správa
na tému:
„Tepelné javy v prírode
a v ľudskom živote“
Vykonané
žiak 8. ročníka "A"
Karibová A.V.
Armavir, 2010
Okolo nás sa vyskytujú javy, ktoré navonok veľmi nepriamo súvisia s mechanickým pohybom. Ide o javy pozorované pri zmene teploty telies alebo pri prechode z jedného skupenstva (napríklad kvapalného) do druhého (tuhého alebo plynného). Takéto javy sa nazývajú tepelné. Tepelné javy zohrávajú obrovskú úlohu v živote ľudí, zvierat a rastlín. Zmena teploty o 20-30°C pri zmene ročného obdobia mení všetko okolo nás. Možnosť života na Zemi závisí od teploty okolia. Ľudia dosiahli relatívnu nezávislosť od prostredia potom, čo sa naučili zakladať a udržiavať oheň. Bol to jeden z najväčších objavov na úsvite ľudského rozvoja.
História vývoja predstáv o povahe tepelných javov je príkladom zložitého a rozporuplného spôsobu chápania vedeckej pravdy.
Mnohí starovekí filozofi považovali oheň a s ním spojené teplo za jeden zo živlov, ktorý spolu so zemou, vodou a vzduchom tvoria všetky telá. Zároveň sa robili pokusy spojiť teplo s pohybom, pretože sa zistilo, že keď sa telesá zrazia alebo sa o seba trú, zahrievajú sa.
Prvé úspechy pri budovaní vedeckej teórie tepla sa datujú na začiatok 17. storočia, kedy bol vynájdený teplomer a bolo možné kvantitatívne študovať tepelné procesy a vlastnosti makrosystémov.
Opäť bola nastolená otázka, čo je to teplo. Objavili sa dva protichodné názory. Podľa jednej z nich, materiálnej teórie tepla, sa teplo považovalo za zvláštny druh beztiažovej „kvapaliny“ schopnej prúdiť z jedného telesa do druhého. Táto tekutina sa nazývala kalorická. Čím viac kalórií je v tele, tým vyššia je telesná teplota.
Z iného hľadiska je teplo druh vnútorného pohybu častíc tela. Čím rýchlejšie sa častice telesa pohybujú, tým vyššia je jeho teplota.
Myšlienka tepelných javov a vlastností bola teda spojená s atomistickým učením starých filozofov o štruktúre hmoty. V rámci takýchto predstáv sa teória tepla pôvodne nazývala korpuskulárna, od slova „corpuscle“ (častica). Vedci sa jej držali: Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli.
Veľký prínos k rozvoju korpuskulárnej teórie tepla urobil veľký ruský vedec M.V. Lomonosov. Teplo považoval za rotačný pohyb častíc hmoty. Pomocou svojej teórie vo všeobecnosti vysvetlil procesy topenia, vyparovania a tepelnej vodivosti a tiež dospel k záveru, že existuje „najväčší alebo posledný stupeň chladu“, keď sa pohyb častíc hmoty zastaví. Vďaka práci Lomonosova bolo medzi ruskými vedcami veľmi málo podporovateľov skutočnej teórie tepla.
Ale predsa, napriek mnohým výhodám korpuskulárnej teórie tepla, do polovice 18. stor. Kalorická teória vyhrala dočasné víťazstvo. Stalo sa tak potom, čo bolo experimentálne dokázané zachovanie tepla pri prenose tepla. Preto bol urobený záver o zachovaní (nezničení) tepelnej tekutiny - kalorickej. V materiálovej teórii sa zaviedol pojem tepelná kapacita telies a skonštruovala sa kvantitatívna teória tepelnej vodivosti. Mnohé pojmy zavedené v tom čase prežili dodnes.
V polovici 19. stor. bola preukázaná súvislosť medzi mechanickou prácou a množstvom tepla. Rovnako ako práca, množstvo tepla sa ukázalo byť mierou zmeny energie. Zahrievanie tela nie je spojené so zvýšením množstva špeciálnej beztiažovej „kvapaliny“ v ňom, ale so zvýšením jeho energie. Kalorický princíp bol nahradený oveľa hlbším zákonom zachovania energie. Zistilo sa, že teplo je forma energie.
Významne prispeli k rozvoju teórií tepelných javov a vlastností makrosystémov nemecký fyzik R. Clausius (1822-1888), anglický teoretický fyzik J. Maxwell, rakúsky fyzik L. Boltzmann (1844-1906) a ďalší vedci.
Stáva sa, že povaha tepelných javov sa vo fyzike vysvetľuje dvoma spôsobmi: termodynamickým prístupom a molekulárno-kinetickou teóriou hmoty.
Termodynamický prístup uvažuje s teplom z pohľadu makroskopických vlastností hmoty (tlak, teplota, objem, hustota atď.).
Molekulárna kinetická teória spája výskyt tepelných javov a procesov so zvláštnosťami vnútornej štruktúry hmoty a študuje dôvody, ktoré určujú tepelný pohyb.
Pozrime sa teda na tepelné javy v ľudskom živote.
Zohrievanie a chladenie, vyparovanie a varenie, topenie a tuhnutie, kondenzácia, to všetko sú príklady tepelných javov.
