, 10. Klasse
Gegenstand: "
Temperatur und thermisches Gleichgewicht
»
thermische Phänomene
Welche Arten der Wärmeübertragung kennen Sie?
Konvektion;
Wärmeleitfähigkeit;
Strahlung.
Was ist Wärmeleitfähigkeit?
Antwort: Wärmeübertragung bei der Wechselwirkung von Teilchen.
Welche Stoffe haben die höchste und die niedrigste Wärmeleitfähigkeit?
Antwort: das Größte - für Metalle, das Kleinste - für Gase.
Was ist das Phänomen der Konvektion?
Antwort: Wärmeübertragung durch Flüssigkeits- oder Gasströme.
Was erklärt Konvektion?
Antwort: Die Bewegung von warmen Gas- und Flüssigkeitsströmen wird durch die archimedische Kraft erklärt.
Welche Konvektionsarten kennen Sie?
Antwort: natürlich und gezwungen.
Die Energie, die ein Körper bei der Wärmeübertragung aufnimmt oder verliert, nennt man ...
die Wärmemenge.
1. Was ist die Fernwärmekapazität eines Stoffes?
- ein Wert, der angibt, wie viel Wärme benötigt wird, um die Temperatur eines 1 kg schweren Stoffes um 1 0 C zu ändern.
2. Verschiedene Stoffe haben eine spezifische Wärmekapazität ...
3. Für Stoffe in verschiedenen Aggregatzuständen (Eis, Wasser, Dampf), spezifische Wärmekapazität ...
Aufgabe. Berechnen Sie die Wärmemenge, die erforderlich ist, um ein Kupferteil mit einer Masse von 2 kg zu erhitzen, um seine Temperatur um 100 0 C zu ändern.
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Gesendet von Lehrer Miroshnichenko.
Im vorigen Absatz haben wir herausgefunden, dass, wenn eine Metallnadel in ein Glas mit heißem Wasser getaucht wird, sehr bald auch das Ende der Speiche heiß wird. Folglich kann innere Energie wie jede Art von Energie von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. Innere Energie kann auch von einem Körperteil auf einen anderen übertragen werden. Wenn also zum Beispiel ein Ende eines Nagels in einer Flamme erhitzt wird, wird sein anderes Ende, das sich in der Hand befindet, allmählich heiß und verbrennt die Hand.
Das Phänomen der Übertragung innerer Energie von einem Körperteil zum anderen oder von einem Körper zum anderen bei direktem Kontakt wird als Wärmeleitfähigkeit bezeichnet.
Lassen Sie uns dieses Phänomen untersuchen, indem wir eine Reihe von Experimenten mit Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen durchführen.
Lassen Sie uns das Ende eines Holzstabes ins Feuer stecken. Es wird sich entzünden. Das andere Ende des Stocks, das draußen ist, wird kalt sein. Also der Baum hat schlechte Wärmeleitfähigkeit.
Wir bringen das Ende eines dünnen Glasstabes an die Flamme der Spirituslampe. Nach einer Weile erwärmt es sich, während das andere Ende kalt bleibt. Folglich hat Glas auch eine schlechte Wärmeleitfähigkeit.
Wenn wir das Ende eines Metallstabes in einer Flamme erhitzen, wird sehr bald der ganze Stab sehr heiß. Wir können es nicht mehr in unseren Händen halten.
Das bedeutet, dass Metalle Wärme gut leiten, das heißt, sie haben große Wärmeleitfähigkeit. Silber und Kupfer haben die höchste Wärmeleitfähigkeit.
Betrachten Sie im folgenden Experiment die Übertragung von Wärme von einem Teil eines Festkörpers auf einen anderen.
Wir befestigen ein Ende eines dicken Kupferdrahts in einem Stativ. Befestigen Sie ein paar Nelken mit Wachs am Draht. Wenn das freie Ende des Drahtes in der Flamme einer Spirituslampe erhitzt wird, schmilzt das Wachs. Die Nelken beginnen allmählich abzufallen (Abb. 5). Zuerst verschwinden diejenigen, die näher an der Flamme sind, dann der Reihe nach alle anderen.
Reis. 5. Übertragung von Wärme von einem Teil eines festen Körpers auf einen anderen
Lassen Sie uns herausfinden, wie Energie entlang des Drahtes übertragen wird. Die Geschwindigkeit der schwingenden Bewegung von Metallpartikeln nimmt in dem Teil des Drahtes zu, der näher an der Flamme liegt. Da Partikel ständig miteinander interagieren, erhöht sich die Bewegungsgeschwindigkeit benachbarter Partikel. Die Temperatur des nächsten Drahtstücks beginnt zu steigen und so weiter.
