Експеримент, що підтверджує малу теплопровідність паперу. Методична розробка демонстраційного експерименту «Кількість теплоти та теплоємність» досліди та експерименти з фізики (8 клас) на тему

Слайд 3

А для початку, що у фізиці називається теплопередачею і з чим її їдять ...

Теплопередачею у фізиці називається процес зміни внутрішньої енергіїтіла без здійснення над тілом або самим тілом роботи. Теплопередача буває трьох видів.

Слайд 4

Вид 1 Теплопровідність Вид 2 Конвекція Вид 3 Випромінювання

Слайд 5

А що це взагалі таке?

Слайд 6

Досвід №1-Теплопровідність

Покладіть на столі (або де можливо), поруч дерев'яну дошку та дзеркало. Поміж ними покладіть кімнатний термометр. Через деякий час (ми чекали 30 хвилин), можна вважати, що температури дерев'яної дошки і дзеркала зрівнялися. Термометр показує температуру повітря. Таку ж, яка, очевидно, і біля дошки, і біля дзеркала. Доторкніться долонею до дзеркала. Ви відчуєте холод скла. Тут же доторкніться до дошки. Вона здасться значно теплішою. В чому справа? Адже температура повітря, дошки та дзеркала однакова. Скло – хороший провідник тепла. Як хороший провідник тепла, скло відразу ж почне нагріватися від вашої руки, почне жадібно "викачувати" з неї теплоту. Від цього ви відчуваєте холод у долоні. Дерево гірше проводить тепло. Воно теж почне “перекачувати” тепло, нагріваючись від руки, але робить це значно повільніше, тому ви не відчуваєте різкого холоду. Ось дерево і здається теплішим за скло, хоча і в того і в іншого температура однакова.

Слайд 7

Слайд 8

У наведеному вище досвіді ми розглянули явище передачі внутрішньої енергії від одного тіла до іншого (від однієї його частини до іншої), у фізиці цей процес називається теплопровідністю.

Слайд 9

Досвід №2-Конвекція

Прогріваємо зверху підфарбовану воду, налиту в пробірку. На дні пробірки за допомогою вантажу (болта) прикріплюємо шматочок підфарбованого льоду. Верхній шар води закипає, а нижній залишається холодним, (лід не тане). Чому? Нагріваємо пробірку знизу, а шматочок льоду поміщаємо на поверхню води. Вода у пробірці закипає. Лід тане. Чому? Виникає проблемна ситуація: чому під час підігріву пробірки знизу закипає вся маса води, а при нагріванні зверху - її верхній шар?

Слайд 10

Слайд 11

Прогріваємо зверху воду у пробірці.

Слайд 12

Верхній шар води закипів, а нижній залишився холодним.

Слайд 13

Шматок льоду поміщаємо на поверхню води.

Слайд 14

Нагріваємо пробірку знизу

Слайд 15

Вода у пробірці закипає. Лід тане.

Слайд 16

Це можна пояснити так: будь-яка речовина не в твердому агрегатному стані, при нагріванні розширюється і стає менш щільним => більш нагріта речовина піднімається вгору, а менш нагріта опускається вниз. Тому нагріті шари води (в першому випадку) не опускалися вниз, і через це лід не танув. А в другому шари, що нагріваються, піднімаються нагору, через що лід власне тане. Цей і подібні до нього процеси, у фізиці, отримали назву - КОНВЕКЦІЯ. Даний процес характеризується переміщенням Розрізняють вимушену та природну конвекції (їх визначення виходять із назв).