Hlavným zdrojom tepla na Zemi je Slnko. Okrem toho však ľudia používajú veľa umelých zdrojov tepla: oheň, kachle, ohrev vody, plynové a elektrické ohrievače atď.
Viete, že ak do horúceho čaju vložíte studenú lyžičku, po chvíli sa zahreje. V tomto prípade čaj odovzdá časť tepla nielen lyžičke, ale aj okolitému vzduchu. Z príkladu je zrejmé, že teplo sa môže prenášať z telesa, ktoré je viac zohriate, na teleso, ktoré je menej zohriate. Existujú tri spôsoby prenosu tepla − tepelná vodivosť, konvekcia, žiarenie.
Zohrievanie lyžice v horúcom čaji - príklad tepelná vodivosť. Všetky kovy majú dobrú tepelnú vodivosť.
Konvekcia Teplo sa prenáša v kvapalinách a plynoch. Keď ohrievame vodu v hrnci alebo rýchlovarnej kanvici, spodné vrstvy vody sa najskôr zohrejú, stanú sa ľahšími a ponáhľajú sa nahor, čím ustúpia studenej vode. Konvekcia sa vyskytuje v miestnosti, keď je kúrenie zapnuté. Horúci vzduch z batérie stúpa a studený klesá.
Ale ani tepelná vodivosť, ani konvekcia nedokážu vysvetliť, ako napríklad Slnko, ďaleko od nás, ohrieva Zem. V tomto prípade sa teplo prenáša cez priestor bez vzduchu žiarenia(tepelné lúče).
Na meranie teploty sa používa teplomer. V každodennom živote používajú izbové alebo lekárske teplomery.
Keď hovoríme o stupňoch Celzia, máme na mysli teplotnú škálu, v ktorej 0°C zodpovedá bodu mrazu vody a 100°C je jej bod varu.
V niektorých krajinách (USA, Spojené kráľovstvo) sa používa stupnica Fahrenheita. V ňom 212°F zodpovedá 100°C. Prevod teploty z jednej stupnice na druhú nie je veľmi jednoduchý, no v prípade potreby to zvládne každý sám. Ak chcete previesť teplotu v stupňoch Celzia na teplotu vo stupňoch Fahrenheita, vynásobte teplotu v stupňoch Celzia 9, vydeľte 5 a pridajte 32. Ak chcete vykonať opačný prevod, odčítajte 32 od teploty Fahrenheita, vynásobte zvyšok 5 a vydeľte 9.
Vo fyzike a astrofyzike sa často používa iná stupnica – Kelvinova stupnica. V ňom sa najnižšia teplota v prírode (absolútna nula) berie ako 0. Zodpovedá −273 °C. Jednotkou merania v tejto stupnici je Kelvin (K). Ak chcete previesť teplotu v stupňoch Celzia na teplotu v Kelvinoch, musíte pridať 273 na stupne Celzia. Napríklad v stupňoch Celzia 100° a v Kelvinoch 373 K. Ak chcete previesť späť, musíte odpočítať 273. Napríklad 0 K je − 273 °C.
Je užitočné vedieť, že teplota na povrchu Slnka je 6000 K a vo vnútri je 15 000 000 K. Teplota vo vesmíre ďaleko od hviezd je blízka absolútnej nule.
V prírode sme svedkami termálnych javov, no niekedy si nevšímame ich podstatu. Napríklad v lete prší a v zime sneží. Na listoch sa tvorí rosa. Objaví sa hmla.
Znalosť tepelných javov pomáha ľuďom navrhovať domáce ohrievače, tepelné motory (spaľovacie motory, parné turbíny, prúdové motory atď.), predpovedať počasie, taviť kov, vytvárať tepelnú izoláciu a žiaruvzdorné materiály, ktoré sa používajú všade - od stavieb domov na vesmírne lode.
Text práce je uverejnený bez obrázkov a vzorcov.
Plná verzia diela je dostupná v záložke „Pracovné súbory“ vo formáte PDF
hypotéza: Vďaka vedeckým poznatkom a úspechom boli vytvorené ľahké, odolné materiály s nízkou tepelnou vodivosťou na ochranu odevov a domácností, klimatizácií, ventilátorov a iných zariadení. To nám umožňuje prekonať ťažkosti a mnohé problémy spojené s teplom. Stále je však potrebné študovať tepelné javy, pretože majú mimoriadne veľký vplyv na náš život.
Cieľ:štúdium tepelných javov a tepelných procesov.
Úlohy: hovoriť o tepelných javoch a tepelných procesoch;
študovať teóriu tepelných javov;
v praxi zvážte existenciu tepelných procesov;
ukázať prejav týchto skúseností.
Ocakavane vysledky: vykonávanie experimentov a štúdium najbežnejších tepelných procesov.
: bol vybraný a systematizovaný materiál k téme, uskutočnili sa experimenty a bleskový prieskum študentov, pripravila sa prezentácia, predniesla sa báseň vlastnej skladby.
Tepelné javy sú fyzikálne javy, ktoré súvisia s ohrevom a ochladzovaním telies.
Zohrievanie a chladenie, vyparovanie a varenie, topenie a tuhnutie, kondenzácia, to všetko sú príklady tepelných javov.
