совпадать. Экспериментальным путём значения, с учётом погрешностей и потерь энергии приблизительно одинаковы, следовательно

количество теплоты прямо пропорционально квадрату силы тока и сопротивлению проводника, а также времени.

  1. Объяснение закона с точки зрения современных научных теорий.

Электрический ток нагревает проводник или электролит. Свободные электроны в металлах или ионы в растворах, перемещаясь под действием электрического тока, взаимодействуют с ионами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию. В результате работы электрического тока внутренняя энергия проводника увеличивается и проводник нагревается.
В неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на увеличение их внутренней энергии. Нагретый проводник отдает полученную энергию окружающим телам, но уже путем теплопередачи. Значит, количество теплоты, выделяемое проводником, по которому течет ток, равно работе тока.

Работу тока рассчитывают по формуле:
    А = U·I·t.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или

Q = U·I·t. Пользуясь законом Ома, можно количество теплоты, выделяемое проводником с током, выразить через силу тока, сопротивление участка цепи и время. Зная, что U = IR, получим: Q = I·R·I·t, т. е. Q=I2·R·t

  1. Способ практического использования закона.

Тепловое действие тока используют в различных электронагревательных приборах и установках. В домашних условиях широко применяют электрические плитки, утюги, чайники, кипятильники. В промышленности тепловое действие тока используют для выплавки специальных сортов стали и многих других металлов, для электросварки. В сельском хозяйстве с помощью электрического тока обогревают теплицы, кормозапарники, инкубаторы, сушат зерно, приготовляют силос.

(выявление уровня обучаемости)

8 класс

Разработано

учителем физики

Бусалаевой Т.Н.

Контрольно-диагностический материал по выявлению

уровня обучаемости

Предмет: Физика

Класс: 8

Тема:Закон Джоуля-Ленца.

Цель работы:выявить уровень усвоениязакона Джоуля-Ленца.

Знать/понимать:

  • закон Джоуля-Ленца;

  • математическое выражение закона;

  • зависимость количества теплоты от силы тока, сопротивления, времени;

  • причину нагревания проводников электрическим током.

Уметь:

Рефлексия:

Содержание работы

1. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

2. В муфельной печи ползунок реостата передвигают так, что сила тока увеличивается в 2 раза. Изменится ли количество теплоты, выделяемое в ней? Если изменится, то как?

  1. Увеличится в 2 раза;

  2. Увеличится в 4 раза;

  3. Не изменится;

  4. Уменьшится в 2 раза;

  5. Уменьшится в 4 раза.

3.Какое количество энергии расходуется на нагревание электроутюга в течение 5 мин, если его сопротивление 20 Ом, а сила тока 6 A?

4. По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл?

5.В спирали электроплитки, включенной в розетку с напряжением 220 В, при силе тока 3,5 А, выделилось 690 кДж теплоты. Сколько времени была включена в сеть плитка?

(листы с заданиями для учащихся)

Содержание работы

  1. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца.

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2. В муфельной печи ползунок реостата передвигают так, что сила тока увеличивается в 2 раза. Изменится ли количество теплоты, выделяемое в ней? Если изменится, то как?

  1. Увеличится в 2 раза;

  2. Увеличится в 4 раза;

  3. Не изменится;

  4. Уменьшится в 2 раза;

  5. Уменьшится в 4 раза.

Ответ___________

3.Какое количество энергии (в кДж) расходуется на нагревание электроутюга в течение 50 с, если напряжение в сети постоянно и равно 220 B, а сила тока 2 A?

Ответ___________

4. По проводнику с сопротивлением 6 Ом пропускали постоянный ток в течение 9 c. Какое количество теплоты выделилось в проводнике за это время, если через его сечение прошел заряд 3 Кл? (Запишите решение и ответ задачи.)

Ответ___________

5.В спирали электроплитки, включенной в розетку с напряжением 220 В, при силе тока 3,5 А, выделилось 690 кДж теплоты. Сколько времени была включена в сеть плитка? (Запишите решение и ответ задачи.)

Ответ___________

Поэлементный анализ контрольно-диагностического материала.

  1. Верно сформулирован закон Джоуля-Ленца.

2.1.Верно определено, как изменится количество теплоты;

2.2. Определено, во сколько раз изменится количество теплоты.

    1. Записан закон Джоуля-Ленца;

    2. Вычислено количество теплоты.

4.

4.1. Записан закон Джоуля-Ленца

4.2. Записана формула для расчета силы тока, через электрический заряд;

4.3.Вычислена сила тока;

4.4. Вычислено количество теплоты.

5.

5.1.Записан закон Джоуля-Ленца;

5.2.Записан закон Ома для участка цепи;

5.3. Закон Ома преобразован для расчета сопротивления;

5.4. Вычислено сопротивление;

5.5. Закон Джоуля-Ленца преобразован для расчета времени;

5.6. Вычислено время.

Критерии оценивания.

Для оценивания результатов выполнения работ применяются традиционные отметки «2», «3», «4», «5» и рейтинг от 0 до 15 баллов.

Максимальное число баллов за одно задание

Общее количество баллов

1 задание

2 задание

3 задание

4задание

5 задание

Количество баллов

1

2

3

4

5

1

2

2

4

6

1

2

2

4

6

15

Схема перевода рейтинга в школьную оценку.

Тестовый балл

Школьная оценка

0-4

5-8

9-13

14-15

«2»

«3»

«4»

«5»

Анализ выполнения учащимися контрольно-диагностического материала

Предмет: Физика

Класс: 8

Ф.И.О. учителя: Бусалаева Татьяна Николаевна

Количество учащихся, выполнявших контрольный срез: __7__

Ф.И. учащегося

Элементы знаний, умений,

способов деятельности

Аблапохин Юрий

Гурьянова Наталья

Игонина Татьяна

Кукушкина Инга

Миронов Станислав

Семина Ирина

Школяр Валентина

Всего

правильных ответов

1.Верно сформулирован закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

2.

2.1.Верно определено, как изменится количество теплоты

+

+

+

+

+

+

+

7

2.2.Определено, во сколько раз изменится количество теплоты

+

+

+

+

+

5

3.

3.1.Записан закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

3.2. Вычислено количество теплоты

+

+

+

+

+

+

+

7

4.

4.1.Записан закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

4.2. Записана формула для расчета силы тока через электрический заряд

+

+

+

+

4

4.3. Вычислена сила тока

+

+

+

+

4

4.4.Вычислено количество теплоты

+

+

+

+

4

5.

5.1. Записан закон Джоуля-Ленца

+

+

+

+

+

+

+

7

5.2.Записан закон Ома для участка цепи

+

+

+

+

4

5.3. Закон Ома преобразован для расчета сопротивления

+

+

+

3

5.4. Вычислено сопротивление

+

+

+

3

5.5. Закон Джоуля-Ленца преобразован для расчета времени

+

1

5.6. Вычислено время

+

1

Общее количество баллов

13

13

6

7

6

15

11

Оценка

4

4

3

3

3

5

4

Элементы знаний, умений,способов деятельности

Выполнили правильно

Количество %

Допустили ошибки

Количество %

Не приступили к выполнению

Количество %

%

успешности выполнения

1.

Верно сформулирован закон Джоуля-Ленца

7/100%

0/100%

0/100%

100%

2.

Верно определено, как изменится количество теплоты

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Определено, во сколько раз изменится количество теплоты.

5/71%

2/29%

0/100%

71%

3.

Записан закон Джоуля-Ленца

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Вычислено количество теплоты

7/100%

0/100%

0/100%

100%

4.

Записан закон Джоуля-Ленца;

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Записана формула для расчета силы тока, через электрический заряд;

4/57%

3/43%

0/100%

57%

Вычислена сила тока

4/57%

3/43%

0/100%

57%

Вычислено количество теплоты

4/57%

3/43%

0/100%

57%

5.

