Доклад
на тему:
«Тепловые явления в природе
и в жизни человека»
Выполнила
ученица 8 «А» класса
Карибова А.В.
Армавир, 2010
Вокруг нас происходят явления, внешне весьма косвенно связанные с механическим движением. Это явления, наблюдаемые при изменении температуры тел или при переходе их из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое либо газообразное). Такие явления называются тепловыми. Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Изменение температуры на 20—30° С при смене времени года меняет все вокруг нас. От температуры окружающей среды зависит возможность жизни на Земле. Люди добились относительной независимости от окружающей среды после того как научились добывать и поддерживать огонь. Это было одним из величайших открытий, сделанных на заре развития человечества.
История развития представлений о природе тепловых явлений — пример того, каким сложным и противоречивым путем постигают научную истину.
Многие философы древности рассматривали огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом образует все тела. Одновременно предпринимались попытки связать теплоту с движением, так как было замечено, что при соударении тел или трении друг о друга они нагреваются.
Первые успехи на пути построения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда был изобретен термометр, и появилась возможность количественного исследования тепловых процессов и свойств макросистем.
Вновь был поставлен вопрос о том, что же такое теплота. Наметились две противоположные точки зрения. Согласно одной из них — вещественной теории тепла, теплота рассматривалась как особого рода невесомая "жидкость", способная перетекать из одного тела к другому. Эта жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.
Согласно другой точке зрения, теплота — это вид внутреннего движения частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура.
Таким образом, представление о тепловых явлениях и свойствах связывалось с атомистическим учением древних философов о строении вещества. В рамках таких представлений теорию тепла первоначально называли корпускулярной, от слова "корпускула" (частица). Ее придерживались ученые: Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли.
Большой вклад в развитие корпускулярной теории тепла сделал великий русский ученый М.В. Ломоносов. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он объяснил в общем процессы плавления, испарения и теплопроводности, а также пришел к выводу о существовании "наибольшей или последней степени холода", когда движение частичек вещества прекращается. Благодаря работам Ломоносова среди русских ученых было очень мало сторонников вещественной теории теплоты.
Но все же, несмотря на многие преимущества корпускулярной теории теплоты, к середине XVIII в. временную победу одержала теория теплорода. Это произошло после того как экспериментально было доказано сохранение теплоты при теплообмене. Отсюда был сделан вывод о сохранении (неуничтожении) тепловой жидкости — теплорода. В вещественной теории было введено понятие теплоемкости тел и построена количественная теория теплопроводности. Многие термины, введенные в то время, сохранились и сейчас.
В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты. Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела связано не с увеличением в нем количества особой невесомой "жидкости", а с увеличением его энергии. Принцип теплорода был заменен гораздо более глубоким законом сохранения энергии. Было установлено, что теплота представляет собой форму энергии.
Значительный вклад в развитие теорий тепловых явлений и свойств макросистем внесли немецкий физик Р. Клаузиус (1822—1888), английский физик-теоретик Дж. Максвелл, австрийский физик Л. Больцман (1844—1906) и другие ученые.
Сложилось так, что природа тепловых явлений объясняется в физике двумя способами: термодинамический подход и молекулярно-кинетическая теория вещества.
Термодинамический подход рассматривает теплоту с позиции макроскопических свойств вещества(давление, температура, объём, плотность и т.д.).
Молекулярно-кинетическая теория связывает протекание тепловых яввлений и процессов с особенностями внутреннего строения вещества и изучает причины, которые обуславливают тепловое движение.
Итак, рассмотрим тепловые явления в жизни человека.
Нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация — все это примеры тепловых явлений.
Основной источник тепла на Земле — Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т.д.
Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. При этом чай отдаст часть своего тепла не только ложке, но и окружающему воздуху. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому. Существует три способа передачи теплоты — теплопроводность, конвекция, излучение .
Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности . Все металлы обладают хорошей теплопроводностью.