Tepelný pohyb - proces chaotického (neusporiadaného) pohybu
častice, ktoré tvoria hmotu.
Čím vyššia je teplota, tým väčšia je rýchlosť pohybu častíc. Najčastejšie sa uvažuje o tepelnom pohybe atómov a molekúl. Molekuly alebo atómy látky sú vždy v neustálom náhodnom pohybe.
Tento pohyb určuje prítomnosť vnútornej kinetickej energie v akejkoľvek látke, ktorá je spojená s teplotou látky.
Preto sa náhodný pohyb, v ktorom sa molekuly alebo atómy vždy nachádzajú, nazýva tepelný.
Štúdium tepelných javov ukazuje, že tak ako v nich klesá mechanická energia telies, zvyšuje sa ich mechanická a vnútorná energia, ktorá zostáva nezmenená pri akomkoľvek procese.
Toto je zákon zachovania energie.
Energia nevzniká z ničoho a nikde nezmizne.
Môže len prechádzať z jedného typu do druhého, pričom si zachováva svoj plný význam.
Tepelný pohyb molekúl sa nikdy nezastaví. Preto má každé telo vždy nejaký druh vnútornej energie. Vnútorná energia závisí od telesnej teploty, stavu agregácie hmoty a iných faktorov a nezávisí od mechanickej polohy tela a jeho mechanického pohybu. Zmena vnútornej energie tela bez vykonania práce sa nazýva prenos tepla .
K prenosu tepla dochádza vždy v smere od telesa s vyššou teplotou k telesu s nižšou teplotou.
Existujú tri typy prenosu tepla:
Tepelné procesy sú typom tepelných javov; procesy, pri ktorých sa mení teplota telies a látok a je možné ich aj meniť stavov agregácie. Tepelné procesy zahŕňajú:
Kúrenie
Chladenie
Odparovanie
Vriaci
Odparovanie
Kryštalizácia
Topenie
Kondenzácia
Spaľovanie
Sublimácia
Desublimácia
Uvažujme ako príklad látku, ktorá môže byť v troch stavoch agregácie: voda (L - kvapalina, T - pevná látka, G - plynná)
Kúrenie- proces zvyšovania teploty telesa alebo látky. Vykurovanie je sprevádzané absorpciou tepla z okolia. Pri zahrievaní sa stav agregácie látky nemení.
Experiment 1: Zahrievanie.
Naberieme vodu z vodovodu do pohára a zmeriame jej teplotu (25°C),
potom pohár postavte na teplé miesto (okno na slnečnú stranu) a po chvíli zmerajte teplotu vody (30°C).
Po dlhšom čakaní som opäť zmeral teplotu (35°C). Záver: Teplomer ukazuje zvýšenie teploty najskôr o 5 °C a potom o 10 °C.
Chladenie- proces znižovania teploty látky alebo telesa; Ochladzovanie je sprevádzané uvoľňovaním tepla do okolia. Po ochladení sa stav agregácie látky nemení.
Experiment 2: Chladenie. Pozrime sa, ako experimentálne prebieha chladenie.
Naberieme horúcu vodu z vodovodného kohútika do pohára a zmeriame jej teplotu (60°C), potom tento pohár položíme na chvíľu na parapet, potom zmeriame teplotu vody a tá sa vyrovná (20°C).
Záver: voda sa ochladí a teplomer ukazuje pokles teploty.
Pokus 3: Varenie.
S vriacou vodou sa doma stretávame každý deň.
Nalejte vodu do kanvice a položte ju na sporák. Najprv sa voda zohreje a potom voda vrie. Svedčí o tom para vychádzajúca z výlevky kanvice.
Záver: Keď voda vrie, malým otvorom a píšťalkami vychádza para z hrdla kanvice a sporák vypneme.
Odparovanie- Toto je odparovanie, ktoré sa vyskytuje z voľného povrchu kvapaliny.
Odparovanie závisí od:
Teploty látok(čím vyššia teplota, tým intenzívnejšie je odparovanie);
Povrchová plocha kvapaliny(čím väčšia plocha, tým väčšie vyparovanie);
Druh látky(rôzne látky sa odparujú rôznou rýchlosťou);
Prítomnosť vetra(v prítomnosti vetra dochádza k rýchlejšiemu odparovaniu).
Pokus 4: Odparovanie.
Ak ste niekedy pozorovali mláky po daždi, potom ste si nepochybne všimli, že mláky sa zmenšujú a zmenšujú. Čo sa stalo s vodou?
Záver: vyparila sa!
Kryštalizácia(tuhnutie) je prechod látky z kvapalného skupenstva agregácie do tuhého skupenstva. Kryštalizácia je sprevádzaná uvoľňovaním energie (tepla) do okolia.
Pokus 5: Kryštalizácia. Aby sme zistili kryštalizáciu, urobme experiment.
Naberieme vodu z vodovodu do pohára a dáme do mrazničky v chladničke. Po určitom čase hmota stvrdne, t.j. na povrchu vody sa objaví kôra. Potom sa všetka voda v pohári úplne zmenila na ľad, to znamená, že skryštalizovala.