Слайд 17

Досвід №3-Випромінювання

Для цього досвіду нам знадобиться закопчена з одного боку колба, в яку (через пробку) вставляємо зігнуту скляну трубку, під прямим кутом. У цю трубку введемо підфарбовану рідину. Піднесемо до колби шматок металу (шуруп), нагрітого до високої t, при цьому стовпчик рідини переміститься вліво (дивіться на видекадрах) => повітря нагрілося і розширилося, а швидке нагрівання повітря в термоскопі можна пояснити лише передачею енергії від нагрітого тіла. В даному випадку передача енергії відбувалася раніше невідомим нам шляхом, який може здійснюватися у повному вакуумі-це випромінювання. Випромінюють енергію абсолютно всі тіла, незалежно від їх t. При поглинанні енергії тіла нагріваються по-різному, залежно від стану поверхні. Тіла з темною поверхнею краще поглинають та випромінюють енергію, ніж тіла, що мають світлу поверхню.

Увага! Адміністрація сайту сайт не несе відповідальності за зміст методичних розробок, а також за відповідність розробці ФГОС.

• Учасник:Шароглазова Ксенія Сергіївна
• Керівник: Печерська Світлана Юріївна

Актуальність:Нині розробляються нові матеріали. Знання про теплопровідність різних речовин дозволяє не тільки широко використовувати їх, але й запобігати їхньому шкідливому впливу в побуті, техніці та природі.

Ціль:вивчення явища теплопровідності, зробивши ряд дослідів із твердими тілами, рідинами та газами.

Завдання:

• вивчити теоретичний матеріал з даному питанню;
• дослідити теплопровідність твердих тіл;
• дослідити теплопровідність рідин;
• дослідити теплопровідність газів;
• зробити висновки про отримані результати.

Гіпотеза:всі речовини (тверді, рідкі та газоподібні) мають різну теплопровідність.

Обладнання:спиртівка, штатив, дерев'яна паличка, скляна паличка, мідний дріт, пробірка з водою.

Елементи УМК до підручника А.В.Перишкіна:підручник «Фізика. 8 клас» А.В.Перишкіна

Внутрішня енергія, як будь-який вид енергії, може бути передана від одних тіл до інших. Внутрішня енергія може передаватися і від частини тіла до іншої. Так, наприклад, якщо один кінець цвяха нагріти в полум'ї, то інший його кінець, що знаходиться в руці, поступово нагріється і палитиме руку. Явище передачі внутрішньої енергії від однієї частини тіла до іншої або від одного тіла до іншого при безпосередньому контакті називається теплопровідністю.

Вивчимо це явище, зробивши ряд дослідів із твердими тілами, рідиною та газом.

Відео: https://cloud.mail.ru/public/JCFY/CFTcCeqhE

Внесемо у вогонь кінець дерев'яної палиці. Він спалахне.

Висновок:дерево має погану теплопровідність.

Піднесемо до полум'я спиртування кінець тонкої скляної палички. Через деякий час він нагріється, а інший кінець залишиться холодним.

Висновок:скло має погану теплопровідність.

Якщо ж ми будемо нагрівати в полум'ї кінець металевого стрижня, дуже скоро весь стрижень сильно нагріється. Втримати його в руках ми вже не зможемо.

Висновок:метали добре проводять тепло, тобто мають велику теплопровідність. Найбільшу теплопровідність мають срібло і мідь.

Розглянемо передачу тепла від однієї частини твердого тіла до іншої наступного досвіду. Закріпимо один кінець товстого мідного дроту у штативі. До дроту прикріпимо воском кілька гвоздиків (рис. 6). При нагріванні вільного кінця дроту в полум'ї спиртування віск танутиме. Гвоздики почнуть поступово відвалюватись. Спочатку відпадуть ті, що розташовані ближче до полум'я, потім по черзі всі інші.

З'ясуємо, як відбувається передача енергії дротом. Швидкість коливального руху частинок металу збільшується в тій частині дроту, що ближче до полум'я. Оскільки частки постійно взаємодіють одна з одною, то збільшується швидкість руху сусідніх частинок. Починає підвищуватися температура наступної частини дроту тощо. буд. Слід пам'ятати, що з теплопровідності немає переносу речовини від кінця тіла до іншого.