Конвекцией передается тепло в жидкостях и газах. Когда мы нагреваем воду в кастрюле или чайнике, сначала прогреваются нижние слои воды, они становятся легче и устремляются вверх, уступая место холодной воде. Конвекция происходит в комнате, когда включено отопление. Горячий воздух от батареи поднимается, а холодный опускается.
Но ни теплопроводностью, ни конвекцией невозможно объяснить, как, например, далекое от нас Солнце нагревает Землю. В этом случае тепло передается через безвоздушное пространство излучением (тепловыми лучами).
Для измерения температуры используется термометр. В обычной жизни пользуются комнатными или медицинскими термометрами.
Когда говорят о температуре по Цельсию, то имеют в виду шкалу температур, в которой 0°С соответствует температуре замерзания воды, а 100°С — точка ее кипения.
В некоторых странах (США, Великобритания) используют шкалу Фаренгейта. В ней 212°F соответствуют 100°С. Перевод температуры из одной шкалы в другую не очень простой, но в случае необходимости каждый из вас сможет его выполнить самостоятельно. Чтобы перевести температуру по шкале Цельсия в температуру по шкале Фаренгейта, необходимо умножить температуру по Цельсию на 9, разделить на 5 и прибавить 32. Чтобы сделать обратный переход, из температуры по Фаренгейту необходимо вычесть 32, умножить остаток на 5 и разделить на 9.
В физике и астрофизике часто используют еще одну шкалу — шкалу Кельвина. В ней за 0 принята самая низкая температура в природе (абсолютный нуль). Она соответствует −273°С. Единица измерения в этой шкале — Кельвин (К). Чтобы перевести температуру по Цельсию в температуру по Кельвину, к градусам по Цельсию надо прибавить 273. Например, по Цельсию 100°, а по Кельвину 373 К. Для обратного перевода надо вычесть 273. Например, 0 К это −273°С.
Полезно знать, что температура на поверхности Солнца — 6000 К, а внутри — 15 000 000 К. Температура в космическом пространстве вдали от звезд близка к абсолютному нулю.
В природе мы являемся свидетелями тепловых явлений, но порой, не обращаем внимания на их сущность. Например, летом идёт дождь а зимой снег. Образуется роса на листьях. Появляется туман.
Знания о тепловых явлениях помогают людям конструировать обогреватели для домов, тепловые двигатели (двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины, реактивные двигатели и т. д.), предсказывать погоду, плавить металл, создавать теплоизоляционные и термостойкие материалы, которые используются всюду — от постройки домов до космических кораблей.
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF
Гипотеза: благодаря научным знаниям и достижениям созданы легкие, прочные малотеплопроводные материалы для одежды и защиты жилища, кондиционеры, вентиляторы и прочие приспособления. Это позволяет нам преодолевать трудности и многие проблемы, связанные с теплом. Но все же изучать тепловые явления необходимо, так как они имеют исключительно большое влияние на нашу жизнь.
Цель: изучение тепловых явлений и тепловых процессов.
Задачи: рассказать о тепловых явлениях и тепловых процессах;
изучить теорию тепловых явлений;
на практике рассмотреть существование тепловых процессов;
показать проявление этих опытов.
Ожидаемый результат: проведение опытов и изучение наиболее распространенных тепловых процессов.
: подобран и систематизирован материал по теме, проведены опыты и блиц - опрос учащихся, подготовлена презентация, представлено стихотворение собственного сочинения.
Тепловые явления - физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел.
Нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация - все это примеры тепловых явлений.
Тепловое движение - процесс хаотичного (беспорядочного) движения
частиц, образующих вещество.
Чем выше температура, тем больше скорость движения частиц. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул. Молекулы или атомы вещества всегда находятся в постоянном беспорядочном движении.
Это движение обусловливает собой наличие в любом веществе внутренней кинетической энергии, которая, связана с температурой вещества.