Es sollte daran erinnert werden, dass während der Wärmeleitung keine Materie von einem Ende des Körpers zum anderen übertragen wird.
Betrachten Sie nun die Wärmeleitfähigkeit von Flüssigkeiten. Nehmen Sie ein Reagenzglas mit Wasser und beginnen Sie, den oberen Teil zu erhitzen. Das Wasser an der Oberfläche kocht bald und am Boden des Reagenzglases erwärmt es sich während dieser Zeit nur (Abb. 6). Dies bedeutet, dass Flüssigkeiten mit Ausnahme von Quecksilber und geschmolzenen Metallen eine geringe Wärmeleitfähigkeit haben.
Reis. 6. Wärmeleitfähigkeit der Flüssigkeit
Dies liegt daran, dass sich die Moleküle in Flüssigkeiten in größeren Abständen voneinander befinden als in Festkörpern.
Wir untersuchen die Wärmeleitfähigkeit von Gasen. Wir setzen ein trockenes Reagenzglas auf einen Finger und erhitzen es in der Flamme einer Alkohollampe mit dem Boden nach oben (Abb. 7). Der Finger wird sich lange nicht warm anfühlen.
Reis. 7. Gaswärmeleitfähigkeit
Dies liegt daran, dass der Abstand zwischen Gasmolekülen noch größer ist als der von Flüssigkeiten und Feststoffen. Daher ist die Wärmeleitfähigkeit von Gasen noch geringer.
So, Die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Stoffe ist unterschiedlich.
Die in Bild 8 dargestellte Erfahrung zeigt, dass die Wärmeleitfähigkeit verschiedener Metalle nicht gleich ist.
Reis. 8. Wärmeleitfähigkeit verschiedener Metalle
Wolle, Haare, Vogelfedern, Papier, Kork und andere poröse Körper haben eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Dies liegt daran, dass zwischen den Fasern dieser Stoffe Luft enthalten ist. Vakuum (von Luft befreiter Raum) hat die geringste Wärmeleitfähigkeit. Dies erklärt sich aus der Tatsache, dass Wärmeleitfähigkeit die Übertragung von Energie von einem Körperteil auf einen anderen ist, die während der Wechselwirkung von Molekülen oder anderen Partikeln auftritt. In einem partikelfreien Raum kann keine Wärmeleitung stattfinden.
Wenn der Körper vor Abkühlung oder Erwärmung geschützt werden muss, werden Substanzen mit geringer Wärmeleitfähigkeit verwendet. So sind bei Töpfen, Pfannen Griffe aus Kunststoff. Häuser werden aus Baumstämmen oder Ziegeln gebaut, die eine schlechte Wärmeleitfähigkeit haben, was bedeutet, dass sie die Räumlichkeiten vor Abkühlung schützen.
Fragen
- Wie wird Energie durch einen Metalldraht übertragen?
- Erläutern Sie die Erfahrung (siehe Abb. 8), dass die Wärmeleitfähigkeit von Kupfer größer ist als die Wärmeleitfähigkeit von Stahl.
- Welche Stoffe haben die höchste und die niedrigste Wärmeleitfähigkeit? Wo werden sie verwendet?
- Warum schützen Fell, Daunen, Federn am Körper von Tieren und Vögeln sowie menschliche Kleidung vor Kälte?
Übung 3
- Warum schützt tiefer Lockerschnee die Winterkulturen vor dem Einfrieren?
- Es wird geschätzt, dass die Wärmeleitfähigkeit von Kiefernbrettern 3,7-mal höher ist als die von Kiefernsägemehl. Wie ist ein solcher Unterschied zu erklären?
- Warum gefriert Wasser nicht unter einer dicken Eisschicht?
- Warum ist der Ausdruck "Pelzmantel warm" falsch?
Die Übung
Nehmen Sie eine Tasse heißes Wasser und tauchen Sie gleichzeitig einen Metall- und einen Holzlöffel in das Wasser. Welcher Löffel wird schneller heiß? Wie wird Wärme zwischen Wasser und Löffel ausgetauscht? Wie verändert sich die innere Energie von Wasser und Löffeln?
Innere Energie kann wie jede andere Art von Energie von einem Körper auf einen anderen übertragen werden. Wir schon als eines der Beispiele für eine solche Übertragung angesehen- Energieübertragung von heißem Wasser auf einen kalten Löffel. Diese Art der Wärmeübertragung nennt man Wärmeleitung.