Досвід 2. Дослідження теплопровідності рідин на прикладі води

Розглянемо тепер теплопровідність рідин. Візьмемо пробірку з водою і нагріватимемо її верхню частину. Вода біля поверхні швидко закипить, а біля дна пробірки цей час вона лише нагріється (рис. 7). Значить, у рідин теплопровідність невелика, крім ртуті і розплавлених металів. Це тим, що у рідинах молекули розташовані великих відстанях друг від друга, ніж у твердих тілах.

Висновок:теплопровідність рідин менше теплопровідності металів.

Досвід 3. Дослідження теплопровідності газів

Досліджуємо теплопровідність газів.

Суху пробірку одягнемо на палець і нагріємо в полум'ї спиртування денцем вгору (рис. 8). Палець при цьому довго не відчує тепла. Це з тим, що відстань між молекулами газу ще більше, ніж в рідин і твердих тіл.

Висновок: теплопровідність у газів ще менша, ніж у рідин. Отже, теплопровідність у різних речовин різна.

Висновки та їх обговорення

Висновок:Проведені досліди показують, що теплопровідність у різних речовин різна. Найбільшу теплопровідність мають метали, у рідин теплопровідність невелика і найменша теплопровідність у газів.

Використовуючи §4 підручника фізики для 8 класу, подаємо результати у вигляді таблиці:

Пояснення явища теплопровідності з молекулярно-кінетичної точки зору:теплопровідність – це перенесення енергії від однієї частини тіла до іншої, що відбувається при взаємодії молекул чи інших частинок. У металах частинки розташовані близько, вони постійно взаємодіють одна з одною. Швидкість коливального руху нагрітій частині металу збільшується і швидко передається сусіднім часткам. Підвищується температура наступної частини дроту. У рідинах та газах молекули розташовані на більших відстанях, ніж у металах. У просторі, де немає частинок, теплопровідність не може здійснюватися.

Застосування теплопровідності

Теплопровідність на кухні

Теплопровідність та її регулювання важливі у процесі приготування їжі. Часто під час теплової обробки продукту необхідно підтримувати високу температуру, тому на кухні використовують метали (мідь, алюміній…), тому їхня теплопровідність і міцність вищі, ніж у інших матеріалів. З металу роблять каструлі, сковорідки, листи та інший посуд. Коли вони стикаються із джерелом тепла, це тепло легко передається їжі. Іноді буває необхідно зменшити теплопровідність – у цьому випадку використовують каструлі з матеріалів з нижчою теплопровідністю, або готують способами, при яких їжі передається менша кількість тепла. Приготування страв на водяній бані – один із прикладів зменшення теплопровідності. Для посуду, призначеного для приготування їжі, не завжди використовують матеріали із високою теплопровідністю. У духовці, наприклад, часто використовують керамічну посуд, теплопровідність якої набагато нижче, ніж у металевого посуду. Їхня найголовніша перевага - здатність тримати температуру. Хороший приклад використання матеріалів із високою теплопровідністю на кухні – плита. Наприклад, конфорки електроплити виготовлені з металу, щоб забезпечити хорошу передачу тепла від розпеченої спіралі нагрівального елемента до каструлі або сковорідки. Люди використовують матеріали з низькою теплопровідністю між руками та посудом, щоб не обпектися. Ручки багатьох каструль виготовлені з пластмас, а деки виймають з духовки прихватками з тканини або пластмаси з низькою теплопровідністю.

Матеріали з низькою теплопровідністю також застосовують для підтримки температури їжі постійної. Так, наприклад, щоб ранкова кава або суп, який беруть у подорож або на обід на роботу, залишався гарячим, його наливають у термос, чашку або банку з гарною теплоізоляцією. Найчастіше в них їжа залишається гарячою (або холодною) завдяки тому, що між їх стінками знаходиться матеріал, що погано проводить тепло. Це може бути пінопласт або повітря, яке знаходиться в закритому просторі між стінками судини. Він не дає теплу перейти в навколишнє середовище, їжі - охолонути, а рукам - отримати опік. Пінопласт використовують також для склянок та контейнерів для їжі навинос. У вакуумній посудині Дьюара (відомому як «термос», за назвою торгової марки) між зовнішньою та внутрішньою стінкою майже немає повітря – це ще більше зменшує теплопровідність.