Záver: Najprv sa voda ochladí na 0 stupňov, potom zamrzne.
Topenie- prechod látky z pevného do kvapalného skupenstva. Tento proces je sprevádzaný absorpciou tepla z prostredia. Na roztavenie pevného kryštalického telesa je potrebné odovzdať mu určité množstvo tepla.
Pokus 6: Tavenie. Tavenie sa experimentálne ľahko zistí.
Z mraziaceho priestoru chladničky, ktorý sme vložili, vyberieme pohár zmrznutej vody. Po nejakom čase sa v pohári objavila voda - ľad sa začal topiť. Po určitom čase sa všetok ľad roztopil, to znamená, že sa úplne zmenil z pevného na kvapalný.
Záver: V priebehu času ľad prijíma teplo z prostredia a časom sa roztopí.
Kondenzácia-prechod látky z plynného do kvapalného skupenstva.
Kondenzácia je sprevádzaná uvoľňovaním tepla do okolia.
Pokus 7: Kondenzácia.
Prevarili sme vodu a k výlevke kanvice sme priložili studené zrkadlo. Po niekoľkých minútach sú na zrkadle jasne viditeľné kvapky skondenzovanej vodnej pary.
Záver: para usadzujúca sa na zrkadle sa mení na vodu.
Fenomén kondenzácie možno pozorovať v lete, v skorých chladných ranných hodinách.
Kvapky vody na tráve a kvetoch – rosa – naznačujú, že vodná para obsiahnutá vo vzduchu skondenzovala.
Spaľovanie je proces spaľovania paliva sprevádzaný uvoľňovaním energie.
Táto energia sa využíva v rôznych
sférach nášho života.
Pokus 8: Spaľovanie. Každý deň môžeme sledovať horenie zemného plynu v horáku kachlí. Toto je proces spaľovania paliva.
Proces spaľovania paliva je tiež procesom spaľovania dreva. Preto na vykonanie experimentu so spaľovaním paliva stačí zapáliť plyn
horák alebo zápalka.
Záver: Pri horení paliva sa uvoľňuje teplo a môže sa objaviť špecifický zápach.
Výsledok projektu: v mojej projektovej práci som študoval najbežnejšie tepelné procesy: ohrev, chladenie, odparovanie, varenie, vyparovanie, topenie, kryštalizácia, kondenzácia, spaľovanie, sublimácia a desublimácia.
Okrem toho sa práca dotkla takých tém ako tepelný pohyb, agregované stavy látok, ako aj všeobecná teória tepelných javov a tepelných procesov.
Na základe jednoduchých experimentov sa uvažovalo o jednom alebo druhom tepelnom jave. Experimenty sú doplnené demonštračnými obrázkami.
Na základe experimentov sa uvažuje o:
Existencia rôznych tepelných procesov;
Význam tepelných procesov v ľudskom živote bol preukázaný.
Uskutočnil som aj bleskový prieskum medzi 15 žiakmi v 9. ročníku „A“.
Blitz - prieskum žiakov 9. ročníka.
otázky:
1. Čo sú tepelné javy?
2. Uveďte príklady tepelných javov
3. Aký pohyb sa nazýva tepelný?
4. Čo je tepelná vodivosť?
5. Agregátne transformácie sú...
6. Fenomén premeny kvapaliny na paru?
7. Fenomén premeny pary na kvapalinu?
8. Aký proces sa nazýva tavenie?
9. Čo je to odparovanie?
10. Vymenujte procesy spätné k ohrevu, topeniu, vyparovaniu?
Odpovede:
1. Tepelné javy - fyzikálne javy spojené s ohrevom a ochladzovaním telies
2. Príklady tepelných javov: ohrev a chladenie, vyparovanie a varenie, topenie a tuhnutie, kondenzácia
3. Tepelný pohyb - náhodný, chaotický pohyb molekúl
4. Tepelné vedenie - prenos tepla z jednej časti do druhej
5. Agregátne premeny sú javy prechodu látky z jedného stavu agregácie do druhého
6. Odparovanie
7. Kondenzácia
8. Topenie je prechod látky z pevného do kvapalného skupenstva. Tento proces je sprevádzaný absorpciou tepla z prostredia
9. Vyparovanie je vyparovanie, ku ktorému dochádza z voľného povrchu kvapaliny
10. Procesy opačné k ohrevu, taveniu, odparovaniu - chladenie, kryštalizácia, kondenzácia
Výsledky bleskového prieskumu:
1. Správna odpoveď – 7 ľudí – 47 %
Nesprávna odpoveď – 8 ľudí – 53 %
2. Správna odpoveď – 6 ľudí – 40 %
Nesprávna odpoveď – 9 ľudí – 60 %
3. Správna odpoveď – 10 ľudí – 67 %
4. Správna odpoveď – 6 ľudí – 40 %
Nesprávna odpoveď – 9 ľudí – 60 %
5. Správna odpoveď – 8 ľudí – 53 %
6. Správna odpoveď – 12 ľudí – 80 %
Nesprávna odpoveď – 3 osoby – 20 %
7. Správna odpoveď – 8 ľudí – 53 %
Nesprávna odpoveď – 7 ľudí – 47 %
8. Správna odpoveď – 10 ľudí – 67 %
Nesprávna odpoveď – 5 ľudí – 33 %
9. Správna odpoveď – 13 ľudí – 87 %
Nesprávna odpoveď – 2 osoby – 13 %
10. Správna odpoveď - 8 ľudí -53 %
Nesprávna odpoveď – 7 ľudí – 47 %
Bleskový prieskum ukázal, že študenti nemajú dostatočné vedomosti o tejto téme a dúfam, že im môj projekt pomôže vyplniť chýbajúce medzery v tejto téme.