Записан закон Джоуля-Ленца

7/100%

0/100%

0/100%

100%

Записан закон Ома для участка цепи

4/57%

0/100%

3/49%

57%

Закон Ома преобразован для расчета сопротивления

3/43%

1/14%

3/43%

43%

Вычислено сопротивление

3/43%

1/14%

3/43%

43%

Закон Джоуля-Ленца преобразован для расчета времени

1/14%

3/43%

3/43%

14%

Вычислено время

1/14%

3/43%

3/43%

14%

Вывод об успешности овладения учащимися знаниями,

умениями и способами деятельности

Справились

на

СОУ

Качество знаний

7

7

5

%

4

%

3

%

2

%

57,1%

57,1%

1

14%

3

43%

3

43%

0

0%

В результате работы было установлено, что учащиеся в основном овладели знаниями, умениями, способами деятельности. Но видно, чтоесть проблемы с пониманиему Миронова С. и Игониной Т., с применением знаний в измененной ситуацииу Миронова С., Игониной Т., Кукушкиной И., Школяр В..

Планируется коррекционная работа с Мироновым С., Игониной Т., Школяр В., с последующим выполнением самостоятельной работы по данной теме.

Уровень обучаемости

Уровневая группа

учащихся

Уровень обученности

1

Аблапохин Юрий

3 уровень

на конструктивном уровне

повышенный уровень

2

Гурьянова Наталья

3 уровень

на конструктивном уровне

повышенный уровень

3

Игонина Татьяна

2 уровень

на репродуктивном уровне

базовый уровень

4

Кукушкина Инга

2 уровень

на репродуктивном уровне

базовый уровень

5

Миронов Станислав

2 уровень

на репродуктивном уровне

базовый уровень

6

Семина Ирина

3 уровень

на творческом уровне

творческий уровень

7

Школяр Валентина

2 уровень

на конструктивном уровне

повышенный уровень

Формула количества теплоты в физике

Содержание:

Определение и формула количества теплоты

Внутреннюю энергию термодинамической системы можно изменить двумя способами:

  1. совершая над системой работу,
  2. при помощи теплового взаимодействия.

Передача тепла телу не связана с совершением над телом макроскопической работы. В данном случае изменение внутренней энергии вызвано тем, что отдельные молекулы тела с большей температурой совершают работу над некоторыми молекулами тела, которое имеет меньшую температуру. В этом случае тепловое взаимодействие реализуется за счет теплопроводности. Передача энергии также возможна при помощи излучения. Система микроскопических процессов (относящихся не ко всему телу, а к отдельным молекулам) называется теплопередачей. Количество энергии, которое передается от одного тела к другому в результате теплопередачи, определяется количеством теплоты, которое предано от одного тела другому.

Определение

Теплотой называют энергию, которая получается (или отдается) телом в процессе теплообмена с окружающими телами (средой). Обозначается теплота, обычно буквой Q.

Это одна из основных величин в термодинамике. Теплота включена в математические выражения первого и второго начал термодинамики. Говорят, что теплота – это энергия в форме молекулярного движения.

Теплота может сообщаться системе (телу), а может забираться от нее. Считают, что если тепло сообщается системе, то оно положительно.

Формула расчета теплоты при изменении температуры

Элементарное количество теплоты обозначим как $\delta Q$. Обратим внимание, что элемент тепла, которое получает (отдает) система при малом изменении ее состояния не является полным дифференциалом. Причина этого состоит в том, что теплота является функцией процесса изменения состояния системы.

Элементарное количество тепла, которое сообщается системе, и температура при этом меняется от Tдо T+dT, равно:

$$\delta Q=C d T(1)$$

где C – теплоемкость тела. Если рассматриваемое тело однородно, то формулу (1) для количества теплоты можно представить как:

$$\delta Q=c m d T=\nu c_{\mu} d T(2)$$

где $c=\frac{C}{m}$ – удельная теплоемкость тела, m – масса тела, $c_{\mu}=c \cdot \mu$ — молярная теплоемкость, $\mu$ – молярная масса вещества, $\nu=\frac{m}{\mu}$ – число молей вещества.

Если тело однородно, а теплоемкость считают независимой от температуры, то количество теплоты ($\Delta Q$), которое получает тело при увеличении его температуры на величину $\Delta t = t_2 — t_1$ можно вычислить как:

$$\Delta Q=c m \Delta t(3)$$

где t2, t1 температуры тела до нагрева и после. Обратите внимание, что температуры при нахождении разности ($\Delta t$) в расчетах можно подставлять как в градусах Цельсия, так и в кельвинах.

Формула количества теплоты при фазовых переходах

Переход от одной фазы вещества в другую сопровождается поглощением или выделением некоторого количества теплоты, которая носит название теплоты фазового перехода.

Так, для перевода элемента вещества из состояния твердого тела в жидкость ему следует сообщить количество теплоты ($\delta Q$) равное:

$$\delta Q=\lambda d m$$

где $\lambda$ – удельная теплота плавления, dm – элемент массы тела. При этом следует учесть, что тело должно иметь температуру, равную температуре плавления рассматриваемого вещества. При кристаллизации происходит выделение тепла равного (4).

Количество теплоты (теплота испарения), которое необходимо для перевода жидкости в пар можно найти как:

$$\delta Q=r d m$$

где r – удельная теплота испарения. При конденсации пара теплота выделяется. Теплота испарения равна теплоте конденсации одинаковых масс вещества.

Единицы измерения количества теплоты

Основной единицей измерения количества теплоты в системе СИ является: [Q]=Дж

Внесистемная единица теплоты, которая часто встречается в технических расчетах. [Q]=кал (калория). 1 кал=4,1868 Дж.

Примеры решения задач

Пример

Задание. Какие объемы воды следует смешать, чтобы получить 200 л воды при температуре t=40С, если температура одной массы воды t1=10С, второй массы воды t2=60С?

Решение. Запишем уравнение теплового баланса в виде:

$$Q=Q_{1}+Q_{2}(1.1)$$

где Q=cmt – количество теплоты приготовленной после смешивания воды; Q1=cm1t1 — количество теплоты части воды температурой t1 и массой m1; Q2=cm2t2— количество теплоты части воды температурой t2 и массой m2.

Из уравнения (1.1) следует:

$$ \begin{array}{l} \mathrm{cmt}=\mathrm{cm}_{1} t_{1}+\mathrm{~cm}_{2} t_{2} \rightarrow \mathrm{mt}=\mathrm{m}_{1} t_{1}+\mathrm{~m}_{2} t_{2} \rightarrow \\ \rightarrow \rho \mathrm{Vt}=\rho V_{1} t_{1}+\rho \mathrm{V}_{2} t_{2} \rightarrow \mathrm{Vt}=V_{1} t_{1}+V_{2} t_{2}(1.2) \end{array} $$

При объединении холодной (V1) и горячей (V2) частей воды в единый объем (V) можно принять то, что:

$$$ V=V_{1}+V_{2}(1.3) $$$

Так, мы получаем систему уравнений:

$$ \left\{\begin{array}{c} V t=V_{1} t_{1}+V_{2} t_{2} \\ V=V_{1}+V_{2} \end{array}\right. $$

Решив ее получим:

$$ \begin{array}{l} V_{1}=\frac{\left(t_{2}-t\right)}{t_{2}-t_{1}} V \\ V_{2}=\frac{\left(t-t_{1}\right)}{t_{2}-t_{1}} V \end{array} $$

Проведем вычисления (это можно сделать, не переходя в систему СИ):

$$ \begin{array}{l} V_{1}=\frac{(60-40)}{60-10} 200=80 \text { (л) } \\ V_{2}=\frac{(40-10)}{60-10} 200=120 \text { (л) } \end{array} $$

Ответ.{*}\right) \end{array} $$

Ответ. $\Delta Q$=1700 Дж

Читать дальше: Формула напряженности магнитного поля.

Нагревание проводников электрическим током. Закон Джоуля-Ленца

Электрический ток нагревает проводник. Это явление нам хорошо известно. Объясняется оно тем, что свободные электроны в металлах или ионы в растворах электролитов, перемещаясь под действием электрического поля, взаимодействуют с молекулами или атомами вещества проводника и передают им свою энергию.

