Relatório
sobre o tema:
"Fenômenos térmicos na natureza
e na vida humana"
Realizado
aluno do 8º ano "A"
Karibova A.V.
Armavir, 2010
Ao nosso redor ocorrem fenômenos que estão externamente muito indiretamente relacionados ao movimento mecânico. São fenômenos observados quando a temperatura dos corpos muda ou quando eles passam de um estado (por exemplo, líquido) para outro (sólido ou gasoso). Tais fenômenos são chamados de térmicos. Os fenômenos térmicos desempenham um papel importante na vida das pessoas, animais e plantas. Uma mudança na temperatura de 20-30° C quando a estação muda muda tudo ao nosso redor. A possibilidade de vida na Terra depende da temperatura ambiente. As pessoas alcançaram relativa independência do meio ambiente depois que aprenderam a fazer e manter o fogo. Esta foi uma das maiores descobertas feitas no início do desenvolvimento humano.
A história do desenvolvimento de ideias sobre a natureza dos fenômenos térmicos é um exemplo da forma complexa e contraditória como a verdade científica é compreendida.
Muitos filósofos antigos consideravam o fogo e o calor a ele associado como um dos elementos que, junto com a terra, a água e o ar, formam todos os corpos. Ao mesmo tempo, foram feitas tentativas de relacionar o calor com o movimento, pois percebeu-se que quando os corpos colidem ou se esfregam, eles se aquecem.
Os primeiros sucessos na construção de uma teoria científica do calor remontam ao início do século XVII, quando o termômetro foi inventado e tornou-se possível estudar quantitativamente os processos térmicos e as propriedades dos macrossistemas.
A questão do que é o calor foi novamente levantada. Surgiram dois pontos de vista opostos. Segundo um deles, a teoria material do calor, o calor era considerado um tipo especial de “líquido” sem peso, capaz de fluir de um corpo para outro. Esse líquido foi chamado de calórico. Quanto mais calórico no corpo, maior será a temperatura corporal.
De acordo com outro ponto de vista, o calor é um tipo de movimento interno das partículas do corpo. Quanto mais rápido as partículas de um corpo se movem, maior será sua temperatura.
Assim, a ideia de fenômenos e propriedades térmicas estava associada ao ensino atomístico dos antigos filósofos sobre a estrutura da matéria. No âmbito de tais ideias, a teoria do calor foi originalmente chamada de corpuscular, da palavra “corpúsculo” (partícula). Os cientistas aderiram a isso: Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli.
Uma grande contribuição para o desenvolvimento da teoria corpuscular do calor foi feita pelo grande cientista russo M.V. Lomonosov. Ele via o calor como o movimento rotacional de partículas de matéria. Com a ajuda de sua teoria, ele explicou em geral os processos de fusão, evaporação e condutividade térmica, e também chegou à conclusão de que existe um “maior ou último grau de frio” quando o movimento das partículas da matéria cessa. Graças ao trabalho de Lomonosov, havia muito poucos defensores da teoria real do calor entre os cientistas russos.
Mas ainda assim, apesar das muitas vantagens da teoria corpuscular do calor, em meados do século XVIII. A teoria calórica obteve uma vitória temporária. Isso aconteceu depois que a conservação do calor durante a transferência de calor foi comprovada experimentalmente. Daí concluiu-se sobre a conservação (não destruição) do fluido térmico - calórico. Na teoria dos materiais, foi introduzido o conceito de capacidade térmica dos corpos e construída uma teoria quantitativa da condutividade térmica. Muitos termos introduzidos naquela época sobreviveram até hoje.
Em meados do século XIX. a ligação entre o trabalho mecânico e a quantidade de calor foi comprovada. Assim como o trabalho, a quantidade de calor acabou sendo uma medida da mudança na energia. O aquecimento de um corpo não está associado a um aumento na quantidade de um “líquido” especial e sem peso nele, mas a um aumento em sua energia. O princípio calórico foi substituído pela lei muito mais profunda da conservação da energia. Descobriu-se que o calor é uma forma de energia.
Contribuições significativas para o desenvolvimento de teorias de fenômenos térmicos e propriedades de macrossistemas foram feitas pelo físico alemão R. Clausius (1822-1888), pelo físico teórico inglês J. Maxwell, pelo físico austríaco L. Boltzmann (1844-1906) e outros cientistas.
Acontece que a natureza dos fenômenos térmicos é explicada na física de duas maneiras: a abordagem termodinâmica e a teoria cinética molecular da matéria.
A abordagem termodinâmica considera o calor da perspectiva das propriedades macroscópicas da matéria (pressão, temperatura, volume, densidade, etc.).
A teoria cinética molecular conecta a ocorrência de fenômenos e processos térmicos com as peculiaridades da estrutura interna da matéria e estuda as razões que determinam o movimento térmico.