Die Wärmeleitfähigkeit kann im folgenden Experiment beobachtet werden. Sie befestigen ein Ende eines dicken Kupferdrahtes in einem Stativ, und mehrere Nelken werden mit Wachs an dem Draht befestigt (Abb. 183). Beim Erhitzen des freien Endes des Drahtes in der Flamme eines Alkohollampenwachses schmilzt und die Stifte fallen allmählich vom Draht ab. Zuerst verschwinden diejenigen, die näher an der Flamme sind, dann der Reihe nach alle anderen.
Wie wird Energie durch einen Draht übertragen?
Erstens bewirkt die heiße Flamme eine Zunahme der Schwingungsbewegung der Metallpartikel an einem Ende des Drahtes und seine Temperatur steigt. Dann überträgt sich diese Bewegungszunahme auf benachbarte Teilchen, und die Geschwindigkeit ihrer Schwingungen nimmt ebenfalls zu, d.h. die Temperatur des nächsten Teils des Drahtes steigt. Dann erhöht sich die Schwingungsgeschwindigkeit der nächsten Teilchen usw. Es ist sehr wichtig zu beachten, dass sich die Substanz selbst während der Wärmeleitung nicht von einem Ende des Körpers zum anderen bewegt.
Unterschiedliche Stoffe haben unterschiedliche Wärmeleitfähigkeit. Dies ist an einem Experiment zu sehen, bei dem Energie durch Stäbe aus verschiedenen Metallen übertragen wird (Abb. 184). Und aus Lebenserfahrung wissen wir, dass einige Stoffe eine größere Wärmeleitfähigkeit haben als andere. Ein Eisennagel zum Beispiel kann nicht lange erhitzt werden, während man ihn in der Hand hält, aber ein brennendes Streichholz kann gehalten werden, bis die Flamme die Hand berührt.
Metalle haben eine hohe Wärmeleitfähigkeit, insbesondere Silber und Kupfer.
In Flüssigkeiten, mit Ausnahme von geschmolzenen Metallen wie Quecksilber, ist die Wärmeleitfähigkeit gering. Gase haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit. Letztendlich ihre Moleküle sind weit voneinander entfernt und die Übertragung von Bewegung von einem Molekül auf ein anderes ist schwierig.
Wolle, Daunen, Pelz und andere poröse Körper enthalten Luft zwischen ihren Fasern und haben daher eine schlechte Wärmeleitfähigkeit. Deshalb Wolle Fell, Flusen schützen Tiere vor Auskühlung. Schützt Tiere vor Auskühlung und der Fettschicht, die bei Wasservögeln, Walen, Walrossen, Robben vorhanden ist.
Vakuum, ein stark verdünntes Gas, hat die niedrigste Wärmeleitfähigkeit. Dies erklärt sich dadurch, dass die Wärmeleitfähigkeit, also die Übertragung von Energie, ab ein Körperteil zum anderen Moleküle oder andere Teilchen mit sich führen - wo also keine Teilchen sind, kann keine Wärmeleitung stattfinden.
Wo Energie eingespart werden muss, werden Stoffe mit geringer Wärmeleitfähigkeit eingesetzt. Backsteinwände beispielsweise helfen dabei, die innere Energie im Raum zu halten. dürfen zum Schutz des Körpers und vor Erwärmung wird beispielsweise Eis im Keller konserviert, Auskleidung des Kellers mit Stroh, Sägespänen und Erde, die schlecht wärmeleitend sind.
Fragen. ein. Mit welchem Experiment lässt sich die Übertragung innerer Energie durch einen Festkörper beobachten? 2. Wie erfolgt die Energieübertragung durch einen Metalldraht? 3. Welche Stoffe haben die höchste und die niedrigste Wärmeleitfähigkeit? Wo werden sie eingesetzt?
Übungen. ein. Warum schützt tiefer Lockerschnee die Winterkulturen vor dem Einfrieren? 2. Erklären Sie, warum Stroh, Heu und trockene Blätter eine schlechte Wärmeleitfähigkeit haben. 3. Es wird berechnet, dass die Wärmeleitfähigkeit von Kiefernbrettern 3,7-mal höher ist als die von Kiefernsägemehl, die Wärmeleitfähigkeit von Eis 21,6-mal höher ist als die von frisch gefallenem Schnee (Schnee besteht aus kleinen Eiskristallen). Wie ist ein solcher Unterschied zu erklären? 4. Warum ist der Ausdruck „Pelzmantel warm“ falsch? 5. Schere und Bleistift, die auf dem Tisch liegen, haben die gleiche Temperatur. Warum fühlt sich eine Schere kälter an? 6. Erklären Sie, wie Fell, Daunen, Federn am Körper von Tieren sowie menschliche Kleidung vor Kälte schützen.