Опыты показывают, что в неподвижных металлических проводниках вся работа тока идет на нагревание проводников, т. е. на увеличение их внутренней энергии. Мерой же изменения внутренней энергии тела является количество теплоты. Значит, количество теплоты, выделяющееся в проводнике, равно работе тока.

Мы знаем, что работу тока рассчитывают по формуле:

А = UIt.

Обозначим количество теплоты буквой Q. Согласно сказанному выше Q = A, или

Q = UIt.

Пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяющееся в участке цепи при работе тока, через силу тока, сопротивление участка цепи и время.

Зная, что U= IR, получим:

Q=IRIt

т. е.

Q=I2Rt

Количество теплоты, выделяемое проводником с током, равно произведению квадрата силы тона, сопротивления проводника и времени.

К этому же выводу, но на основании опытов впервые пришли независимо друг от друга английский ученый Джоуль и русский ученый Ленц. Поэтому сформулированный выше вывод называется законом Джоуля — Ленца.

Вопросы. 1. Как можно объяснить нагревание проводника электрическим током? 2. По какой формуле можно рассчитать количество теплоты, выделяемое в проводнике током? 3. Как, пользуясь законом Ома, можно выразить количество теплоты, выделяемое током в проводнике, через силу тока, сопротивление проводника и время? 4. Как формулируется закон Джоуля Ленца?

Упражнения. 1. Какое количество теплоты выделится за 30 мин в проволочной спирали сопротивлением 20 Ом при силе тока 5 A? 2. С какой целью провода в местах соединения не просто скручивают, а еще и спаивают? Ответ обоснуйте.  3.    Если нагревательный прибор (кипятильник) вынуть из воды, не выкормив предварительно его из сети, то он быстро перегорает. Почем? 4. В цепь источника тока включены последовательно три проволоки одинакового сечения и длины: медная, стальная и никелиновая. Какая из них больше нагреется? Ответ обоснуйте и по возможности проверьте в классе на опыте.

Как изменится количество теплоты, выделяемое провод­ником с током, если силу тока в проводнике уменьшить в 2 раза?

1. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/1 Тепловые явления.Теплопередача и работа/1 Виды теплопередачи.doc
2. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/1 Тепловые явления.Теплопередача и работа/2 Количество теплоты.Уд.теплоемкость..doc
3. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/1 Тепловые явления.Теплопередача и работа/3 Расчет количества теплоты.doc
4. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/1 Тепловые явления.Теплопередача и работа/4 Сравнение количеств теплоты.doc
5. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/1 Тепловые явления.Теплопередача и работа/5 Энергия топлива.doc
6. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/1 Тепловые явления.Теплопередача и работа/6 Закон сохран.и превращ.энергии в механ.и тепловых процессах.doc
7. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/2 Изменение агрегатного состояния вещества/1 Плавление и отвердевание крист.тел.doc
8. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/2 Изменение агрегатного состояния вещества/2 График плавления и отвердевания кристаллических тел.doc
9. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/2 Изменение агрегатного состояния вещества/3 Плавление и отвердевание.Уд.теплота плавления.doc
10. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/2 Изменение агрегатного состояния вещества/4 Расчет кол.теплоты при кристаллизации и плавлении.doc
11. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/2 Изменение агрегатного состояния вещества/5 Испарение и конденсаци. Кипение..doc
12. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/2 Изменение агрегатного состояния вещества/6 Удельная теплота парообразования..doc
13. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/2 Изменение агрегатного состояния вещества/7 Двигатель внутреннего сгорания..doc
14. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/3 Электричество/1 Электризация.Эл.поле..doc
15. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/3 Электричество/2 Строение атома.doc
16. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/3 Электричество/3 Объяснение электризации тел.doc
17. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/1 Электрический ток.Источники тока..doc
18. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/10 Параллельное соединение.doc
19. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/11 Параллельное и последовательное соединение.doc
20. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/2 Электрическая цепь и ее сост.части.doc
21. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/3 Эл.ток в металлах и растворах электролитов.doc
22. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/4 Сила тока.Амперметр.doc
23. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/5 Электрическое напряжение.Вольтметр..doc
24. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/6 Зависимость силы тока и напряжения.Сопротивление проводников.doc
25. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/7 Закон Ома для участка цепи..doc
26. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/8 Расчет сопротивления проводников.doc
27. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/4 Сила тока.Напряжение.Сопротивление/9 Последовательное соединение.doc
28. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/5 Мощность и работа эл. тока/1 Работа эл.тока.doc
29. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/5 Мощность и работа эл. тока/2 Мощность электрического тока.doc
30. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/5 Мощность и работа эл. тока/3 Нагрев.проводников.Закон Джоуля-Ленца.doc
31. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/6 Электромагнитные явления/1 Магнитное поле.Магниты..doc
32. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/6 Электромагнитные явления/2 Явление эл.маг.индуккции.doc
33. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/1.doc
34. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/2.doc
35. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/3.doc
36. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/4.doc
37. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/5.doc
38. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/6.doc
39. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/~$ЕДЕНИЕ.doc
40. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Заголовки/Титульный лист.doc
41. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Игры и высказывания/Афоризмы по темам.doc
42. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Игры и высказывания/Задачи по загадкам.doc
43. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Игры и высказывания/Интеллектуальная игра.doc
44. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Игры и высказывания/Лирики о физике.doc
45. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Игры и высказывания/Слово о науке.doc
46. /ФИЗИКА ДЛЯ ТЕБЯ/Игры и высказывания/ФИЗИЧЕСКОЕ ЛОТО Тепловые явления.doc
1. На каком способе теплопередачи основано водяное отопление? Теплопроводности. Конвекции. Излучении
1. Количеством теплоты называют ту часть внутренней энергии, которую
1. Какое количество теплоты необходимо для нагревания цинка массой 1 кг на 1°С?
Смешали горячую воду массой 0,1 кг при температуре 50 °С с холодной водой массой 0,2 кг при температуре 20° С
1. Удельная теплота сгорания топлива-это количество теплоты, выделяющееся
1. Какие превращения энергии происходят при падении метеорита?
Вариант 1 Свинец плавится при температуре 327°С. Что можно сказать о температуре отвердевания свинца?
Вариант 1 На рисунке а изображен график нагревания и плавления кристаллического тела
Вариант 1 Молекулы в кристаллах расположены
1. Какая энергия требуется для плавления железа массой 1 кг при температуре плавления?
Какое явление называют конденсацией? Это явление, при котором происходит
1. Равна ли внутренняя энергия воды массой 1 кг при тем­пературе
На рисунке 103 изображен разрез двигателя внутреннего сго­рания. Каким номером обозначен
1. Стекло при трении о шелк заряжается положительно отрицательно
Имеет ли заряд электрон? Не имеет
1. Тело заряжено отрицательно тогда, когда сумма всех по­ложительных зарядов в теле
Электрическим током называют движение электронов по проводнику
Сила тока в проводнике
Вариант1 Рассмотрите схему электрической цепи, изображенную на рисунке 178, и ответьте на вопросы. 1
Вариант 1 На рисунке 129
Вариант 1 в твердом состоянии металлы Частицы в них расположены
Рассмотрите рисунок 137 и ответьте на вопросы
Рассмотрите рисунок 140 и ответьте на вопросы
Какова сила тока в проводни­ке при напряжении 4 В, если при 12 в она равна 3 А?
1. По данным, приведенным на рисунке 157, вычислите по­казания вольтметра. 0,5 В; 110 В; 440 В; 1100 В. 2
1. 0,5 м; 5 м; 1,8 м; 2,5 м; 25 м
1. Требуется изготовить елочную гирлянду из лампочек, рассчитанных на напряжение 6 В, чтобы ее можно было включить в сеть напряжением 120 В. Сколько для этого надо взять лампочек? 4; 8; 16; 20; 30. 2
Сколько джоулей в 1 Вт ч?
Вариант 1 Сколько ватт в 25 кВт? 250 Вт; 25 000 Вт; 2500 Вт; 2,5 Вт; 25 Вт. 2
Как изменится количество теплоты, выделяемое провод­ником с током, если силу тока в проводнике уменьшить в 2 раза?
Рис. 181)? Будут висеть отвесно. Головки притянутся друг к другу. Головки оттолкнутся друг от друга. Как направлены магнитные линии между полюсами дугообразного магнита (рис. 182)
Придет в движение
Fizika dlya tebya
Fizika dlya tebya
Fizika dlya tebya
Fizika dlya tebya
Fizika dlya tebya
Fizika dlya tebya
Особие для учителей и учеников
Наблюдение и опыты. Физические величины и их измерение
1 Деревянные кони по снегу скачут, а в снег не проваливаются
Прибор. Состоит из двух самостоятельно действующих приборов. Первая часть слова является омонимом людей с девиантным поведением. Без воды не работает. Работа основана на изменении температуры при испарении. Измеряет влажность воздуха. Явление
Уж если вам заняться нечем, а хочется изобретать
А. И. Герцен Наука не может ошибаться в вещах, она может ошибаться лишь в понимании вещей
Молекулярная физика