Опалювальна система

Завданням будь-якої системи опалення є ефективна передача енергії від теплоносія (гарячої води) в приміщення. Для цього використовують спеціальні елементи системи опалення – радіатори. Радіатори призначені для підвищення теплопередачі накопиченої в системі теплової енергії приміщення. Вони є секційною або монолітною конструкцією, всередині якої циркулює теплоносій. Основні характеристики радіатора опалення: матеріал виготовлення, тип конструкції, габаритні розміри(у секцій), тепловіддача. Чим вище цей показник, тим менше теплових втрат буде при передачі енергії від теплоносія до приміщення. Кращий матеріалдля виготовлення радіаторів – це мідь. Найчастіше використовують чавунні радіатори; алюмінієві радіатори; сталеві радіатори; біметалічні радіатори.

Теплопровідність для тепла

Ми використовуємо матеріали з низькою теплопровідністю для постійної температури тіла. Приклади таких матеріалів - шерсть, пух і синтетична шерсть. Шкіра тварин покрита хутром, а птахів - пухом з низькою теплопровідністю, і ми запозичуємо ці матеріали у тварин або створюємо схожі на них синтетичні тканини, і робимо з них одяг та взуття, які захищають нас від холоду. Крім цього ми робимо ковдри, тому що спати під ними зручніше, ніж у одязі. Повітря має низьку теплопровідність, але проблема з холодним повітрям у тому, що зазвичай він може вільно рухатися у будь-якому напрямку. Він витісняє тепле повітря довкола нас, і нам стає холодно. Якщо рух повітря обмежити, наприклад, уклавши його між зовнішньою і внутрішньою стінками судини, він забезпечує хорошу термоізоляцію. У снігу та льоду теж низька теплопровідність, тому люди, тварини та рослини використовують їх для теплоізоляції. У свіжому не утрамбованому снігу всередині знаходиться повітря, що ще більше зменшує його теплопровідність, особливо тому, що теплопровідність повітря нижче за теплопровідність снігу. Завдяки цим властивостям, крижаний та сніговий покрив захищає рослини від замерзання. Тварини риють ямки та цілі печери для зимівлі у снігу. Мандрівники, що переходять через засніжені райони, іноді риють подібні печери, щоби в них переночувати. З найдавніших часів люди будували притулки з льоду, а тепер створюють цілі розважальні центри та готелі. У них часто горить вогонь, і люди сплять у хутрі та синтетичних спальних мішках.

Для забезпечення нормальної життєдіяльності в організмі людей та тварин необхідно підтримувати певну температуру у дуже вузьких межах. У крові та інших рідин, а також тканин різна теплопровідність і її можна регулювати в залежності від потреб і навколишньої температури. Так, наприклад, організм може змінити кількість крові на ділянці тіла або у всьому організмі за допомогою розширення чи звуження судин. Наше тіло також може згущувати та розріджувати кров. У цьому теплопровідність крові, отже, і частини тіла, де ця кров тече, змінюється.

Теплолікування

Сучасні методи лікування теплом можуть бути поділені на три великі групи: 1) контактний додаток нагрітих середовищ; 2) світлотеплове опромінення та 3) використання теплоти, що утворюється в тканинах при проходженні високочастотного електричного струму. Зупинимося на використанні нагрітих середовищ. Для теплолікування вибираються середовища, що дозволяють створити значний запас теплоти. Ця теплота потім має повільно і поступово передаватися організму під час процедури. Для цього середовище повинно мати, можливо, високу теплоємність та порівняно низькі теплопровідність та конвекційну здатність. Для теплолікування переважно застосовують такі середовища: повітря, воду, торф, лікувальні грязі та парафін.