Então, vamos considerar os fenômenos térmicos na vida humana.
Aquecimento e resfriamento, evaporação e ebulição, fusão e solidificação, condensação são exemplos de fenômenos térmicos.
A principal fonte de calor da Terra é o Sol. Mas, além disso, as pessoas utilizam muitas fontes artificiais de calor: fogueiras, fogões, aquecimento de água, aquecedores a gás e elétricos, etc.
Você sabe que se colocar uma colher fria no chá quente, depois de um tempo ele esquentará. Neste caso, o chá cederá parte do seu calor não só para a colher, mas também para o ar circundante. A partir do exemplo fica claro que o calor pode ser transferido de um corpo que está mais aquecido para um corpo que está menos aquecido. Existem três maneiras de transferir calor - condutividade térmica, convecção, radiação.
Aquecer uma colher em chá quente – exemplo condutividade térmica. Todos os metais têm boa condutividade térmica.
Convecção O calor é transferido em líquidos e gases. Quando aquecemos água em uma panela ou chaleira, as camadas inferiores da água aquecem primeiro, ficam mais leves e sobem, dando lugar à água fria. A convecção ocorre em uma sala quando o aquecimento está ligado. O ar quente da bateria sobe e o ar frio desce.
Mas nem a condutividade térmica nem a convecção podem explicar como, por exemplo, o Sol, longe de nós, aquece a Terra. Neste caso, o calor é transferido através de um espaço sem ar radiação(raios de calor).
Um termômetro é usado para medir a temperatura. Na vida cotidiana, eles usam termômetros ambientes ou médicos.
Quando falamos de temperatura Celsius, referimo-nos a uma escala de temperatura em que 0°C corresponde ao ponto de congelamento da água e 100°C ao seu ponto de ebulição.
Em alguns países (EUA, Reino Unido) é utilizada a escala Fahrenheit. Nele, 212°F corresponde a 100°C. Converter a temperatura de uma escala para outra não é muito simples, mas se necessário, cada um de vocês pode fazer isso sozinho. Para converter uma temperatura Celsius em uma temperatura Fahrenheit, multiplique a temperatura Celsius por 9, divida por 5 e adicione 32. Para fazer a conversão inversa, subtraia 32 da temperatura Fahrenheit, multiplique o restante por 5 e divida por 9.
Na física e na astrofísica, outra escala é frequentemente usada - a escala Kelvin. Nele, a temperatura mais baixa da natureza (zero absoluto) é considerada 0. Corresponde a −273°C. A unidade de medida nesta escala é Kelvin (K). Para converter a temperatura em Celsius em temperatura em Kelvin, você precisa adicionar 273 a graus Celsius. Por exemplo, em Celsius 100° e em Kelvin 373 K. Para converter novamente, você precisa subtrair 273. Por exemplo, 0 K é - 273°C.
É útil saber que a temperatura na superfície do Sol é de 6.000 K e no seu interior é de 15.000.000 K. A temperatura no espaço exterior, longe das estrelas, é próxima do zero absoluto.
Na natureza, presenciamos fenômenos térmicos, mas às vezes não prestamos atenção à sua essência. Por exemplo, chove no verão e neva no inverno. O orvalho se forma nas folhas. Nevoeiro aparece.
O conhecimento dos fenômenos térmicos ajuda as pessoas a projetar aquecedores domésticos, motores térmicos (motores de combustão interna, turbinas a vapor, motores a jato, etc.), prever o tempo, derreter metais, criar isolamento térmico e materiais resistentes ao calor que são usados em todos os lugares - desde a construção de casas para naves espaciais.
O texto da obra é postado sem imagens e fórmulas.
A versão completa da obra está disponível na aba “Arquivos de Trabalho” em formato PDF
Hipótese: Graças ao conhecimento e às conquistas científicas, foram criados materiais leves, duráveis e de baixa condutividade térmica para roupas e proteção doméstica, aparelhos de ar condicionado, ventiladores e outros dispositivos. Isto permite-nos ultrapassar dificuldades e muitos problemas associados ao calor. Mas ainda é necessário estudar os fenômenos térmicos, pois eles têm um impacto extremamente grande em nossas vidas.
Alvo: estudo de fenômenos térmicos e processos térmicos.
Tarefas: falar sobre fenômenos térmicos e processos térmicos;
estudar a teoria dos fenômenos térmicos;
na prática, considere a existência de processos térmicos;
mostrar a manifestação dessas experiências.
Resultado esperado: conduzindo experimentos e estudando os processos térmicos mais comuns.
: foi selecionado e sistematizado material sobre o tema, foram realizados experimentos e uma pesquisa rápida com os alunos, foi preparada uma apresentação, foi apresentado um poema de sua própria composição.