Вариант 1

1. Как изменится количество теплоты, выделяемое провод­ником с током, если силу тока в проводнике уменьшить в 2 раза?


  1. Увеличится в 2 раза. 4. Уменьшится в 2 раза.

  2. Увеличится в 4 раза. 5. Уменьшится в 4 раза.

  3. Не изменится.

2. Какую энергию расходует электрический утюг за 1 мин, если сопротивление его нагревательного элемента 100 Ом, а сила тока в нем 2 А?

1. 7560 Дж; 2. 24 000 Дж; 3. 36 000 Дж; 4. 66 000 Дж.

3. В нагревательном элементе чайника при напряжении 220 В сила тока 5 А. Какое количество теплоты выделит чайник за 5 мин?

1. 5400 Дж; 2. 72 600 Дж; 3. 150 000 Дж; 4. 96 000 Дж; 5. 330 000 Дж.

4. Железная и медная проволоки одинаковых размеров соединены последовательно и подключены к источнику тока. Что можно сказать о количестве теплоты, выде­ляемом этими проволоками?


  1. Медная проволока выделит меньшее количество теп­лоты.

  2. Медная проволока выделит большее количество теп­лоты.

  3. Проволоки выделят равное количество теплоты.

Вариант 2

1. Как изменится количество теплоты, выделяемое спиралью электрической плитки, если ее длину уменьшить в 2 раза?


  1. Увеличится в 2 раза. 4. Уменьшится в 2 раза.

  2. Увеличится в 4 раза. 5. Уменьшится в 4 раза.

  3. Не изменится.

2. В электрической лампе нить накаливания имеет сопро­тивление 440 Ом. Вычислите количество теплоты, выде­ляемое лампой за 10 мин, если сила тока в ней 0,5 А.

1. 5760 Дж; 2. 24 000 Дж; 3. 36 000 Дж; 4. 66 000 Дж.

3. Включенная часть реостата имеет сопротивление 10 Ом и напряжение 30 В. Какое количество теплоты выделится реостатом за 10 мин?

1. 5400 Дж; 2. 72 600 Дж; 3. 150 000 Дж; 4. 96 000 Дж; 5. 33 000 Дж.

4. Электрические лампы сопротивлением 200 и 400 Ом соединены параллельно и подключены к источнику тока. Что можно сказать о количестве теплоты, выделяемом ими за одно и то же время?


  1. Лампы выделят одинаковое количество теплоты.

  2. Количество теплоты, выделяемое первой лампой, будет
    больше в 4 раза.

  3. Количество теплоты, выделяемое первой лампой, будет
    меньше в 4 раза.

  1. Количество теплоты, выделяемое первой лампой, будет
    больше в 2 раза.

  2. Количество теплоты, выделяемое первой лампой, будет
    меньше в 2 раза.

Передача тепла посредством теплопроводности: уравнения и примеры — стенограмма видео и урока

Примеры поведения

В нашей повседневной жизни есть всевозможные примеры поведения. Главное — подумать о том, соприкасаются ли предметы физически. Таким образом, кастрюля с кипящей водой, нагреваемая электрической плитой, получает тепловую энергию от плиты за счет теплопроводности. И когда вы дотрагиваетесь до металлического противня в духовке и обжигаетесь, это тоже происходит из-за кондукции.

Уравнение проводимости

В физике все должно иметь уравнение! Это какое-то неписаное правило. Проведение — не исключение. Насколько быстро происходит проводимость, зависит от нескольких факторов: из какого материала сделаны объекты (проводимости), площади поверхности двух соприкасающихся объектов, разницы температур между двумя объектами и толщины двух объектов.

В форме уравнения это выглядит так.

Q свыше т — это скорость теплопередачи — количество тепла, передаваемого за секунду, измеряемое в Джоулях в секунду или ваттах. k — это теплопроводность материала. Например, медь имеет теплопроводность 390, а шерсть — всего 0,04. T1 — это температура одного объекта, а T2 — температура другого. Поскольку это разница температур, вы можете использовать градусы Цельсия или Кельвина, в зависимости от того, что вам удобнее. А d — это толщина интересующего нас материала.

Таким образом, скорость передачи тепла к объекту равна теплопроводности материала, из которого он сделан, умноженному на площадь соприкасающейся поверхности. умножается на разницу температур между двумя объектами, деленную на толщину материала.

Пример расчета

Хорошо, давайте рассмотрим пример. Допустим, вы собираетесь в аквапарк и собираетесь взять с собой охладитель пенополистирола. Кулер имеет общую площадь 1,2 метра в квадрате, а толщину стенок 0,03 метра. Температура внутри кулера — 0 по Цельсию, а в самое жаркое время дня 38 градусов по Цельсию. Сколько тепловой энергии в секунду теряет кулер в это время суток? А сколько тепловой энергии теряется в аквапарке за три часа при температуре 38 градусов? (Примечание: теплопроводность пенополистирола равна 0.01.)

Все, что нам нужно сделать, чтобы решить эту проблему, — это подставить числа в уравнение. Потери тепловой энергии в секунду ( Q / t ) равны теплопроводности пенополистирола ( k ), умноженной на площадь поверхности охладителя ( A ), умноженную на разницу температур между охладитель и внешность ( T2 T1 ), разделенные на толщину пенополистирола. Это 0,01, умноженное на 1,2, умноженное на 38, разделенное на 0.03. Введите все это в калькулятор, и вы получите 15,2 Джоулей в секунду или 15,2 Вт.

Q / t = ((0,01) (1,2) (38-0)) / 0,03 = 15,2 Дж / с или 15,2 Вт

Для второй части вопроса нам нужно выяснить, сколько энергия теряется за три часа. Что ж, у нас есть потери энергии за секунду — 15,2 Джоулей. Итак, нам просто нужно знать, сколько секунд осталось в трех часах. Три часа, умноженные на 60 минут, умноженные на 60 секунд, в сумме дают 10800 секунд.15,2 джоулей в секунду в течение 10 800 секунд … умножьте два числа вместе, и вы получите в общей сложности 164 160 джоулей за три часа.

И все — готово.

Краткое содержание урока

Проводимость — это передача тепловой энергии между двумя объектами, находящимися в прямом физическом контакте. Это один из трех типов теплопередачи, два других — конвекция и излучение. Когда два объекта с разной температурой соприкасаются друг с другом, между ними будет проходить тепловая энергия.Чтобы понять это, мы должны понять, что температура — это средняя кинетическая энергия молекул в веществе. Более горячие материалы содержат молекулы, которые движутся быстрее. Поэтому, когда холодный объект соприкасается с горячим объектом, быстро движущиеся горячие молекулы сталкиваются с более холодными молекулами, распространяя тепло от горячего объекта на холодный объект. Это будет продолжаться, пока они не достигнут одинаковой температуры.