Cieľ a ciele projektovej práce, ktoré som si stanovil, boli splnené.
Svoje dielo chcem zavŕšiť básňou, ktorú som napísal spolu s mojím starým otcom.
Tepelné javy
Študujeme javy
Chceme vedieť o teple.
Žijeme v nádhernom svete -
Všetko je ako dva a dva sú štyri.
Robíme prácu
Keď som otriasol spoločnosťou molekúl,
Nasekáme poleno na palivové drevo -
Cítime teplo.
Veľmi dôležitá úloha -
Toto je prenos tepla.
Teplo sa dá prenášať
Vezmite z ohriatej vody.
Všetky telesá sú tepelne vodivé:
Voda ohrieva radiátor,
Vzduch prúdi zdola nahor
Prenáša teplo do domu.
A okenné sklo
Udržuje v dome teplo.
V ráme je vzduchová vrstva -
Je to hora pre teplo.
Nedovoľuje prechod tepla
A drží ho v byte.
No, cez deň sa poznáme,
Slnko svojimi lúčmi zahreje...
Aby ste poznali všetky tieto vlastnosti,
Žiť v priateľstve s teplom vo svete,
A vlastne platí -
Musíme sa naučiť FYZIKU!!!
Bibliografia
1. Rakhimbaev M.M. Flash učebnica: „Fyzika. 8. trieda“. 2. Vyučovanie fyziky, ktoré rozvíja žiaka. Kniha 1. Prístupy, komponenty, lekcie, úlohy / Zostavené a vyd. EM. Braverman: - M.: Asociácia učiteľov fyziky, 2003. - 400 s. 3. Dubovitskaya T.D. Diagnostika významu akademického predmetu pre rozvoj osobnosti študentov. Bulletin OSU, č. 2, 2004. 4. Kolechenko A.K. Encyklopédia vzdelávacích technológií: Manuál pre učiteľov. - Petrohrad: KARO, 2004. 5. Selevko G.K. Pedagogické technológie založené na aktivizácii, intenzifikácii a efektívnom riadení vzdelávacích programov. M.: Výskumný ústav školských technológií, 2005. 6. Elektronické zdroje: Webová stránka http://school-collection.edu.ru Webová stránka http://obvad.ucoz.ru/index/0 Webová stránka http://zabalkin.narod Webová stránka .ru http://somit.ru
správa
na tému:
„Tepelné javy v prírode
a v ľudskom živote“
Vykonané
žiak 8. ročníka "A"
Karibová A.V.
Armavir, 2010
Okolo nás sa vyskytujú javy, ktoré navonok veľmi nepriamo súvisia s mechanickým pohybom. Ide o javy pozorované pri zmene teploty telies alebo pri prechode z jedného skupenstva (napríklad kvapalného) do druhého (tuhého alebo plynného). Takéto javy sa nazývajú tepelné. Tepelné javy zohrávajú obrovskú úlohu v živote ľudí, zvierat a rastlín. Zmena teploty o 20-30°C so zmenou ročného obdobia mení všetko okolo nás. Možnosť života na Zemi závisí od teploty okolia. Ľudia dosiahli relatívnu nezávislosť od prostredia potom, čo sa naučili zakladať a udržiavať oheň. Bol to jeden z najväčších objavov na úsvite ľudského rozvoja.
História vývoja predstáv o povahe tepelných javov je príkladom zložitého a rozporuplného spôsobu chápania vedeckej pravdy.
Mnohí starovekí filozofi považovali oheň a s ním spojené teplo za jeden zo živlov, ktorý spolu so zemou, vodou a vzduchom tvoria všetky telá. Zároveň sa robili pokusy spojiť teplo s pohybom, pretože sa zistilo, že keď sa telesá zrazia alebo sa o seba trú, zahrievajú sa.
Prvé úspechy pri budovaní vedeckej teórie tepla sa datujú na začiatok 17. storočia, kedy bol vynájdený teplomer a bolo možné kvantitatívne študovať tepelné procesy a vlastnosti makrosystémov.
Opäť bola nastolená otázka, čo je to teplo. Objavili sa dva protichodné názory. Podľa jednej z nich, materiálnej teórie tepla, sa teplo považovalo za zvláštny druh beztiažovej „kvapaliny“ schopnej prúdiť z jedného telesa do druhého. Táto tekutina sa nazývala kalorická. Čím viac kalórií je v tele, tým vyššia je telesná teplota.
Z iného hľadiska je teplo druh vnútorného pohybu častíc tela. Čím rýchlejšie sa častice telesa pohybujú, tým vyššia je jeho teplota.