Поэтому, беспорядочное движение, в котором всегда находятся молекулы или атомы, называется тепловым.
Изучение тепловых явлений показывает, что насколько в них уменьшается механическая энергия тел, настолько же увеличивается их механической и внутренней энергий, при любых процессах остаётся неизменной.
В этом заключается закон сохранения энергии.
Энергия не возникает из ничего и не исчезает никуда.
Она может лишь переходит из одного вида в другой, сохраняя своё полное значение.
Тепловое движение молекул никогда не прекращается. Поэтому любое тело всегда обладает какой-то внутренней энергией. Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и других факторов и не зависит от механического положения тела и его механического движения. Изменение внутренней энергии тела без совершения работы называется теплопередачей .
Теплопередача всегда происходит в направлении от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой.
Существует три вида теплопередачи:
Тепловые процессы - разновидность тепловых явлений; процессы, при которых меняется температура тел и веществ, а также возможно изменение их агрегатных состояний . К тепловым процессам относятся:
Нагревание
Охлаждение
Парообразование
Кипение
Испарение
Кристаллизация
Плавление
Конденсация
Сгорание
Сублимация
Десублимация
Рассмотрим в качестве примера вещество, которое может находиться в трёх агрегатных состояниях: вода (Ж- жидкое, Т- твердое,Г- газообразное)
Нагревание - процесс повышения температуры тела или вещества. Нагревание сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды. При нагревании агрегатное состояние вещества не изменяется.
Опыт 1: Нагревание.
Наберём воду из крана в стакан и измерим её температуру (25°C),
затем поставим стакан на теплое место (окно на солнечной стороне), и через некоторое время измерим температуру воды (30°C).
Подождав ещё некоторое время, я еще раз измерила температуру (35°C). Вывод: термометр показывает увеличение температуры сначала на 5°C, а потом и на 10°C.
Охлаждение - процесс, понижения температуры вещества или тела; Охлаждение сопровождается выделением теплоты в окружающую среду. При охлаждении агрегатное состояние вещества не изменяется.
Опыт 2: Охлаждение. Посмотрим как происходит охлаждение на опыте.
Из крана в стакан наберём горячую воду и измерим её температуру (60°C) затем этот стакан на некоторое время поставим на подоконнике, после чего измерим температуру воды и она стала равной (20°C).
Вывод: вода охлаждается и термометр показывает понижение температуры.
Опыт 3: Кипение.
С кипением мы каждый день сталкиваемся дома.
Нальём в чайник воду и поставим его на плиту. С начала вода нагревается, а затем происходит кипения воды. Об этом свидетельствует пар, выходящий из носика чайника.
Вывод: при кипении воды, пар из горлышка чайника выходит через маленькое отверстие и свистит и мы выключаем плиту.
Испарение - это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости.
Испарение зависит от:
Температуры вещества (чем выше температура, тем интенсивнее испарение);
Площади поверхности жидкости (чем больше площадь, тем больше испарение);
Рода вещества (разные вещества испаряются с разной скоростью);
Наличия ветра (при наличии ветра испарение происходит быстрее).
Опыт 4: Испарение.
Если Вы когда-нибудь наблюдали за лужами после дождя, то Вы, несомненно, замечали, что лужи становятся меньше и меньше. Что произошло с водой?
Вывод: она испарилась!
Кристаллизация (отвердевание) - это переход вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Кристаллизация сопровождается выделением энергии (теплоты) в окружающую среду.
Опыт 5: Кристаллизация. Чтобы обнаружить кристаллизацию, проведём опыт.
Наберём воду из крана в стакан и поставим в морозильную камеру холодильника. Через некоторое время происходит процесс отвердевания вещества, т.е. на поверхности воды появляется корка. Затем вся вода в стакане полностью превратилась в лед, то есть кристаллизуется.
Вывод: сначала вода охлаждается до 0 градусов, затем замерзает.
Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Этот процесс сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды. Чтобы расплавить твёрдое кристаллическое тело ему необходимо передать некоторое количество теплоты.