Некоторые материалы являются лучшими проводниками, чем другие. Вот почему кафельные полы кажутся такими холодными.Ваши ноги почти всегда теплее пола, но кафельный пол лучше проводит тепло. То, что ваша кожа ощущается как «холодная», — это просто передача тепла от ваших ног к полу, и это происходит намного быстрее с плиточным полом, чем с ковром, хотя обычно они имеют одинаковую температуру.

Уравнение проводимости говорит нам, что скорость теплопередачи ( Q / t ) в Джоулях в секунду или ваттах равна теплопроводности материала ( k ), умноженной на площадь поверхности. соприкасающихся объектов ( A ), умноженное на разницу температур между двумя материалами ( T2 T1 ), разделенную на толщину интересующего нас материала ( d ).Вы можете использовать это, чтобы определить скорость теплопередачи, но если вам дан конкретный период времени ( t ), вы также можете рассчитать общее переданное тепло.

Электроэнергия происходит повсюду вокруг нас: когда вы обжигаетесь на горячем противне, когда вы нагреваете кастрюлю на электрической плите, когда у вас установлена ​​изоляция стен внутри полости. Всякий раз, когда тепло передается между двумя предметами, которые соприкасаются напрямую, это происходит из-за теплопроводности.

Результаты обучения

После того, как вы закончите этот урок, вы должны иметь возможность:

  • Определить проведение и выявить повседневные примеры этого
  • Объясните, как происходит проводимость, и какие факторы влияют на ее скорость
  • Вспомните уравнение проводимости

Conduction Heat Transfer — обзор

5.1.1 Кондуктивная теплопередача

Кондуктивная теплопередача — это передача тепла посредством молекулярного возбуждения внутри материала без объемного движения вещества. Теплопередача кондуктом в основном происходит в твердых телах или неподвижных средах, таких как жидкости в состоянии покоя. Например, передача тепла в твердых телах происходит из-за комбинации колебаний решетки молекул и переноса энергии свободными электронами, в то время как в газах и жидкостях это происходит из-за столкновений и диффузии молекул.

Для изучения теплопроводности, давайте, например, посмотрим на установившуюся скорость теплопередачи Q · ( W ) через толщину слоя твердого электролита Δx, которая является функцией температуры горячей жидкости, T H , и температура холодной жидкости, T C , геометрия и свойства даны как

(5.1) Q · = f (TH, TC, геометрия и свойство)

, где горячая жидкость, T H и холодная жидкость T C , температуры указаны в абсолютных Кельвинах.Также возможно выразить скорость теплопередачи на основе разницы температур горячей и холодной жидкости, T H T C , как

(5.2) Q · = f [(TH – TC) , геометрия и свойства]

Закон теплопроводности Фурье связывает теплопередачу с механическими, тепловыми и геометрическими свойствами среды. Фурье показал, что скорость теплопередачи пропорциональна разнице температур в твердом слое и площади теплопередачи и обратно пропорциональна толщине твердого слоя.То есть

(5,3) Коэффициент теплопередачи (Площадь) (разница температур) Толщина = (A) (ΔT) Δx

Площадь поперечного сечения A выражена в квадратных метрах, а толщина плиты Δ x , в метрах. Коэффициент пропорциональности в формуле. (5.3) заменяется свойством переноса ( k ), называемым теплопроводностью (Вт / мК), которое является скалярным свойством. Следовательно, уравнение. (5.3) принимает следующий вид:

(5.4) Q · = kATH − TCΔx = −kATC − THΔx = −kAΔTΔx

Теплопроводность — это мера способности материала проводить тепло.Теплопроводность — это хорошо табулированное свойство для большого количества материалов, которое можно найти в различных справочных материалах по теплопередаче или термодинамике.

В пределе, уравнение скорости теплопередачи, Ур. (5.4) для любой разности температур Δ T по длине плиты Δ x , поскольку оба приближаются к

(5.5) Q · cond, n = −kAdTdx

dTdx (км) — градиент температуры как показано на рис. 5.2. Знак минус, появляющийся в приведенном выше уравнении, обусловлен теплопередачей, а направления градиента температуры противоположны.

Рисунок 5.2. Механизм теплопроводности.

Переставив уравнение. (5.5) и сравнивая с потоком электрического тока, тепловое сопротивление проводимости в декартовой системе координат, R cond , выглядит следующим образом:

(5.6) Rcond = ΔxkA

Тепловое сопротивление проводимости, R cond , является мерой сопротивления стены тепловому потоку. Очевидно, что тепловое сопротивление, R cond , увеличивается с увеличением толщины и уменьшением площади поверхности и теплопроводности.Тепловое сопротивление проводимости для цилиндрической и сферической координаты определяется из одномерного уравнения энергии в относительной координате и составляет соответственно [1]:

(5.7) Rcond = ln (ro / rin) 2πk

(5.8) Rcond = 1rin − 1ro4πk

, где r o и r in — это внешний и внутренний диаметры цилиндра, а также сферы.

Общее стационарное одномерное уравнение теплопроводности без генерации записывается как

(5.9) 1RNddR (RNkdTdR) = 0

Общее нестационарное одномерное уравнение теплопроводности с истоковым членом записывается как

(5.10) 1RNddR (RNkdTdR) + q ‴ = ρCp∂T∂t

где R и N в обоих уравнениях. (5.9) и (5.10) равны x и 0 для плиты, r и 1 для цилиндра и r и 2 для сферы соответственно. q ′ ′ ′ (Вт / м 3 ) — тепловыделение, ρ (кг / м 3 ) — плотность, C p (кДж / кг · K) — тепло грузоподъемность, а т (с) — время.Для постоянных термофизических свойств Ур. (5.10) принимает вид

(5.11) 1RNddR (RNkdTdR) + q ‴ = ρCp∂T∂t

, где α = kρCp (m2s) — коэффициент температуропроводности.

Скорость теплопроводности для изотропной среды является векторной величиной. Общие трехмерные уравнения теплопроводности с постоянными свойствами для изотропной среды прямоугольной ( x , y , z ), цилиндрической ( r , φ , z ) и сферической ( r ) , φ , θ ) координаты соответственно следующие:

(5.12) ∂2T∂x2 + ∂2T∂y2 + ∂2T∂z2 + q ‴ k = 1α∂T∂t

(5.13) 1r∂∂r (r∂T∂r) + 1r2∂∂ϕ (r∂T∂ ϕ) + ∂2T∂z2 + q ‴ k = 1α∂T∂t

(5.14) 1r∂∂r (r2∂T∂r) + 1r2sin2θ∂2T∂ϕ2 + 1r2sin2θ∂∂θ (sinθ∂T∂θ ) + q ‴ k = 1α∂T∂t

Скорость кондуктивного теплового потока для анизотропной среды q · → (Wm2) также является векторной величиной, и в декартовой системе координат она равна

(5.15) q · → cond = — (kxx∂T∂x + kxy∂T∂y + kxz∂T∂z) iˆ− (kyx∂T∂x + kyy∂T∂y + kyz∂T∂z) jˆ− (kzx∂ T∂x + kzy∂T∂y + kzz∂T∂z) kˆ

Поскольку физические свойства всех материалов, используемых в различных слоях ТОТЭ, не меняются в зависимости от направления [2], теплопроводность этих материалов также является скалярной. количество и, следовательно, уравнение.(5.15) переписывается как

(5.16) q · → cond = −k∂T∂xiˆ − k∂T∂yjˆ − k∂T∂zkˆ = −k∇T

∇T — температурный градиент и задается как

(5.17) ∇T = ∂T∂xiˆ + ∂T∂yjˆ + ∂T∂zkˆ

Что такое теплопроводность?

Диаграмма, показывающая передачу тепловой энергии посредством теплопроводности. Кредит: Безграничный

Тепло — интересный вид энергии. Он не только поддерживает жизнь, делает нас комфортными и помогает готовить пищу, но и понимание его свойств является ключом ко многим областям научных исследований.Например, знание того, как передается тепло и степень, в которой различные материалы могут обмениваться тепловой энергией, управляет всем: от обогревателей здания и понимания сезонных изменений до отправки кораблей в космос.