Myšlienka tepelných javov a vlastností bola teda spojená s atomistickým učením starých filozofov o štruktúre hmoty. V rámci takýchto predstáv sa teória tepla pôvodne nazývala korpuskulárna, od slova „corpuscle“ (častica). Vedci sa jej držali: Newton, Hooke, Boyle, Bernoulli.
Veľký prínos k rozvoju korpuskulárnej teórie tepla urobil veľký ruský vedec M.V. Lomonosov. Teplo považoval za rotačný pohyb častíc hmoty. Pomocou svojej teórie vo všeobecnosti vysvetlil procesy topenia, vyparovania a tepelnej vodivosti a tiež dospel k záveru, že existuje „najväčší alebo posledný stupeň chladu“, keď sa pohyb častíc látky zastaví. Vďaka práci Lomonosova bolo medzi ruskými vedcami veľmi málo podporovateľov skutočnej teórie tepla.
Ale predsa, napriek mnohým výhodám korpuskulárnej teórie tepla, do polovice 18. stor. Kalorická teória vyhrala dočasné víťazstvo. Stalo sa tak potom, čo bolo experimentálne dokázané zachovanie tepla pri prenose tepla. Preto bol urobený záver o zachovaní (nezničení) tepelnej tekutiny - kalorickej. V materiálovej teórii sa zaviedol pojem tepelná kapacita telies a skonštruovala sa kvantitatívna teória tepelnej vodivosti. Mnohé pojmy zavedené v tom čase prežili dodnes.
V polovici 19. stor. bola preukázaná súvislosť medzi mechanickou prácou a množstvom tepla. Rovnako ako práca, množstvo tepla sa ukázalo byť mierou zmeny energie. Zahrievanie tela nie je spojené so zvýšením množstva špeciálnej beztiažovej „kvapaliny“ v ňom, ale so zvýšením jeho energie. Kalorický princíp bol nahradený oveľa hlbším zákonom zachovania energie. Zistilo sa, že teplo je forma energie.
Významne prispeli k rozvoju teórií tepelných javov a vlastností makrosystémov nemecký fyzik R. Clausius (1822-1888), anglický teoretický fyzik J. Maxwell, rakúsky fyzik L. Boltzmann (1844-1906) a ďalší vedci.
Stáva sa, že povaha tepelných javov sa vo fyzike vysvetľuje dvoma spôsobmi: termodynamickým prístupom a molekulárno-kinetickou teóriou hmoty.
Termodynamický prístup uvažuje s teplom z pohľadu makroskopických vlastností hmoty (tlak, teplota, objem, hustota atď.).
Molekulárna kinetická teória spája výskyt tepelných javov a procesov so zvláštnosťami vnútornej štruktúry hmoty a študuje dôvody, ktoré určujú tepelný pohyb.
Pozrime sa teda na tepelné javy v ľudskom živote.
Zohrievanie a chladenie, vyparovanie a varenie, topenie a tuhnutie, kondenzácia, to všetko sú príklady tepelných javov.
Hlavným zdrojom tepla na Zemi je Slnko. Okrem toho však ľudia používajú veľa umelých zdrojov tepla: oheň, kachle, ohrev vody, plynové a elektrické ohrievače atď.
Viete, že ak do horúceho čaju vložíte studenú lyžičku, po chvíli sa zahreje. V tomto prípade čaj odovzdá časť tepla nielen lyžičke, ale aj okolitému vzduchu. Z príkladu je zrejmé, že teplo sa môže prenášať z telesa, ktoré je viac zohriate, na teleso, ktoré je menej zohriate. Existujú tri spôsoby prenosu tepla - tepelná vodivosť, konvekcia, žiarenie.
Zohrievanie lyžice v horúcom čaji - príklad tepelná vodivosť. Všetky kovy majú dobrú tepelnú vodivosť.
Konvekcia Teplo sa prenáša v kvapalinách a plynoch. Keď ohrievame vodu v hrnci alebo rýchlovarnej kanvici, spodné vrstvy vody sa najskôr zohrejú, stanú sa ľahšími a ponáhľajú sa nahor, čím ustúpia studenej vode. Konvekcia sa vyskytuje v miestnosti, keď je kúrenie zapnuté. Horúci vzduch z batérie stúpa a studený klesá.
Ale ani tepelná vodivosť, ani konvekcia nedokážu vysvetliť, ako napríklad Slnko, ďaleko od nás, ohrieva Zem. V tomto prípade sa teplo prenáša cez priestor bez vzduchu žiarenia(tepelné lúče).
Na meranie teploty sa používa teplomer. V každodennom živote používajú izbové alebo lekárske teplomery.
Keď hovoríme o stupňoch Celzia, máme na mysli teplotnú škálu, v ktorej 0°C zodpovedá bodu mrazu vody a 100°C je jej bod varu.
V niektorých krajinách (USA, Spojené kráľovstvo) sa používa stupnica Fahrenheita. V ňom 212°F zodpovedá 100°C. Prevod teploty z jednej stupnice na druhú nie je veľmi jednoduchý, no v prípade potreby to zvládne každý sám. Ak chcete previesť teplotu v stupňoch Celzia na teplotu vo stupňoch Fahrenheita, vynásobte teplotu v stupňoch Celzia 9, vydeľte 5 a pridajte 32. Ak chcete vykonať opačný prevod, odčítajte 32 od teploty Fahrenheita, vynásobte zvyšok 5 a vydeľte 9.