Os fenômenos térmicos são fenômenos físicos associados ao aquecimento e resfriamento de corpos.
Aquecimento e resfriamento, evaporação e ebulição, fusão e solidificação, condensação são exemplos de fenômenos térmicos.
Movimento térmico - processo de movimento caótico (desordenado)
partículas que formam a matéria.
Quanto maior a temperatura, maior a velocidade do movimento das partículas. O movimento térmico de átomos e moléculas é considerado com mais frequência. Moléculas ou átomos de uma substância estão sempre em movimento aleatório constante.
Este movimento determina a presença em qualquer substância de energia cinética interna, que está associada à temperatura da substância.
Portanto, o movimento aleatório em que sempre se encontram moléculas ou átomos é denominado térmico.
O estudo dos fenômenos térmicos mostra que à medida que neles diminui a energia mecânica dos corpos, aumentam suas energias mecânicas e internas, que permanecem inalteradas durante qualquer processo.
Esta é a lei da conservação da energia.
A energia não surge do nada e não desaparece em lugar nenhum.
Só pode passar de um tipo para outro, mantendo todo o seu significado.
O movimento térmico das moléculas nunca para. Portanto, qualquer corpo sempre possui algum tipo de energia interna. A energia interna depende da temperatura corporal, do estado agregado da matéria e de outros fatores e não depende da posição mecânica do corpo e do seu movimento mecânico. Uma mudança na energia interna de um corpo sem realizar trabalho é chamada transferência de calor .
A transferência de calor sempre ocorre na direção de um corpo com temperatura mais alta para um corpo com temperatura mais baixa.
Existem três tipos de transferência de calor:
Os processos térmicos são um tipo de fenômeno térmico; processos em que a temperatura dos corpos e substâncias muda, sendo também possível alterá-los estados de agregação. Os processos térmicos incluem:
Aquecimento
Resfriamento
Vaporização
Ebulição
Evaporação
Cristalização
Derretendo
Condensação
Combustão
Sublimação
Dessublimação
Consideremos, como exemplo, uma substância que pode estar em três estados de agregação: água (L - líquido, T - sólido, G - gasoso)
Aquecimento- o processo de aumento da temperatura de um corpo ou substância. O aquecimento é acompanhado pela absorção de calor do ambiente. Quando aquecido, o estado agregado de uma substância não muda.
Experiência 1: Aquecimento.
Vamos colocar água da torneira em um copo e medir sua temperatura (25°C),
em seguida, coloque o copo em um local aquecido (janela voltada para o lado ensolarado) e depois de um tempo meça a temperatura da água (30°C).
Depois de esperar mais algum tempo, medi novamente a temperatura (35°C). Conclusão: O termômetro mostra um aumento na temperatura primeiro de 5°C e depois de 10°C.
Resfriamento- o processo de redução da temperatura de uma substância ou corpo; O resfriamento é acompanhado pela liberação de calor para o ambiente. Quando resfriado, o estado agregado de uma substância não muda.
Experiência 2: Resfriamento. Vamos ver como o resfriamento ocorre experimentalmente.
Vamos colocar água quente da torneira em um copo e medir sua temperatura (60°C), depois colocar esse copo no parapeito da janela por um tempo, depois medimos a temperatura da água e ela se iguala (20°C).
Conclusão: a água esfria e o termômetro mostra uma diminuição da temperatura.
Experiência 3: Fervura.
Encontramos água fervente todos os dias em casa.
Despeje a água na chaleira e coloque-a no fogão. Primeiro a água esquenta e depois ferve. Isto é evidenciado pelo vapor que sai do bico da chaleira.
Conclusão: Quando a água ferve, o vapor do gargalo da chaleira sai por um pequeno orifício e assobia, e desligamos o fogão.
Evaporação- Esta é a vaporização que ocorre na superfície livre de um líquido.
A evaporação depende de:
Temperaturas da substância(quanto maior a temperatura, mais intensa é a evaporação);
Área de superfície líquida(quanto maior a área, maior será a evaporação);
Tipo de substância(diferentes substâncias evaporam em taxas diferentes);
Presença de vento(na presença de vento a evaporação ocorre mais rapidamente).
Experiência 4: Evaporação.
Se você já observou poças depois da chuva, sem dúvida notou que as poças ficam cada vez menores. O que aconteceu com a água?
Conclusão: ela evaporou!
Cristalização(solidificação) é a transição de uma substância de um estado líquido de agregação para um estado sólido. A cristalização é acompanhada pela liberação de energia (calor) no meio ambiente.
Experiência 5: Cristalização. Para detectar a cristalização, vamos realizar um experimento.