Тепло может передаваться только тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением. Из них кондукция, пожалуй, самая распространенная и регулярно встречается в природе.Короче говоря, это передача тепла посредством физического контакта. Это происходит, когда вы нажимаете рукой на оконное стекло, когда вы ставите горшок с водой на активный элемент и когда вы кладете утюг в огонь.

Этот перенос происходит на молекулярном уровне — от одного тела к другому — когда тепловая энергия поглощается поверхностью и заставляет молекулы этой поверхности двигаться быстрее. В процессе они натыкаются на своих соседей и передают им энергию — процесс, который продолжается до тех пор, пока добавляется тепло.

Процесс теплопроводности зависит от четырех основных факторов: градиента температуры, поперечного сечения материалов, длины пути и свойств этих материалов.

Температурный градиент — это физическая величина, которая описывает, в каком направлении и с какой скоростью изменяется температура в определенном месте. Температура всегда течет от самого горячего источника к самому холодному, потому что холод — это не что иное, как отсутствие тепловой энергии. Этот переход между телами продолжается до тех пор, пока разница температур не исчезнет и не наступит состояние, известное как тепловое равновесие.

Поперечное сечение и длина пути также являются важными факторами. Чем больше размер материала, участвующего в переносе, тем больше тепла необходимо для его нагрева. Кроме того, чем больше площадь поверхности выходит на открытый воздух, тем выше вероятность потери тепла. Поэтому более короткие объекты с меньшим поперечным сечением — лучший способ минимизировать потери тепловой энергии.

Теплопроводность происходит через любой материал, представленный здесь прямоугольной полосой. Скорость переноса частично зависит от толщины материала (представ.пользователя A). Кредит: Безграничный

И последнее, но не менее важное, это физические свойства используемых материалов. По сути, когда дело доходит до теплопроводности, не все вещества одинаковы. Металлы и камень считаются хорошими проводниками, поскольку они могут быстро передавать тепло, тогда как такие материалы, как дерево, бумага, воздух и ткань, плохо проводят тепло.

Эти проводящие свойства оцениваются на основе «коэффициента», который измеряется относительно серебра.В этом отношении серебро имеет коэффициент теплопроводности 100, тогда как другие материалы имеют более низкий рейтинг. К ним относятся медь (92), железо (11), вода (0,12) и дерево (0,03). На противоположном конце спектра находится идеальный вакуум, который не может проводить тепло, и поэтому оценивается как нулевой.

Материалы, плохо проводящие тепло, называются изоляторами. Воздух с коэффициентом проводимости 0,006 является исключительным изолятором, поскольку он может удерживаться в замкнутом пространстве.Вот почему в искусственных изоляторах используются воздушные отсеки, такие как окна с двойным остеклением, которые используются для сокращения счетов за отопление. По сути, они действуют как буферы от потерь тепла.

Перо, мех и натуральные волокна являются примерами натуральных изоляторов. Эти материалы позволяют птицам, млекопитающим и людям оставаться в тепле. Морские каланы, например, живут в океанических водах, которые часто очень холодны, а их роскошный густой мех согревает их. Другие морские млекопитающие, такие как морские львы, киты и пингвины, полагаются на толстый слой жира (он же.жир) — очень плохой проводник — чтобы предотвратить потерю тепла через кожу.

Та же самая логика применяется к изоляции домов, зданий и даже космических кораблей. В этих случаях методы включают либо воздушные карманы между стенами, стекловолокно (которое задерживает воздух) или пену высокой плотности. Космические аппараты представляют собой особый случай, и в них используется изоляция в виде пенопласта, армированного углеродного композитного материала и плиток из кварцевого волокна. Все они плохо проводят тепло и, следовательно, предотвращают потерю тепла в космосе, а также предотвращают попадание экстремальных температур, вызванных атмосферным входом, в кабину экипажа.

Электропроводность, как показано при нагревании металлического стержня пламенем. Кредит: Высшее образование Томсона.

Законы, регулирующие теплопроводность, очень похожи на закон Ома, регулирующий электрическую проводимость. В этом случае хороший проводник — это материал, который позволяет электрическому току (то есть электронам) проходить через него без особых проблем. Электрический изолятор, напротив, представляет собой любой материал, внутренние электрические заряды которого не текут свободно, и поэтому очень трудно проводить электрический ток под действием электрического поля.

В большинстве случаев материалы, которые плохо проводят тепло, также плохо проводят электричество. Например, медь хорошо проводит тепло и электричество, поэтому медные провода так широко используются в производстве электроники. Золото и серебро еще лучше, и там, где цена не является проблемой, эти материалы также используются при строительстве электрических цепей.

И когда кто-то хочет «заземлить» заряд (т.е. нейтрализовать его), они отправляют его через физическое соединение с Землей, где теряется заряд. Это обычное дело в электрических цепях, где присутствует незащищенный металл, гарантирующий, что люди, случайно вступившие в контакт, не будут поражены электрическим током.

Это вид носовой части космического корабля «Дискавери», построенного из жаропрочных углеродных композитов. Предоставлено: НАСА.

Изоляционные материалы, такие как резина на подошвах обуви, используются для защиты людей, работающих с чувствительными материалами или вблизи источников электрического тока, от электрических разрядов.Другие изоляционные материалы, такие как стекло, полимеры или фарфор, обычно используются в линиях электропередач и высоковольтных передатчиках мощности, чтобы энергия передавалась в цепи (и ничего больше!)

Короче говоря, проводимость сводится к передаче тепла или передачи электрического заряда. И то, и другое происходит в результате способности вещества позволять молекулам передавать энергию через них.


Разработан теплопроводящий пластик

Ссылка : Что такое теплопроводность? (2014, 9 декабря) получено 10 декабря 2021 г. с https: // физ.org / news / 2014-12-what-is-heat-constraction.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, никакие часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

13.1 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

Тепло

Температура

Определение

Единица измерения

Символ для единицы

Вот заполненная таблица:

Тепло

Температура

Определение

Передача энергии от более горячего объекта к более холодному объекту или от системы к окружающей среде

Мера того, насколько горячим или холодным является вещество.Мера средней кинетической энергии частиц вещества.

Единица измерения

Джоулей

градуса Цельсия

Символ для единицы

Дж

° С

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 посмотрим на них подробнее.

Проводимость

  • проводимость
  • кондуктор
  • 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 , . 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 плавился не из-за излучения горелки Бунзена, а из-за проводимости 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, пока энергия проходит через стержень.

ИНСТРУКЦИЯ:

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

В качестве упражнения на разгибание вы можете включить еще одно исследование, в котором вы измеряете скорость передачи энергии по металлическому стержню.Повторите эксперимент, поместив булавки 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:

Что происходит со стержнем над ней, когда горит горелка Бунзена?


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 сталкиваются 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? Давайте разберемся.

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:

  • Начните с того, что 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 некоторое время находились в одной и той же среде, 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 с большей скоростью, 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, представленное 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.

AIM: Исследовать, какие материалы являются лучшими проводниками тепла.

В этом исследовании мы поместим кубик льда на пластиковый блок и на алюминиевый блок 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 фиксации 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 , 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, поэтому 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 с большей вероятностью обожжет вас, 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 выпечки и самой емкости. Многие люди ошибочно полагают, что олово горячее пирога, так как оно на 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 банка имеет более высокую температуру, чем пирог, поскольку на ощупь она горячее, а металлическая банка вызовет более серьезный ожог, чем настоящий пирог. 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 Посетите , набрав ссылку в своем интернет-браузере, даже на мобильном телефоне. В этом видео демонстрируется пример формы для торта и торта.

Мы видели еще один пример 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 «Вещество 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, думаете ли вы, что все металлы проводят тепло одинаково хорошо? 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 разных 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 к газоотводному отверстию и убедитесь, что он не будет легко отсоединен 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.