Опыт 6: Плавление. Плавление легко обнаруживается на опыте.
Достаём из морозильной камеры холодильника стакан с замёрзшей водой, который поставили мы. Через некоторое время в стакане появилась вода - лед начал таять. Спустя некоторое время весь лед растаял, то есть полностью перешел из твердого в жидкое.
Вывод: лёд с течением времени получает тепло от окружающей среды и со временем растает.
Конденсация -переход вещества из газообразного состояния в жидкое.
Конденсация сопровождается выделением теплоты в окружающую среду.
Опыт 7: Конденсация.
Мы вскипятили воду и поднесли к носику чайника холодное зеркало. Через несколько минут на зеркале четко видны капли конденсировавшегося водяного пара.
Вывод: пар оседая на зеркале превращается в воду.
Явление конденсации можно наблюдать летом, ранним прохладным утром.
Капельки воды на траве и цветах - роса - свидетельствуют о том, что водяной пар, содержавшийся в воздухе, конденсировался.
Сгорание - процесс сжигания топлива, сопровождающийся выделением энергии.
Эта энергия используется в различных
сферах нашей жизни.
Опыт 8: Сгорание. Каждый день мы можем наблюдать, как сгорает природный газ в горелке плиты. Это и есть процесс сгорания топлива.
Также процессом сгорания топлива является процесс сжигания дров. Поэтому, чтобы провести опыт по сгоранию топлива, достаточно только зажечь газовую
горелку или спичку.
Вывод: при сгорании топлива выделяется тепло, может появиться специфический запах.
Результат работы над проектом :в своей проектной работе я изучила наиболее распространенные тепловые процессы: нагревание, охлаждение, парообразование, кипение, испарение, плавление, кристаллизация, конденсация, сгорание, сублимации и десублимации.
Кроме того, в работе были затронуты такие темы, как тепловое движение, агрегатные состояния веществ, а также общая теория по тепловым явлениям и тепловым процессам.
На основе простейших опытов рассматривалось то или иное тепловое явление. Опыты сопровождаются демонстрационными картинками.
На основе опытов рассмотрено:
Существование различных тепловых процессов;
доказана актуальность тепловых процессов в жизни человека.
Также мною был проведен блиц-опрос учащихся 9 «А» класса в составе 15 человек.
Блиц - опрос учащихся 9 класса.
Вопросы:
1. Что такое тепловые явления?
2. Приведите примеры тепловых явлений
3. Какое движение называют тепловым?
4. Что такое теплопроводность?
5. Агрегатные превращения - это…
6. Явление превращения жидкости в пар?
7. Явление превращения пара в жидкость?
8. Какой процесс называется плавлением?
9. Что такое испарение?
10. Назовите процессы, обратные нагреванию, плавлению, испарению?
Ответы:
1. Тепловые явления - физические явления, связанные с нагреванием и охлаждением тел
2. Примеры тепловых явлений: нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация
3. Тепловое движение - беспорядочное, хаотическое движение молекул
4. Теплопроводность - передача тепла от одной части к другой
5. Агрегатные превращения - это явления перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое
6. Парообразование
7. Конденсация
8. Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Этот процесс сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды
9. Испарение - это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости
10. Процессы, обратные нагреванию, плавлению, испарению - охлаждение, кристаллизация, конденсация
Результаты блиц - опроса:
1. Правильный ответ - 7 чел - 47%
Неправильный ответ - 8 чел - 53%
2. Правильный ответ -6 чел - 40%
Неправильный ответ -9 чел - 60%
3. Правильный ответ - 10 чел - 67%
4. Правильный ответ -6 чел - 40%
Неправильный ответ - 9 чел - 60%
5. Правильный ответ - 8 чел - 53%
6. Правильный ответ - 12 чел - 80%
Неправильный ответ - 3 чел - 20%
7. Правильный ответ - 8 чел - 53%
Неправильный ответ - 7 чел - 47%
8. Правильный ответ - 10 чел - 67%
Неправильный ответ - 5 чел - 33%
9. Правильный ответ - 13 чел - 87%
Неправильный ответ - 2 чел - 13%
10. Правильный ответ - 8 чел -53%
Неправильный ответ - 7 чел - 47%
Блиц-опрос показал, что ученики не достаточно знакомы с этой темой, и я надеюсь, что мой проект поможет им восполнить недостающие пробелы по данной теме.