Теплопровідність у лазні

Багато хто любить відпочивати в саунах чи лазнях, але сидіти там на лавках із матеріалу з високою теплопровідністю – було б неможливо. Потрібно багато часу, щоб зрівняти температуру таких матеріалів з температурою тіла, тому замість них використовують матеріали з низькою теплопровідністю, наприклад дерево, верхні шари якого швидше приймають температуру тіла. Так як у сауні температура піднімається досить високо, люди часто надягають на голову шапочки з вовни або повсті, щоб захистити голову від спеки. У турецьких лазнях хамамах температура набагато нижча, тому там для лав використовують матеріал з вищою теплопровідністю - камінь.

Чи тепло колючим звірам у голках?

Вовна не тільки рятує звірів від холоду, а й служить засобом захисту. А щоб захист був більшим і надійним, волосяний покрив часом видозмінюється, перетворюючись на своєрідні обладунки. Голки, наприклад. Але ось чи зберігає таке вбрання властиві шерсті властивості, чи не мерзнуть їжаки та дикобрази у своїх колючих шубках?

Вчені Інституту проблем екології та еволюції ім. О.М. Северова РАН докладно вивчили теплопровідні та теплоізоляційні властивості голок, взятих зі спини дорослого самця північноамериканського дикобразу з колекції Зоологічного музею МДУ, і переконалися, що гріють ці голки дуже навіть непогано. Щоб зрозуміти внутрішню структуру голок, робили тонкі зрізи, куди напиляли золото на дослідження в електронному мікроскопі. Кератин – головна складова голок – проводить тепло в 10 разів краще, ніж повітря. І завдяки цьому голки збільшують теплопровідність «обладунків». Отже, зростають і втрати тепла з тваринного тіла. Однак внутрішня пориста структура голок створює додаткове екранування теплового випромінювання, що, швидше за все, компенсує збільшення теплопровідності. Тож дикобраз, як і інші колючі звірі, зовсім не страждає від холоду. Голчастий покрив зберігає рівно стільки тепла, скільки потрібно теплокровній тварині такого розміру.

Поліпропілен

Поки що найкращою основоюдля матеріалів (волокон, ниток, пряжі, полотен, тканин), що використовуються у виробництві натільного спортивного одягу, термобілизни та термоносків. Серед усіх синтетичних матеріалів, що застосовуються в цій галузі, він має найнижчу теплопровідність. Тому одяг із поліпропілену дозволяє найкращим чиномзберегти тепло взимку та прохолоду влітку.

Який матеріал має найвищу теплопровідність?

Матеріалом з найвищою теплопровідністю є зовсім не якийсь метал (срібло чи мідь), як думає багато хто. Найвищу теплопровідність має матеріал, що схожий на скло – алмаз. Його теплопровідність майже в 6 разів більша, ніж у срібла чи міді. Якщо виготовити чайну ложечку з алмазу, то скористатися нею не вдасться, оскільки вона обпікатиме пальці в ту ж секунду.

З чого виготовляють палі при будівництві будівель у регіонах із вічною мерзлотою?

Великі труднощі будівельникам будівель завдає осідання фундаменту особливо в регіонах з вічною мерзлотою. Будинки часто дають тріщини через підтавання ґрунту під ними. Фундамент передає ґрунту якусь кількість теплоти. Тому будинки почали будувати на палях. В цьому випадку тепло передається тільки теплопровідністю від фундаменту палі і далі від палі ґрунту. З чого треба робити палі? Виявляється, палі, виконані з міцного твердого матеріалу, всередині мають бути заповнені гасом. Влітку паля проводить тепло згори донизу погано, т.к. рідина має низьку теплопровідність. Взимку паля за рахунок конвекції рідини всередині неї, навпаки, сприятиме додатковому охолодженню ґрунту.