Vo fyzike a astrofyzike sa často používa iná stupnica – Kelvinova stupnica. V ňom sa najnižšia teplota v prírode (absolútna nula) berie ako 0. Zodpovedá −273 °C. Jednotkou merania v tejto stupnici je Kelvin (K). Ak chcete previesť teplotu v stupňoch Celzia na teplotu v Kelvinoch, musíte pridať 273 na stupne Celzia. Napríklad v stupňoch Celzia 100° a v Kelvinoch 373 K. Ak chcete previesť späť, musíte odpočítať 273. Napríklad 0 K je − 273 °C.
Je užitočné vedieť, že teplota na povrchu Slnka je 6000 K a vo vnútri je 15 000 000 K. Teplota vo vesmíre ďaleko od hviezd je blízka absolútnej nule.
V prírode sme svedkami termálnych javov, no niekedy si nevšímame ich podstatu. Napríklad v lete prší a v zime sneží. Na listoch sa tvorí rosa. Objaví sa hmla.
Znalosť tepelných javov pomáha ľuďom navrhovať domáce ohrievače, tepelné motory (spaľovacie motory, parné turbíny, prúdové motory atď.), predpovedať počasie, taviť kov, vytvárať tepelnú izoláciu a žiaruvzdorné materiály, ktoré sa používajú všade - od stavieb domov na vesmírne lode.
Pre Zem - Slnko. Slnečná energia je základom mnohých javov vyskytujúcich sa na povrchu a v atmosfére planéty. Zohrievanie, chladenie, vyparovanie, varenie, kondenzácia sú niektoré príklady typov tepelných javov, ktoré sa vyskytujú okolo nás.
Žiadne procesy sa nevyskytujú samy od seba. Každý z nich má svoj vlastný zdroj a implementačný mechanizmus. Akékoľvek tepelné javy v prírode sú spôsobené prijímaním tepla z vonkajších zdrojov. Ako taký zdroj môže pôsobiť nielen Slnko - s touto úlohou sa úspešne vyrovnáva aj oheň.
Aby sme lepšie pochopili, čo sú tepelné javy, je potrebné definovať teplo. Teplo je energia charakteristická pre výmenu tepla, inými slovami, koľko energie telo alebo systém dáva (prijíma) počas interakcie. Dá sa kvantitatívne charakterizovať teplotou: čím je vyššia, tým má dané teleso viac tepla (energie).
Pri vzájomnom procese sa teplo prenáša z horúceho do studeného telesa, teda z telesa s vyššou energiou do telesa s nižšou energiou. Tento proces sa nazýva prenos tepla. Ako príklad zvážte vriacu vodu naliatu do pohára. Po určitom čase sa sklo zahreje, t.j. došlo k procesu prenosu tepla z horúcej vody do studeného skla.
Tepelné javy sa však vyznačujú nielen prenosom tepla, ale aj takou koncepciou, ako je tepelná vodivosť. Čo to znamená, možno vysvetliť na príklade. Ak položíte panvicu na oheň, jej rukoväť, hoci nie je v kontakte s ohňom, sa zahreje rovnako ako zvyšok panvice. Takéto vykurovanie je zabezpečené tepelnou vodivosťou. Zahrievanie sa vykonáva na jednom mieste a potom sa zahrieva celé telo. Alebo sa nezohrieva - záleží na tom, akú tepelnú vodivosť má. Ak je tepelná vodivosť tela vysoká, potom sa teplo ľahko prenáša z jednej oblasti do druhej, ale ak je tepelná vodivosť nízka, k prenosu tepla nedochádza.
Predtým, ako sa objavil pojem tepla, fyzika vysvetľovala tepelné javy pomocou pojmu „kalorický“. Verilo sa, že každá látka má určitú látku podobnú kvapaline, ktorá vykonáva úlohu, ktorá sa v modernom poňatí rieši teplom. Ale myšlienka kalórií bola opustená po tom, čo bol sformulovaný koncept tepla.
Teraz môžeme podrobnejšie zvážiť praktickú aplikáciu predtým zavedených definícií. Tepelná vodivosť teda zabezpečuje výmenu tepla medzi telesami a v samotnom materiáli. Pre kovy sú charakteristické vysoké hodnoty tepelnej vodivosti. To je dobré pre riad a rýchlovarnú kanvicu, pretože umožňuje dodávanie tepla pripravovanému jedlu. Svoje využitie však nachádzajú aj materiály s nízkou tepelnou vodivosťou. Pôsobia ako tepelné izolanty, zabraňujúce tepelným stratám – napríklad pri výstavbe. Vďaka použitiu materiálov s nízkou tepelnou vodivosťou sú zabezpečené komfortné životné podmienky v domácnostiach.