Поставленная мною цель и задачи проектной работы выполнены.
Закончить свою работу хочу стихотворением, которое мы сочинили вместе с моим дедушкой.
Тепловые явления
Мы явления изучаем,
Про тепло познать желаем.
Мы живем в чудесном мире -
Все, как дважды два - четыре.
Выполняем мы работу,
Раскачав молекул роту,
Колем на дрова бревно -
Нам становится тепло.
Очень важная задача-
Это теплопередача.
Тепло можно передать,
От воды нагретой взять.
Все тела теплопроводны:
Вода греет радиатор,
Воздух снизу вверх идет,
В дом тепло передает.
А оконное стекло
В доме бережет тепло.
В раме есть воздушный слой -
Для тепла стоит горой.
Он тепло не пропускает
И в квартире сохраняет.
Ну а днем, мы знаем сами,
Солнце даст тепло лучами…
Чтоб познать все свойства эти,
В дружбе жить с теплом на свете,
И на деле применить -
Надо ФИЗИКУ учить!!!
Список литературы
1. Рахимбаев М.М. Флеш-учебник: «Физика. 8 класс». 2. Преподавание физики, развивающее ученика. Кн.1. Подходы, компоненты, уроки, задания / Сост.и под ред. Э.М. Браверман:- М.: Ассоциация учителей физики, 2003. - 400 с. 3. Дубовицкая Т.Д. Диагностика значимости учебного предмета для развития личности учащихся. Вестник ОГУ, №2, 2004. 4. Колеченко А.К. Энциклопедия педагогических технологий: Пособие для преподавателей. - СПб.: КАРО, 2004. 5. Селевко Г.К. Педагогические технологии на основе активизации, интенсификации и эффективного управления УВП. М.: НИИ школьных технологий, 2005. 6. Электронные ресурсы:Сайт http://school-collection.edu.ru Сайт http://obvad.ucoz.ru/index/0Сайт http://zabalkin.narod.ru Сайт http://somit.ru
Доклад
на тему:
«Тепловые явления в природе
и в жизни человека»
Выполнила
ученица 8 «А» класса
Карибова А.В.
Армавир, 2010
Вокруг нас происходят явления, внешне весьма косвенно связанные с механическим движением. Это явления, наблюдаемые при изменении температуры тел или при переходе их из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое либо газообразное). Такие явления называются тепловыми. Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Изменение температуры на 20-30° С при смене времени года меняет все вокруг нас. От температуры окружающей среды зависит возможность жизни на Земле. Люди добились относительной независимости от окружающей среды после того как научились добывать и поддерживать огонь. Это было одним из величайших открытий, сделанных на заре развития человечества.
История развития представлений о природе тепловых явлений - пример того, каким сложным и противоречивым путем постигают научную истину.
Многие философы древности рассматривали огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом образует все тела. Одновременно предпринимались попытки связать теплоту с движением, так как было замечено, что при соударении тел или трении друг о друга они нагреваются.
Первые успехи на пути построения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда был изобретен термометр, и появилась возможность количественного исследования тепловых процессов и свойств макросистем.
Вновь был поставлен вопрос о том, что же такое теплота. Наметились две противоположные точки зрения. Согласно одной из них - вещественной теории тепла, теплота рассматривалась как особого рода невесомая «жидкость», способная перетекать из одного тела к другому. Эта жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.
Согласно другой точке зрения, теплота - это вид внутреннего движения частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура.