Vamos tirar a água da torneira para um copo e colocar no freezer da geladeira. Depois de algum tempo, a substância endurece, ou seja, uma crosta aparece na superfície da água. Aí toda a água do copo virou completamente gelo, ou seja, cristalizou.
Conclusão: Primeiro a água esfria a 0 graus e depois congela.
Derretendo- a transição de uma substância do estado sólido para o estado líquido. Este processo é acompanhado pela absorção de calor do meio ambiente. Para derreter um corpo cristalino sólido, uma certa quantidade de calor deve ser transferida para ele.
Experiência 6: Derretimento. O derretimento é facilmente detectado experimentalmente.
Tiramos um copo de água congelada do freezer da geladeira, que colocamos. Depois de algum tempo, apareceu água no copo - o gelo começou a derreter. Depois de algum tempo, todo o gelo derreteu, ou seja, passou completamente de sólido a líquido.
Conclusão: Com o tempo, o gelo recebe calor do meio ambiente e derrete com o tempo.
Condensação-transição de uma substância do estado gasoso para o estado líquido.
A condensação é acompanhada pela liberação de calor para o meio ambiente.
Experiência 7: Condensação.
Fervemos água e colocamos um espelho frio no bico da chaleira. Após alguns minutos, gotas de vapor de água condensado são claramente visíveis no espelho.
Conclusão: o vapor que se deposita no espelho se transforma em água.
O fenômeno da condensação pode ser observado no verão, nas primeiras manhãs frescas.
Gotas de água na grama e nas flores - orvalho - indicam que o vapor d'água contido no ar se condensou.
A combustão é o processo de queima de combustível, acompanhado da liberação de energia.
Esta energia é utilizada em vários
esferas da nossa vida.
Experiência 8: Combustão. Todos os dias podemos observar o gás natural queimando no fogão. Este é o processo de combustão do combustível.
Além disso, o processo de combustão do combustível é o processo de queima de madeira. Portanto, para realizar um experimento de combustão de combustível, basta acender o gás
queimador ou fósforo.
Conclusão: Quando o combustível queima, o calor é liberado e um cheiro específico pode aparecer.
O resultado do projeto: no meu trabalho de projeto estudei os processos térmicos mais comuns: aquecimento, resfriamento, vaporização, ebulição, evaporação, fusão, cristalização, condensação, combustão, sublimação e dessublimação.
Além disso, o trabalho abordou temas como movimento térmico, estados agregados de substâncias, bem como a teoria geral dos fenômenos térmicos e processos térmicos.
Com base em experimentos simples, um ou outro fenômeno térmico foi considerado. Os experimentos são acompanhados por fotos de demonstração.
Com base em experimentos, considera-se o seguinte:
A existência de vários processos térmicos;
A relevância dos processos térmicos na vida humana está comprovada.
Também conduzi uma pesquisa rápida com 9 alunos da classe “A”, composta por 15 pessoas.
Blitz - pesquisa com alunos do 9º ano.
Questões:
1. O que são fenômenos térmicos?
2. Dê exemplos de fenômenos térmicos
3. Que movimento é chamado de térmico?
4. O que é condutividade térmica?
5. As transformações agregadas são...
6. O fenômeno de transformar líquido em vapor?
7. O fenômeno de transformar vapor em líquido?
8. Qual processo é chamado de fusão?
9. O que é evaporação?
10. Cite os processos inversos ao aquecimento, fusão, evaporação?
Respostas:
1. Fenômenos térmicos - fenômenos físicos associados ao aquecimento e resfriamento de corpos
2. Exemplos de fenómenos térmicos: aquecimento e arrefecimento, evaporação e ebulição, fusão e solidificação, condensação
3. Movimento térmico - movimento aleatório e caótico de moléculas
4. Condução térmica – transferência de calor de uma parte para outra
5. As transformações agregadas são fenômenos de transição de uma substância de um estado de agregação para outro
6. Vaporização
7. Condensação
8. A fusão é a transição de uma substância do estado sólido para o estado líquido. Este processo é acompanhado pela absorção de calor do meio ambiente
9. Evaporação é a vaporização que ocorre na superfície livre de um líquido
10. Processos inversos para aquecimento, fusão, evaporação - resfriamento, cristalização, condensação
Resultados da pesquisa Blitz:
1. Resposta correta - 7 pessoas - 47%
Resposta errada - 8 pessoas - 53%
2. Resposta correta -6 pessoas - 40%
Resposta errada -9 pessoas - 60%
3. Resposta correta - 10 pessoas - 67%
4. Resposta correta -6 pessoas - 40%
Resposta errada - 9 pessoas - 60%
5. Resposta correta - 8 pessoas - 53%
6. Resposta correta - 12 pessoas - 80%
Resposta errada - 3 pessoas - 20%
7. Resposta correta - 8 pessoas - 53%
Resposta errada - 7 pessoas - 47%
8. Resposta correta - 10 pessoas - 67%
Resposta errada - 5 pessoas - 33%
9. Resposta correta - 13 pessoas - 87%
Resposta errada - 2 pessoas - 13%
10. Resposta correta - 8 pessoas -53%
Resposta errada - 7 pessoas - 47%
A pesquisa rápida mostrou que os alunos não têm conhecimento suficiente sobre este tópico, e espero que meu projeto os ajude a preencher as lacunas que faltam neste tópico.