Prenos tepla však nie je obmedzený na vyššie uvedené spôsoby. Existuje aj možnosť prenosu tepla bez priameho kontaktu telies. Napríklad teplý vzduch prúdi z ohrievača alebo radiátora vykurovacieho systému v byte. Z vykurovaného objektu vychádza prúd teplého vzduchu, ktorý ohrieva miestnosť. Tento spôsob výmeny tepla sa nazýva konvekcia. V tomto prípade sa prenos tepla uskutočňuje prúdmi kvapaliny alebo plynu.
Ak si spomenieme, že tepelné javy vyskytujúce sa na Zemi sú spojené so žiarením zo Slnka, tak sa objavuje ďalší spôsob prenosu tepla – tepelné žiarenie. Spôsobuje ho elektromagnetické žiarenie zo zahriateho telesa. Takto Slnko ohrieva Zem.
Tento materiál skúma rôzne tepelné javy, popisuje zdroj ich vzniku a mechanizmy, ktorými k nim dochádza. Zvažujú sa otázky praktického využitia tepelných javov v každodennej praxi.
Vnútorná energia a spôsoby jej zmeny Vnútorná energia je energia pohybu a interakcie častíc, ktoré tvoria telo. Metódy zmeny vnútornej energie, výkonu práce, prenos tepla cez teleso, teleso samo, tepelná vodivosť, konvekcia, žiarenie, E sa zvyšuje, E klesá
Prenos tepla Vedenie tepla je typ výmeny tepla, pri ktorom sa vnútorná energia prenáša z častíc viac zohriatej časti telesa na častice menej zohriatej časti telesa (alebo z viac zohriateho telesa na menej zohriate teleso). Konvekcia je prenos energie prúdmi (alebo prúdmi) hmoty. Žiarenie je prenos energie pomocou rôznych neviditeľných lúčov vyžarovaných zohriatym telesom.
Množstvo tepla Množstvo tepla (Q) je energia, ktorú teleso prijme alebo vydá počas procesu prenosu tepla. Špecifická tepelná kapacita (c) je množstvo tepla potrebné na zahriatie 1 kg látky o 1 °C. Jednotka merania – J/kg°C. Vzorec na výpočet množstva tepla potrebného na zahriatie telesa a ním uvoľneného pri ochladzovaní: Q=cm(t 2 -t 1), kde m je telesná hmotnosť, t 1 je počiatočná telesná teplota, t 2 je konečná telesná teplota.
Spaľovanie Spaľovanie je proces spájania atómov uhlíka s dvoma atómami kyslíka, pri ktorom vzniká oxid uhličitý a uvoľňuje sa energia. Merné spalné teplo paliva (q) je fyzikálna veličina udávajúca, koľko tepla sa uvoľní pri úplnom spálení 1 kg paliva. Vzorec na výpočet množstva tepla uvoľneného pri úplnom spaľovaní paliva: Q=qm.
Topenie Topenie je proces prechodu látky z pevného do kvapalného stavu. Kryštalizácia je proces prechodu látky z kvapalného do tuhého stavu. Teplota topenia je teplota, pri ktorej sa látka topí (pri topení sa nemení). Špecifické teplo topenia () je fyzikálna veličina, ktorá ukazuje, koľko tepla je potrebné na premenu 1 kg kryštalickej látky odobratej pri teplote topenia na kvapalinu s rovnakou teplotou. Vzorec na výpočet množstva tepla potrebného na roztavenie kryštalického telesa odobraného pri teplote topenia a ním uvoľneného počas tuhnutia: Q = m.
Vyparovanie Vyparovanie je vyparovanie, ku ktorému dochádza z povrchu kvapaliny (prebieha pri akejkoľvek teplote). Var je intenzívny prechod kvapaliny na paru sprevádzaný tvorbou bublín pary v celom objeme kvapaliny a ich následným vyplávaním na povrch (prebieha pri teplote špecifickej pre každú látku). Špecifické teplo vyparovania (L) je množstvo tepla potrebného na premenu kvapaliny s hmotnosťou 1 kg, odobratej pri bode varu, na paru. Vzorec na výpočet množstva tepla potrebného na premenu kvapaliny akejkoľvek hmotnosti odobratej pri bode varu na paru: Q = Lm.
Fyzikálny proces Vysvetlenie z molekulárneho hľadiska Vysvetlenie z energetického hľadiska Vzorec na výpočet množstva tepla Fyzikálne konštanty 1. zahrievanie Rýchlosť pohybu molekúl sa zvyšuje Energia sa absorbuje Q=cm(t 2 -t 1) s – merná tepelná kapacita, J/kg°C 2. ochladzovanie Rýchlosť pohybu molekúl klesá Uvoľňuje sa energia Q=cm(t 2 -t 1); Q 0 3. topenie Kryštalická mriežka tuhej látky je zničená Energia je absorbovaná Q = m - špecifické teplo topenia, J/kg 4. kryštalizácia Obnova kryštálovej mriežky Energia sa uvoľňuje Q = - m 5. vyparovanie Väzby medzi molekulami kvapaliny sú rozbité Energia je absorbovaná Q = Lm L – špecifické výparné teplo, J/kg 6. kondenzácia Návrat molekúl pary do kvapaliny Uvoľnená energia Q=-Lm 7. spaľovanie paliva C+O 2 CO 2 Uvoľnená energia Q=qm q – špecifické spalné teplo paliva, J/kg