Таким образом, представление о тепловых явлениях и свойствах связывалось с атомистическим учением древних философов о строении вещества. В рамках таких представлений теорию тепла первоначально называли корпускулярной, от слова «корпускула» (частица). Ее придерживались ученые: Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли.
Большой вклад в развитие корпускулярной теории тепла сделал великий русский ученый М.В. Ломоносов. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он объяснил в общем процессы плавления, испарения и теплопроводности, а также пришел к выводу о существовании «наибольшей или последней степени холода», когда движение частичек вещества прекращается. Благодаря работам Ломоносова среди русских ученых было очень мало сторонников вещественной теории теплоты.
Но все же, несмотря на многие преимущества корпускулярной теории теплоты, к середине XVIII в. временную победу одержала теория теплорода. Это произошло после того как экспериментально было доказано сохранение теплоты при теплообмене. Отсюда был сделан вывод о сохранении (неуничтожении) тепловой жидкости - теплорода. В вещественной теории было введено понятие теплоемкости тел и построена количественная теория теплопроводности. Многие термины, введенные в то время, сохранились и сейчас.
В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты. Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела связано не с увеличением в нем количества особой невесомой «жидкости», а с увеличением его энергии. Принцип теплорода был заменен гораздо более глубоким законом сохранения энергии. Было установлено, что теплота представляет собой форму энергии.
Значительный вклад в развитие теорий тепловых явлений и свойств макросистем внесли немецкий физик Р. Клаузиус (1822-1888), английский физик-теоретик Дж. Максвелл, австрийский физик Л. Больцман (1844-1906) и другие ученые.
Сложилось так, что природа тепловых явлений объясняется в физике двумя способами: термодинамический подход и молекулярно-кинетическая теория вещества.
Термодинамический подход рассматривает теплоту с позиции макроскопических свойств вещества(давление, температура, объём, плотность и т.д.).
Молекулярно-кинетическая теория связывает протекание тепловых яввлений и процессов с особенностями внутреннего строения вещества и изучает причины, которые обуславливают тепловое движение.
Итак, рассмотрим тепловые явления в жизни человека.
Нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация - все это примеры тепловых явлений.
Основной источник тепла на Земле - Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т.д.
Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. При этом чай отдаст часть своего тепла не только ложке, но и окружающему воздуху. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому. Существует три способа передачи теплоты - теплопроводность, конвекция, излучение .
Нагревание ложки в горячем чае - пример теплопроводности . Все металлы обладают хорошей теплопроводностью.
Конвекцией передается тепло в жидкостях и газах. Когда мы нагреваем воду в кастрюле или чайнике, сначала прогреваются нижние слои воды, они становятся легче и устремляются вверх, уступая место холодной воде. Конвекция происходит в комнате, когда включено отопление. Горячий воздух от батареи поднимается, а холодный опускается.
Но ни теплопроводностью, ни конвекцией невозможно объяснить, как, например, далекое от нас Солнце нагревает Землю. В этом случае тепло передается через безвоздушное пространство излучением (тепловыми лучами).
Для измерения температуры используется термометр. В обычной жизни пользуются комнатными или медицинскими термометрами.
Когда говорят о температуре по Цельсию, то имеют в виду шкалу температур, в которой 0°С соответствует температуре замерзания воды, а 100°С - точка ее кипения.
В некоторых странах (США, Великобритания) используют шкалу Фаренгейта. В ней 212°F соответствуют 100°С. Перевод температуры из одной шкалы в другую не очень простой, но в случае необходимости каждый из вас сможет его выполнить самостоятельно. Чтобы перевести температуру по шкале Цельсия в температуру по шкале Фаренгейта, необходимо умножить температуру по Цельсию на 9, разделить на 5 и прибавить 32. Чтобы сделать обратный переход, из температуры по Фаренгейту необходимо вычесть 32, умножить остаток на 5 и разделить на 9.