A meta e os objetivos do trabalho do projeto que estabeleci foram concluídos.
Quero terminar meu trabalho com um poema que escrevi junto com meu avô.
Fenômenos térmicos
Nós estudamos fenômenos
Queremos saber sobre o calor.
Vivemos em um mundo maravilhoso -
Tudo é como dois e dois são quatro.
Nós fazemos o trabalho
Tendo abalado a companhia de moléculas,
Cortamos uma tora para fazer lenha -
Nos sentimos aquecidos.
Uma tarefa muito importante -
Isto é transferência de calor.
O calor pode ser transferido
Retire da água aquecida.
Todos os corpos são termicamente condutores:
A água aquece o radiador,
O ar flui de baixo para cima
Transfere calor para dentro de casa.
E o vidro da janela
Mantém a casa aquecida.
Há uma camada de ar no quadro -
É uma montanha para aquecer.
Não permite a passagem de calor
E ele guarda no apartamento.
Bem, durante o dia, nós nos conhecemos,
O sol dará calor com seus raios...
Para conhecer todas essas propriedades,
Para viver em amizade com o calor do mundo,
E realmente aplique -
Precisamos aprender FÍSICA!!!
Bibliografia
1. Rakhimbaev M.M. Livro didático em Flash: “Física. 8 ª série". 2. Ensinar Física que desenvolva o aluno. Livro 1. Abordagens, componentes, lições, tarefas / Compilado e ed. EM. Braverman: - M.: Associação de Professores de Física, 2003. - 400 p. 3. Dubovitskaya T.D. Diagnóstico da importância de uma disciplina acadêmica para o desenvolvimento da personalidade dos alunos. Boletim da OSU, nº 2, 2004. 4. Kolechenko A.K. Enciclopédia de tecnologias educacionais: um manual para professores. - São Petersburgo: KARO, 2004. 5. Selevko G.K. Tecnologias pedagógicas baseadas na ativação, intensificação e gestão eficaz de programas educacionais. M.: Instituto de Pesquisa de Tecnologias Escolares, 2005. 6. Recursos eletrônicos: Site http://school-collection.edu.ru Site http://obvad.ucoz.ru/index/0 Site http://zabalkin.narod Site .ru http://somit.ru
Relatório
sobre o tema:
"Fenômenos térmicos na natureza
e na vida humana"
Realizado
aluno do 8º ano "A"
Karibova A.V.
Armavir, 2010
Ao nosso redor ocorrem fenômenos que estão externamente muito indiretamente relacionados ao movimento mecânico. São fenômenos observados quando a temperatura dos corpos muda ou quando eles passam de um estado (por exemplo, líquido) para outro (sólido ou gasoso). Tais fenômenos são chamados de térmicos. Os fenômenos térmicos desempenham um papel importante na vida das pessoas, animais e plantas. Uma mudança de temperatura de 20-30°C com a mudança da estação muda tudo ao nosso redor. A possibilidade de vida na Terra depende da temperatura ambiente. As pessoas alcançaram relativa independência do meio ambiente depois que aprenderam a fazer e manter o fogo. Esta foi uma das maiores descobertas feitas no início do desenvolvimento humano.
A história do desenvolvimento de ideias sobre a natureza dos fenômenos térmicos é um exemplo da forma complexa e contraditória como a verdade científica é compreendida.
Muitos filósofos antigos consideravam o fogo e o calor a ele associado como um dos elementos que, junto com a terra, a água e o ar, formam todos os corpos. Ao mesmo tempo, foram feitas tentativas de relacionar o calor com o movimento, pois percebeu-se que quando os corpos colidem ou se esfregam, eles se aquecem.
Os primeiros sucessos na construção de uma teoria científica do calor remontam ao início do século XVII, quando o termômetro foi inventado e tornou-se possível estudar quantitativamente os processos térmicos e as propriedades dos macrossistemas.
A questão do que é o calor foi novamente levantada. Surgiram dois pontos de vista opostos. Segundo um deles, a teoria material do calor, o calor era considerado um tipo especial de “líquido” sem peso, capaz de fluir de um corpo para outro. Esse líquido foi chamado de calórico. Quanto mais calórico no corpo, maior será a temperatura corporal.