AIM: Определить, являются ли некоторые металлы лучшими проводниками тепла, чем другие металлы.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ 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
  • совпадений

Материалы, перечисленные здесь, являются рекомендациями.Вы можете использовать альтернативный аппарат, чтобы продолжить расследование. Например, для нагрева стержней можно использовать спиртовую горелку. 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.

Металл

Время, необходимое для того, чтобы штифт отпал (секунды)

утюг

медь

латунь

алюминий

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

Металл

Время, необходимое для того, чтобы штифт отпал (секунды)

утюг

60

медь

30

латунь

50

алюминий

40

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

Как вы думаете, почему нужно было положить кусок картона или бумаги на штатив под металлические стержни. 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, так как 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 всего было 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 раздобыть 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. Наполовину заполните стакан холодной водопроводной водой.
  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 происходит.
  4. Поставьте контрольный эксперимент и поместите несколько зерен перманганата калия на дно стакана, наполненного водой.Не нагревайте этот стакан и наблюдайте, 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 лубка
  • стакан
  • спичечный коробок

ИНСТРУКЦИЯ:

Вы можете капнуть немного воска на основу, а затем приклеить 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 схеме.
  4. Посмотрите, что происходит с дымом.

ВОПРОСЫ:

Что происходит с дымом от бумаги?


Дым идет вниз 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 движутся 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 класс. Идти по стене у потолка или у пола? Стоит ли им подойти к окну?

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.

Утеплитель 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 вверх. 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 ставить 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.

Постарайтесь 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

  • излучение
  • матовый
  • отражают
  • абсорбировать

Вы когда-нибудь задумывались, как Солнце может согреть нас, даже если оно так далеко? Энергия передается от Солнца ко 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 . Он отличается от проводимости или конвекции, поскольку не требует, чтобы предметы касались друг друга или движения частиц.

Радиация происходит от греческого слова , радиус , что означает 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 им следует 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
  • совпадений

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 бы вы почувствовали через некоторое время?


Как энергия передавалась от пламени к концу ложки?


Энергия передавалась по проводимости.

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 получать тепло от излучения, так как 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 за счет 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 изучается, 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.

Время (минуты)

Температура в черном бумажном конверте (° C)

Температура в белом бумажном конверте (° C)

Температура в конверте из алюминиевой фольги (° C)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

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, а между ними — белая бумага.

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.

Получили ли вы какие-либо результаты, которые не соответствовали общей схеме?


Ответ, зависящий от учащегося.Некоторые учащиеся могут отличаться от других, но у других могут быть 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.

NWS JetStream — Передача тепловой энергии

Источником тепла для нашей планеты является солнце. Энергия от солнца передается через космос и через атмосферу земли к поверхности земли.Поскольку эта энергия нагревает поверхность земли и атмосферу, часть ее является или становится тепловой энергией. Есть три способа передачи тепла в атмосферу и через нее:

  • излучение
  • проводимость
  • конвекция

Радиация

Если вы стояли перед камином или возле костра, вы почувствовали теплопередачу, известную как излучение. Сторона вашего тела, ближайшая к огню, нагревается, в то время как другая сторона остается незатронутой жаром.Хотя вы окружены воздухом, воздух не имеет ничего общего с передачей тепла. По такому же принципу работают тепловые лампы, которые согревают пищу. Радиация — это передача тепловой энергии через пространство электромагнитным излучением.

Большая часть электромагнитного излучения, приходящего на Землю от Солнца, невидима. Только небольшая часть излучается видимым светом. Свет состоит из волн разной частоты. Частота — это количество случаев, когда событие повторяется за установленное время.В электромагнитном излучении его частота — это количество электромагнитных волн, проходящих через точку каждую секунду.

Наш мозг интерпретирует эти разные частоты в цвета, включая красный, оранжевый, желтый, зеленый, синий, индиго и фиолетовый. Когда глаз видит все эти разные цвета одновременно, он интерпретируется как белый. Волны от солнца, которые мы не можем видеть, — это инфракрасные волны, которые имеют более низкие частоты, чем красные, и ультрафиолетовые, которые имеют более высокие частоты, чем фиолетовый свет.[подробнее об электромагнитном излучении] Именно инфракрасное излучение вызывает ощущение тепла на наших телах.

Большая часть солнечной радиации поглощается атмосферой, и большая часть того, что достигает поверхности Земли, излучается обратно в атмосферу, превращаясь в тепловую энергию. Объекты темного цвета, например асфальт, поглощают лучистую энергию быстрее, чем объекты светлого цвета. Однако они также излучают свою энергию быстрее, чем объекты более светлого цвета.

Обучающий урок: тает в сумке, а не в руке

Проводимость

Проводимость — это передача тепловой энергии от одного вещества к другому или внутри вещества.Вы когда-нибудь оставляли металлическую ложку в кастрюле с супом, разогретой на плите? Через некоторое время ручка ложки нагреется.

Это происходит из-за передачи тепловой энергии от молекулы к молекуле или от атома к атому. Кроме того, когда объекты свариваются, металл нагревается (оранжево-красное свечение) за счет передачи тепла от дуги.

Это называется теплопроводностью и является очень эффективным методом передачи тепла в металлах. Однако воздух плохо проводит тепло.

Конвекция

Конвекция — это передача тепловой энергии в жидкости.Этот вид нагрева чаще всего встречается на кухне с кипящей жидкостью.

Воздух в атмосфере действует как жидкость. Солнечное излучение падает на землю, нагревая скалы. Когда температура породы повышается из-за теплопроводности, тепловая энергия выделяется в атмосферу, образуя воздушный пузырь, который теплее окружающего воздуха. Этот пузырь воздуха поднимается в атмосферу. Когда он поднимается, пузырек охлаждается за счет тепла, содержащегося в пузыре, движущемся в атмосферу.

По мере того, как масса горячего воздуха поднимается, воздух заменяется окружающим более прохладным и более плотным воздухом, который мы ощущаем как ветер. Эти движения воздушных масс могут быть небольшими в определенном регионе, например, локальные кучевые облака или большие циклы в тропосфере, охватывающие большие участки земли. Конвекционные течения ответственны за многие погодные условия в тропосфере.

Быстрые факты

Это не тепло, которое вы чувствуете, а ультрафиолетовое излучение солнца, вызывающее солнечные ожоги, ведущие к раку кожи.Солнечное тепло не приводит к солнечным ожогам.

Согласно данным Американской академии дерматологии, солнечный свет состоит из двух типов вредных лучей, которые достигают Земли — ультрафиолетовых лучей A (UVA) и ультрафиолетовых лучей B (UVB). Чрезмерное воздействие на них может привести к раку кожи. Каждый из этих лучей не только вызывает рак кожи, но и делает следующее:

  • Лучи UVA могут преждевременно состарить вашу кожу, вызвать появление морщин и пигментных пятен, а также могут проходить через оконное стекло.
  • Лучи UVB являются основной причиной солнечных ожогов и блокируются оконным стеклом.

Безопасного способа загара не существует. Это включает излучение от искусственных источников, таких как солярии и солнечные лампы. Каждый раз, загорая, вы повреждаете кожу. По мере нарастания этого ущерба вы ускоряете старение кожи и повышаете риск развития всех типов рака кожи.

Даже в пасмурные дни ультрафиолетовое излучение может проходить сквозь облака и вызывать солнечный ожог, если вы достаточно долго находитесь на улице.

Тепловая энергия — Химия LibreTexts

Тепловая энергия, также известная как случайная или внутренняя кинетическая энергия, обусловленная случайным движением молекул в системе.Кинетическая энергия проявляется в трех формах: колебательной, вращательной и поступательной. Вибрационная — это энергия, вызванная движением объекта или молекулы в колебательном движении, вращательная — это энергия, вызванная вращательным движением, а поступательная — это энергия, вызванная движением одной молекулы в другое место.