В физике и астрофизике часто используют еще одну шкалу - шкалу Кельвина. В ней за 0 принята самая низкая температура в природе (абсолютный нуль). Она соответствует −273°С. Единица измерения в этой шкале - Кельвин (К). Чтобы перевести температуру по Цельсию в температуру по Кельвину, к градусам по Цельсию надо прибавить 273. Например, по Цельсию 100°, а по Кельвину 373 К. Для обратного перевода надо вычесть 273. Например, 0 К это −273°С.
Полезно знать, что температура на поверхности Солнца - 6000 К, а внутри - 15 000 000 К. Температура в космическом пространстве вдали от звезд близка к абсолютному нулю.
В природе мы являемся свидетелями тепловых явлений, но порой, не обращаем внимания на их сущность. Например, летом идёт дождь а зимой снег. Образуется роса на листьях. Появляется туман.
Знания о тепловых явлениях помогают людям конструировать обогреватели для домов, тепловые двигатели (двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины, реактивные двигатели и т. д.), предсказывать погоду, плавить металл, создавать теплоизоляционные и термостойкие материалы, которые используются всюду - от постройки домов до космических кораблей.
Для Земли - Солнце. Солнечная энергия лежит в основе многих явлений, происходящих на поверхности и в атмосфере планеты. Нагревание, охлаждение, испарение, кипение, конденсация - некоторые примеры того, какие тепловые явления происходят вокруг нас.
Никакие процессы сами по себе не происходят. У каждого из них есть свой источник и механизм реализации. Любые тепловые явления в природе обусловлены получением тепла от внешних источников. Таким источником может выступать не только Солнце - огонь тоже с успехом справляется с этой ролью.
Для дальнейшего понимания того, что собой представляют тепловые явления, необходимо дать определение теплоты. Теплота - энергетическая характеристика теплообмена, другими словами, того, сколько энергии отдает (получает) тело или система при взаимодействии. Количественно ее можно охарактеризовать температурой: чем она выше, тем большей теплотой (энергией) обладает данное тело.
В процессе друг с другом происходит передача тепла от горячего к холодному телу, т. е. от тела с более высокой энергией к телу с меньшей энергией. Этот процесс называется теплопередачей. В качестве примера можно рассмотреть кипяток, налитый в стакан. Через некоторое время стакан станет горячим, т. е. произошел процесс передачи тепла от горячей воды к холодному стакану.
Однако тепловые явления характеризуются не только теплопередачей, но и таким понятием, как теплопроводность. Что оно означает, можно пояснить на примере. Если поставить сковородку на огонь, то ее ручка, хоть и не соприкасается с огнем, нагреется так же, как и вся остальная сковорода. Подобный нагрев обеспечивается теплопроводностью. Нагрев осуществляется в одном месте, а затем нагревается все тело. Или не нагревается - это зависит от того, какой теплопроводностью оно обладает. Если теплопроводность тела высокая, то тепло легко передается от одного участка к другому, если же теплопроводность низкая, то передачи тепла не происходит.
До появления концепции теплоты физика тепловые явления объясняла с помощью понятия “теплород”. Считалось, что каждое вещество обладает некоей субстанцией, аналогичной жидкости, выполняющей задачу, которую в современном представлении решает теплота. Но от идеи теплорода отказались после того, как была сформулирована концепция теплоты.
Теперь можно более подробно рассмотреть практическое применение ранее введенных определений. Так, теплопроводность обеспечивает теплообмен между телами и внутри самого материала. Высокие значения теплопроводности свойственны металлам. Для посуды, чайника это хорошо, т. к. позволяет осуществлять подвод тепла к готовящимся продуктам. Однако и материалы с низкой теплопроводностью тоже находят свое применение. Они выступают в роли теплоизоляторов, препятствуя потере тепла - например, при строительстве. Благодаря применению материалов с низкой теплопроводностью обеспечиваются комфортные условия проживания в домах.