De acordo com outro ponto de vista, o calor é um tipo de movimento interno das partículas do corpo. Quanto mais rápido as partículas de um corpo se movem, maior será sua temperatura.
Assim, a ideia de fenômenos e propriedades térmicas estava associada ao ensino atomístico dos antigos filósofos sobre a estrutura da matéria. No âmbito de tais ideias, a teoria do calor foi inicialmente chamada de corpuscular, da palavra “corpúsculo” (partícula). Os cientistas aderiram a isso: Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli.
Uma grande contribuição para o desenvolvimento da teoria corpuscular do calor foi feita pelo grande cientista russo M.V. Lomonosov. Ele via o calor como o movimento rotacional de partículas de matéria. Usando sua teoria, ele explicou em geral os processos de fusão, evaporação e condutividade térmica, e também chegou à conclusão de que existe um “maior ou último grau de frio” quando o movimento das partículas da matéria cessa. Graças ao trabalho de Lomonosov, havia muito poucos defensores da teoria real do calor entre os cientistas russos.
Mas ainda assim, apesar das muitas vantagens da teoria corpuscular do calor, em meados do século XVIII. A teoria calórica obteve uma vitória temporária. Isso aconteceu depois que a conservação do calor durante a transferência de calor foi comprovada experimentalmente. Daí concluiu-se sobre a conservação (não destruição) do fluido térmico - calórico. Na teoria dos materiais, foi introduzido o conceito de capacidade térmica dos corpos e construída uma teoria quantitativa da condutividade térmica. Muitos termos introduzidos naquela época sobreviveram até hoje.
Em meados do século XIX. a ligação entre o trabalho mecânico e a quantidade de calor foi comprovada. Assim como o trabalho, a quantidade de calor acabou sendo uma medida da mudança na energia. O aquecimento de um corpo não está associado a um aumento na quantidade de um “líquido” especial e sem peso nele, mas a um aumento em sua energia. O princípio calórico foi substituído pela lei muito mais profunda da conservação da energia. Descobriu-se que o calor é uma forma de energia.
Contribuições significativas para o desenvolvimento de teorias de fenômenos térmicos e propriedades de macrossistemas foram feitas pelo físico alemão R. Clausius (1822-1888), pelo físico teórico inglês J. Maxwell, pelo físico austríaco L. Boltzmann (1844-1906) e outros cientistas.
Acontece que a natureza dos fenômenos térmicos é explicada na física de duas maneiras: a abordagem termodinâmica e a teoria cinética molecular da matéria.
A abordagem termodinâmica considera o calor da perspectiva das propriedades macroscópicas da matéria (pressão, temperatura, volume, densidade, etc.).
A teoria cinética molecular conecta a ocorrência de fenômenos e processos térmicos com as peculiaridades da estrutura interna da matéria e estuda as razões que determinam o movimento térmico.
Então, vamos considerar os fenômenos térmicos na vida humana.
Aquecimento e resfriamento, evaporação e ebulição, fusão e solidificação, condensação são exemplos de fenômenos térmicos.
A principal fonte de calor da Terra é o Sol. Mas, além disso, as pessoas utilizam muitas fontes artificiais de calor: fogueiras, fogões, aquecimento de água, aquecedores a gás e elétricos, etc.
Você sabe que se colocar uma colher fria no chá quente, depois de um tempo ele esquentará. Neste caso, o chá cederá parte do seu calor não só para a colher, mas também para o ar circundante. A partir do exemplo fica claro que o calor pode ser transferido de um corpo que está mais aquecido para um corpo que está menos aquecido. Existem três maneiras de transferir calor - condutividade térmica, convecção, radiação.
Aquecer uma colher em chá quente – exemplo condutividade térmica. Todos os metais têm boa condutividade térmica.
Convecção O calor é transferido em líquidos e gases. Quando aquecemos água em uma panela ou chaleira, as camadas inferiores da água aquecem primeiro, ficam mais leves e sobem, dando lugar à água fria. A convecção ocorre em uma sala quando o aquecimento está ligado. O ar quente da bateria sobe e o ar frio desce.
Mas nem a condutividade térmica nem a convecção podem explicar como, por exemplo, o Sol, longe de nós, aquece a Terra. Neste caso, o calor é transferido através de um espaço sem ar radiação(raios de calor).
Um termômetro é usado para medir a temperatura. Na vida cotidiana, eles usam termômetros ambientes ou médicos.
Quando falamos de temperatura Celsius, referimo-nos a uma escala de temperatura em que 0°C corresponde ao ponto de congelamento da água e 100°C ao seu ponto de ebulição.