Тепловая энергия и температура

Тепловая энергия прямо пропорциональна температуре внутри данной системы (напомним, что система является предметом интереса, в то время как окружение находится вне систем, и они взаимодействуют посредством обмена энергией и веществом.) В результате этой взаимосвязи между тепловой энергией и температурой системы применяется следующее: чем больше молекул присутствует, тем больше движение молекул внутри данной системы, тем выше температура и тем больше тепловая энергия

+ молекулы = + движение = + температура = + тепловая энергия

Как было продемонстрировано ранее, тепловая энергия системы зависит от температуры системы, которая зависит от движения молекул системы.В результате, чем больше молекул присутствует, тем больше движение внутри данной системы, которое повышает температуру и тепловую энергию. Из-за этого при температуре 0 ° C тепловая энергия в данной системе также равна нулю. Это означает, что относительно небольшой образец при несколько высокой температуре, такой как чашка чая при температуре кипения, может иметь меньшую тепловую энергию, чем образец большего размера, такой как бассейн с более низкой температурой. Если чашку кипящего чая поставить рядом с морозильным бассейном, чашка чая замерзнет первой, потому что у нее меньше тепловой энергии, чем у бассейна.

Чтобы не усложнять определения, запомните следующее:

  • Температура : Температура — это средняя кинетическая энергия в пределах данного объекта и измеряется по трем шкалам измерения (по Фаренгейту, Цельсию, Кельвину)
  • Тепловая энергия : Тепловая энергия определяется как сумма всех кинетических энергий в данной системе.
  • Тепло : важно помнить, что тепло вызывается потоком тепловой энергии из-за разницы температур (тепло передается от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой), передаваемых посредством теплопроводности / конвекции / излучения.Кроме того, тепловая энергия всегда течет из более теплых мест в более прохладные.

Тепловая энергия и состояния материи

Материя существует в трех состояниях: твердом, жидком или газообразном. Когда данный кусок материи претерпевает изменение состояния, тепловая энергия либо добавляется, либо удаляется, но температура остается постоянной. Когда твердое тело плавится, например, тепловая энергия является причиной разрыва связей внутри твердого тела.

Тепло: передача тепловой энергии

Тепло может выделяться в трех различных процессах: теплопроводности, конвекции или излучении. Проводимость возникает, когда тепловая энергия передается при взаимодействии твердых частиц. Этот процесс часто происходит во время готовки: кипячение воды в металлической кастрюле заставляет металлическую сковороду нагреваться. Конвекция обычно имеет место в газах или жидкостях (тогда как теплопроводность чаще всего имеет место в твердых телах), в которых передача тепловой энергии основана на разнице в тепле. В примере с кипящей водой, конвекция возникает, когда пузырьки поднимаются на поверхность и при этом передают тепло снизу вверх. Излучение — это передача тепловой энергии в космосе, отвечающая за солнечный свет, питающий Землю.

Тепловая энергия — понятие, применимое в повседневной жизни. Например, двигатели, такие как двигатели автомобилей или поездов, действительно работают, преобразовывая тепловую энергию в механическую. Кроме того, холодильники отводят тепловую энергию из прохладной области в теплую.

В более широком масштабе недавние научные исследования были нацелены на преобразование солнечной энергии в тепловую для создания напора и электричества.Например, научно-исследовательские центры, такие как НАСА, исследуют способы использования и применения тепловой энергии, чтобы обеспечить более эффективное производство энергии. В 1990 году, например, НАСА широко исследовало и изучило возможности гибридной энергосистемы, в которой использовались устройства хранения тепловой энергии (TES). Эта энергосистема будет преобразовывать солнечную энергию в тепловую энергию, которая затем будет использоваться для производства электроэнергии и тепла. Однако оказалось, что преобразование солнечной энергии в тепловую намного проще и более осуществимо, когда системы не находятся в состоянии термодинамического равновесия.Скорее, ученые предположили, что движущийся объект или текущая жидкость могут позволить преобразовать энергию в тепловую.

Тепловая энергия и 2 nd Закон термодинамики Второй закон термодинамики? утверждает, что всякий раз, когда выполняется работа, количество энтропии в атмосфере увеличивается. Таким образом поток тепловой энергии постоянно увеличивает энтропию.

Список литературы

  1. Керслейк, Томас В. и Ибрагим, Мунир Б.«Анализ материалов для аккумулирования тепловой энергии с объемными эффектами изменения фазы». Технический меморандум НАСА 102457 (февраль 1990 г.). 30 мая 2008 г.
  2. Петруччи и др. Общая химия: принципы и современные приложения: AIE (твердый переплет). Река Аппер Сэдл: Пирсон / Прентис Холл, 2007.

Авторы и авторство

Теплообмен

Сколько тепла требуется для зажигания лесного топлива? Растительный материал, такой как лесное топливо, воспламеняется при относительно низкой температуре. температуры при условии низкого содержания влаги в топливе и подвергается воздействию воздуха, так что доступно достаточное количество кислорода.Фактическая потребность в тепле для воспламенения топлива из мертвого леса варьируется от от 500 до 750 F. Многие обычные источники воспламенения обеспечат достаточно тепла, включая горящую спичку и даже тлеющая сигарета при контакте с сухим мелкодисперсным топливом.

ТЕМПЕРАТУРА ЗАЖИГАНИЯ СУХОГО ЛЕСНОГО ТОПЛИВА = 500-750 F.

Мы знаем о многих методах, с помощью которых для начала работы с лесным топливом можно использовать тепло. процесс горения; но как процесс продолжается? Огонь распространяется за счет передачи тепловой энергии тремя способами: Радиация, конвекция и Проведение.

Радиация

Радиация означает излучение энергии в виде лучей или волн. Тепло движется в пространстве в виде энергетических волн. Это тип тепла, который чувствуешь, сидя перед камином или вокруг костра. Он путешествует в прямые со скоростью света. Этот это причина того, что при столкновении с огнем согревается только фасад. Зад не греется, пока человек не обернется. Земля нагревается солнцем за счет излучения. Солнечные ожоги — это факт жизни, когда люди подвергаются очень сильному воздействию солнца. длинная.В большинстве случаев подогрев топлива перед возгоранием происходит за счет излучение тепла от огня. В виде фронт огня приближается, количество получаемого лучистого тепла увеличивается.

Конвекция

Конвекция — это передача тепла при физическом движении горячих масс. воздуха. Как воздух нагретая, она расширяется (как и все предметы). По мере расширения он становится светлее окружающего воздуха и поднимается вверх. (Вот почему воздух под потолком отапливаемого помещения теплее, чем что около пола.) Кулер воздух врывается с боков. это греется по очереди и тоже поднимается. Скоро над огнем образуется конвекционная колонна, которую можно увидеть по дыму, возносится в нем. Этот приток более холодного воздуха сбоку помогает подавать дополнительный кислород для процесс горения для продолжения.

Проводимость

Проводимость — это передача тепла внутри самого материала. Большинство металлов являются хорошими проводниками тепла. Дерево — очень плохой проводник, поэтому очень медленно передает тепло. Это можно проиллюстрировать тем, что деревянная ручка при жарке сковорода остается достаточно прохладной, чтобы ее можно было держать голыми руками. Проведение не является важным фактором распространения лесных пожаров.

Демонстрация

Зажгите свечу снова, которую мы использовали в предыдущей демонстрации. (Обратите внимание, что вы можете держать спичку, пока другой конец горит, потому что дерево не хороший дирижер тепла.) Теперь протяните руку к свече и подвиньте ее ближе, пока тепло можно почувствовать.Тепло от свечи доходит до вашей руки. радиация. Поднесите руку ближе к свече. Что происходит с рукой? Это становится теплее, потому что лучистое тепло не должно распространяться так далеко. Теперь держи положите руку на свечу и переместите ее как можно ближе. Можете ли вы держать это как закрыть как можно сбоку? Вы не можете из-за конвекционного нагрева от свечи в дополнение к лучистому теплу.

1. Три способа передачи тепла: — выберите ответ -a. проводимость, излучение, конвекция b.проводимость, конвекция, сверткаc. проводимость, ощупывание, излучение. кондукция, конвекция, остаточная 7. Температура воспламенения сухого лесного топлива находится в пределах — выберите ответ -a.

Разное

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.