Однако вышеперечисленными способами теплопередача не ограничивается. Есть еще возможность передачи тепла без непосредственного контакта тел. Как пример - потоки теплого воздуха от обогревателя или радиатора системы отопления в квартире. От нагретого предмета исходит поток теплого воздуха, осуществляя обогрев помещения. Подобный способ обмена теплом называется конвекцией. В этом случае теплопередача осуществляется потоками жидкости или газа.
Если вспомнить, что тепловые явления, происходящие на Земле, связаны с излучением Солнца, то появляется ещё один способ теплопередачи - тепловое излучение. Обусловлено оно электромагнитным излучением нагретого тела. Именно так Солнце обогревает Землю.
В приведенном материале рассмотрены различные тепловые явления, описан источник их возникновения и механизмы, благодаря которым они происходят. Рассмотрены вопросы практического использования тепловых явлений в повседневной практике.
Внутренняя энергия и способы ее изменения Внутренняя энергия – это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Способы изменения внутренней энергии совершение работы теплопередача над теломсамим телом теплопроводность конвекция излучение Е увеличиваетсяЕ уменьшается
Теплопередача Теплопроводность – вид теплообмена, при котором происходит передача внутренней энергии от частиц более нагретой части тела к частицам менее нагретой части тела (или от более нагретого тела к менее нагретому телу). Конвекция – перенос энергии потоками (или струями) вещества. Излучение – перенос энергии с помощью различных невидимых лучей, испускаемых нагретым телом.
Количество теплоты Количество теплоты (Q) – энергия, которую тело получает или отдаёт в процессе теплопередачи. Удельная теплоёмкость (c) – количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1°C. Единица измерения – Дж/кг°С. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела и выделяемого им при охлаждении: Q=cm(t 2 -t 1), где m – масса тела, t 1 – начальная температура тела, t 2 – конечная температура тела.
Горение Горение – процесс соединения атомов углерода с двумя атомами кислорода, при котором образуется углекислый газ и выделяется энергия. Удельная теплота сгорания топлива (q) – физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделится при полном сгорании 1 кг топлива. Формула для расчёта количества теплоты, выделяющегося при полном сгорании топлива: Q=qm.
Плавление Плавление – процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое. Кристаллизация – процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое. Температура плавления – температура, при которой вещество плавится (во время плавления не меняется). Удельная теплота плавления () – физическая величина, показывающая какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для плавления кристаллического тела, взятого при температуре плавления и выделяемого им при отвердевании: Q= m.
Испарение Испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости (происходит при любой температуре). Кипение – интенсивный переход жидкости в пар, сопровождающийся образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости и дальнейшим всплывании их на поверхность (происходит при определённой для каждого вещества температуре). Удельная теплота парообразования (L) – количество теплоты, необходимое для превращения жидкости массой 1 кг, взятой при температуре кипения, в пар. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения: Q=Lm.
Физический процесс Объяснение с молекулярной точки зрения Объяснение с энергетической точки зрения Формула для расчёта количества теплоты Физические постоянные 1. нагревание Скорость движения молекул увеличивается Энергия поглощается Q=cm(t 2 -t 1) с – удельная теплоёмкость, Дж/кг°С 2. охлаждение Скорость движения молекул уменьшается Энергия выделяется Q=cm(t 2 -t 1); Q 0 3. плавление Происходит разрушение кристаллической решётки твёрдого тела Энергия поглощается Q= m - удельная теплота плавления, Дж/кг 4. кристаллизация Восстановление кристаллической решётки Энергия выделяется Q=- m 5. испарение Разрываются связи между молекулами жидкости Энергия поглощается Q=Lm L – удельная теплота парообразования, Дж/кг 6. конденсация Возвращение молекул пара в жидкость Энергия выделяется Q=-Lm 7. сгорание топлива С+О 2 СО 2 Энергия выделяется Q=qm q – удельная теплота сгорания топлива, Дж/кг