Em alguns países (EUA, Reino Unido) é utilizada a escala Fahrenheit. Nele, 212°F corresponde a 100°C. Converter a temperatura de uma escala para outra não é muito simples, mas se necessário, cada um de vocês pode fazer isso sozinho. Para converter uma temperatura Celsius em uma temperatura Fahrenheit, multiplique a temperatura Celsius por 9, divida por 5 e adicione 32. Para fazer a conversão inversa, subtraia 32 da temperatura Fahrenheit, multiplique o restante por 5 e divida por 9.
Na física e na astrofísica, outra escala é frequentemente usada - a escala Kelvin. Nele, a temperatura mais baixa da natureza (zero absoluto) é considerada 0. Corresponde a −273°C. A unidade de medida nesta escala é Kelvin (K). Para converter a temperatura em Celsius em temperatura em Kelvin, você precisa adicionar 273 a graus Celsius. Por exemplo, em Celsius 100° e em Kelvin 373 K. Para converter novamente, você precisa subtrair 273. Por exemplo, 0 K é - 273°C.
É útil saber que a temperatura na superfície do Sol é de 6.000 K e no seu interior é de 15.000.000 K. A temperatura no espaço exterior, longe das estrelas, é próxima do zero absoluto.
Na natureza, presenciamos fenômenos térmicos, mas às vezes não prestamos atenção à sua essência. Por exemplo, chove no verão e neva no inverno. O orvalho se forma nas folhas. Nevoeiro aparece.
O conhecimento dos fenômenos térmicos ajuda as pessoas a projetar aquecedores domésticos, motores térmicos (motores de combustão interna, turbinas a vapor, motores a jato, etc.), prever o tempo, derreter metais, criar isolamento térmico e materiais resistentes ao calor que são usados em todos os lugares - desde a construção de casas para naves espaciais.
Para a Terra - o Sol. A energia solar está na base de muitos fenômenos que ocorrem na superfície e na atmosfera do planeta. Aquecimento, resfriamento, evaporação, ebulição, condensação são alguns exemplos dos tipos de fenômenos térmicos que ocorrem ao nosso redor.
Nenhum processo ocorre por si só. Cada um deles possui sua própria fonte e mecanismo de implementação. Quaisquer fenômenos térmicos na natureza são causados pela recepção de calor de fontes externas. Não apenas o Sol pode atuar como tal fonte - o fogo também cumpre com sucesso esse papel.
Para entender melhor o que são os fenômenos térmicos, é necessário definir o calor. O calor é uma característica energética da troca de calor, ou seja, quanta energia um corpo ou sistema dá (recebe) durante a interação. Pode ser caracterizado quantitativamente pela temperatura: quanto mais alta, mais calor (energia) um determinado corpo possui.
No processo entre si, o calor é transferido de um corpo quente para um corpo frio, ou seja, de um corpo com maior energia para um corpo com menor energia. Este processo é chamado de transferência de calor. Por exemplo, considere água fervente derramada em um copo. Depois de algum tempo, o vidro ficará quente, ou seja, ocorreu o processo de transferência de calor da água quente para o vidro frio.
No entanto, os fenômenos térmicos são caracterizados não apenas pela transferência de calor, mas também por um conceito como condutividade térmica. O que isso significa pode ser explicado com um exemplo. Se você colocar uma frigideira no fogo, seu cabo, embora não esteja em contato com o fogo, esquentará assim como o resto da frigideira. Esse aquecimento é fornecido pela condutividade térmica. O aquecimento é realizado em um local e, em seguida, todo o corpo é aquecido. Ou não aquece - depende da condutividade térmica que possui. Se a condutividade térmica do corpo for alta, o calor será facilmente transferido de uma área para outra, mas se a condutividade térmica for baixa, a transferência de calor não ocorre.
Antes do surgimento do conceito de calor, a física explicava os fenômenos térmicos usando o conceito de “calórico”. Acreditava-se que toda substância possui uma determinada substância, semelhante a um líquido, que realiza uma tarefa que, no conceito moderno, é resolvida pelo calor. Mas a ideia de calórico foi abandonada após a formulação do conceito de calor.
Agora podemos considerar com mais detalhes a aplicação prática das definições introduzidas anteriormente. Assim, a condutividade térmica garante a troca de calor entre os corpos e dentro do próprio material. Altos valores de condutividade térmica são característicos dos metais. Isto é bom para pratos e chaleira, pois permite fornecer calor aos alimentos que estão sendo preparados. No entanto, materiais com baixa condutividade térmica também encontram sua utilização. Atuam como isolantes térmicos, evitando a perda de calor - por exemplo, durante a construção. Graças à utilização de materiais com baixa condutividade térmica, são garantidas condições de vida confortáveis nas residências.