«Вогнетривка кулька»

Звичайна повітряна кулька, надута повітрям, легко спалахує в полум'ї свічки. Він одразу лопається. Якщо ж до полум'я свічки піднести таку ж кульку, заповнену водою, вона стає «вогнетривкою». Теплопровідність води в 24 рази більша, ніж у повітря. Отже, вода проводить тепло у 24 рази швидше, ніж повітря. Поки вода не випарується всередині кульки – вона не лусне.

Діти, ми вкладаємо душу в сайт. Дякуємо за те,
що відкриваєте цю красу. Дякую за натхнення та мурашки.
Приєднуйтесь до нас у Facebookі ВКонтакті

Є дуже прості досліди, які діти запам'ятовують на все життя. Хлопці можуть не зрозуміти до кінця, чому це все відбувається, але коли мине час і вони опиняться на уроці з фізики чи хімії, в пам'яті обов'язково спливе наочний приклад.

сайтзібрав 7 цікавих експериментів, що запам'ятаються дітям. Все, що потрібне для цих дослідів, - у вас під рукою.

Вогнетривка кулька

Знадобиться: 2 кульки, свічка, сірники, вода.

Досвід: Надуйте кульку і потримайте її над запаленою свічкою, щоб продемонструвати дітям, що від вогню кулька лопне. Потім у другу кульку налийте простої води з-під крана, зав'яжіть і знову піднесіть до свічки. Виявиться, що з водою кулька спокійно витримує полум'я свічки.

Пояснення: Вода, що знаходиться в кульці, поглинає тепло, що виділяється свічкою Тому сама кулька горіти не буде і, отже, не лусне.

Олівці

Знадобиться:поліетиленовий пакет, прості олівці, вода.

Досвід:Наливаємо воду в поліетиленовий пакет наполовину. Олівцем протикаємо пакет наскрізь там, де він заповнений водою.

Пояснення:Якщо поліетиленовий пакет проткнути і потім залити воду, вона буде виливатися через отвори. Але якщо пакет спочатку наповнити водою наполовину і потім проткнути його гострим предметом так, щоб предмет залишився встромленим у пакет, то вода витікати через ці отвори майже не буде. Це з тим, що з розриві поліетилену його молекули притягуються ближче другдо друга. У нашому випадку поліетилен затягується навколо олівців.

Нелопаюча кулька

Знадобиться:повітряна куля, дерев'яна шпажка і трохи рідини для миття посуду.

Досвід:Змастіть верхівку та нижню частину засобом і проткніть кулю, починаючи знизу.

Пояснення:Секрет цього трюку простий. Для того, щоб зберегти кульку, потрібно проткнути її в точках найменшого натягу, а вони розташовані в нижній і верхній частині кульки.

Кольорова капуста

Знадобиться: 4 склянки з водою, харчові барвники, листя капусти або білі квіти.

Досвід: Додайте в кожну склянку харчовий барвник будь-якого кольору і поставте у воду по одному листку або квітці. Залишіть їх на ніч. Вранці ви побачите, що вони забарвилися у різні кольори.

Пояснення: Рослини всмоктують воду і за рахунок цього живлять свої квіти та листя Виходить це завдяки капілярному ефекту, коли вода сама прагне заповнити тоненькі трубочки всередині рослин. Так харчуються і квіти, трава, і великі дерева. Всмоктуючи підфарбовану воду, вони змінюють свій колір.

Плаваюче яйце

Знадобиться: 2 яйця, 2 склянки з водою, сіль.

Досвід: Акуратно помістіть яйце в склянку з простою чистою водою. Як і очікувалося, воно опуститься на дно (якщо ні, можливо, яйце протухло і не варто повертати його до холодильника). У другу склянку налийте теплої води та розмішайте в ній 4-5 столових ложок солі. Для чистоти експерименту можна почекати, поки вода охолоне. Потім опустіть у воду друге яйце. Воно плаватиме біля поверхні.

Пояснення: Тут вся справа в щільності Середня щільність яйця набагато більша, ніж у простої води, тому яйце опускається вниз. А щільність соляного розчину вища, і тому яйце піднімається нагору.

Кристалічні льодяники