No entanto, a transferência de calor não está limitada aos métodos acima. Existe também a possibilidade de transferência de calor sem contato direto dos corpos. Por exemplo, o ar quente flui de um aquecedor ou radiador do sistema de aquecimento de um apartamento. Uma corrente de ar quente emana do objeto aquecido, aquecendo o ambiente. Este método de troca de calor é denominado convecção. Neste caso, a transferência de calor é realizada por fluxos líquidos ou gasosos.
Se lembrarmos que os fenômenos térmicos que ocorrem na Terra estão associados à radiação do Sol, surge outro método de transferência de calor - a radiação térmica. É causada pela radiação eletromagnética de um corpo aquecido. É assim que o Sol aquece a Terra.
Este material examina vários fenômenos térmicos, descreve a fonte de sua ocorrência e os mecanismos pelos quais ocorrem. São consideradas as questões do uso prático dos fenômenos térmicos na prática cotidiana.
Energia interna e formas de alterá-la A energia interna é a energia de movimento e interação das partículas que constituem o corpo. Métodos de alteração da energia interna, realização de trabalho, transferência de calor sobre um corpo, o próprio corpo, condutividade térmica, convecção, radiação, E aumenta, E diminui
Transferência de calor A condução de calor é um tipo de troca de calor em que a energia interna é transferida de partículas de uma parte mais aquecida do corpo para partículas de uma parte menos aquecida do corpo (ou de um corpo mais aquecido para um corpo menos aquecido). Convecção é a transferência de energia por fluxos (ou jatos) de matéria. A radiação é a transferência de energia por meio de vários raios invisíveis emitidos por um corpo aquecido.
Quantidade de calor Quantidade de calor (Q) é a energia que um corpo recebe ou emite durante o processo de transferência de calor. Capacidade de calor específico (c) é a quantidade de calor necessária para aquecer 1 kg de uma substância em 1°C. Unidade de medida – J/kg°C. A fórmula para calcular a quantidade de calor necessária para aquecer um corpo e liberada por ele durante o resfriamento: Q=cm(t 2 -t 1), onde m é a massa corporal, t 1 é a temperatura corporal inicial, t 2 é a temperatura final temperatura corporal.
Combustão A combustão é o processo de combinação de átomos de carbono com dois átomos de oxigênio, o que produz dióxido de carbono e libera energia. O calor específico de combustão do combustível (q) é uma quantidade física que mostra quanto calor será liberado durante a combustão completa de 1 kg de combustível. Fórmula para calcular a quantidade de calor liberada durante a combustão completa do combustível: Q=qm.
Fusão A fusão é o processo de transição de uma substância do estado sólido para o estado líquido. A cristalização é o processo de transição de uma substância do estado líquido para o sólido. O ponto de fusão é a temperatura na qual uma substância derrete (não muda durante a fusão). O calor específico de fusão () é uma quantidade física que mostra quanto calor é necessário para converter 1 kg de uma substância cristalina tomada no ponto de fusão em um líquido com a mesma temperatura. Fórmula para calcular a quantidade de calor necessária para fundir um corpo cristalino obtido no ponto de fusão e por ele liberado durante a solidificação: Q = m.
Evaporação Evaporação é a vaporização que ocorre na superfície de um líquido (ocorre em qualquer temperatura). A ebulição é uma intensa transição do líquido para o vapor, acompanhada pela formação de bolhas de vapor em todo o volume do líquido e sua posterior flutuação até a superfície (ocorre em uma temperatura específica para cada substância). Calor específico de vaporização (L) é a quantidade de calor necessária para converter um líquido pesando 1 kg, levado ao ponto de ebulição, em vapor. Fórmula para calcular a quantidade de calor necessária para transformar um líquido de qualquer massa obtido no ponto de ebulição em vapor: Q = Lm.
Processo físico Explicação do ponto de vista molecular Explicação do ponto de vista energético Fórmula para calcular a quantidade de calor Constantes físicas 1. aquecimento A velocidade de movimento das moléculas aumenta A energia é absorvida Q=cm(t 2 -t 1) s – capacidade térmica específica, J/kg°C 2. resfriamento A velocidade de movimento das moléculas diminui Energia é liberada Q=cm(t 2 -t 1); Q 0 3. fusão A estrutura cristalina de um sólido é destruída Energia é absorvida Q= m - calor específico de fusão, J/kg 4. cristalização Restauração da estrutura cristalina Energia é liberada Q=- m 5. evaporação Ligações entre moléculas líquidas são quebrados Energia absorvida Q=Lm L – calor específico de vaporização, J/kg 6. condensação Retorno das moléculas de vapor ao líquido Energia liberada Q=-Lm 7. combustão do combustível C+O 2 CO 2 Energia liberada Q=qm q – calor específico de combustão do combustível, J/kg
