Теплопередача путем конвекции. Виды теплопередачи. Примеры теплопередачи в природе, быту, технике. Опыты иллюстрирующие виды теплопередачи. Сила тока. Единицы силы тока. Измерение силы тока

24.09.2019

Теплопроводность - переход энергии дельта Q от более нагретых T1 частей тела к менее нагретым T2.

Закон теплопроводности: теплота дельта Q, переносимая через элемент площади дельта S за время дельта t, пропорциональна градиенту температуры dT/dx, площади дельта S и времени дельта t

Дельта Q = -X * (dT/dx) * дельта S * дельта t

X - коэффициент теплопроводности.

Суть теплопроводности

Теплопроводность происходит из-за движения тепла и взаимодействия его составляющих частиц друг с другом. Процесс теплопроводности приводит к тому, чтобы температура всего тела была одинакова.

Как правило энергия, которая подлежит переносу, определяется в качестве плотности теплового потока, пропорциональному градиенту температуры. Такой коэффициент пропорциональности называется коэффициентом теплопроводности.

Теплопроводность это свойство тел передавать тепло, основанное на теплообмене которое происходит между атомами и молекулами тела.

При теплопроводности не происходит перенос вещества от одного конца тела к другому. У жидкостей теплопроводность небольшая, исключение состовляет ртуть и расплавленные металлы.

Все это из-за того что молекулы расположены далеко друг от друга в отличии от твердых тел. У газов теплопроводность еще меньше т.к. его молекулы находятся на еще большем расстоянии, чем у жидкостей.

Плохой теплопроводностью обладает шерсть, волосы, бумага. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ воздух. Теплопроводность у разных веществ различна

Дома строят из кирпича и бревен, потому что они обладают плохой теплопроводностью и могут сохранить прохладу или тепло в помещении. Для сковородок делают пластмассовые ручки для того, чтобы люди не обжигались, потому что они обладают плохой теплопроводностью.

Суть конвекции

Конвекция - еще один вид теплопередачи, при которой энергия переноситься самими струями жидкостей и газа.

Пример: в отапливаемой комнате из за конвенции теплый воздух поднимается вверх, а холодный опускается вниз.

Тепловой поток Q - колличество теплоты W, ДЖ проходящие за время Т,С через данную поверхность в направлении нормали к ней

Если колличество переданной теплоты W отнести к площади поверхности F и времени Т то получим величину:

Плотность теплового потока измеряется в Вт/м2

Существует два вида конвекции - естественная и вынужденная.

К естественной конвекции относится нагревание помещения, нагревание тела во время жары (естественным путем).

К вынужденной конвекции относится мешание чая ложкой, использование вентилятора, что бы охладить помещение (неестественным путем)

Конвекция не происходит если нагревать жидкости сверху (правильно снизу), потому что нагретые слои не могут опуститься ниже холодных т.к. они более тяжелее.

Предмет: Физика и астрономия

Класс: 8 рус

Тема: Теплопроводность, конвекция, излучение.

Тип урока: Комбинированный

Цель занятия:

Учебная: познакомить с понятием теплопередачи, с видами теплопередачи, объяснить, что передача теплоты при любом из видов теплопередачи всегда идет в одном направлении; что в зависимости от внутреннего строения теплопроводность различных веществ(твердых, жидких и газообразных) различна, что черная поверхность лучший излучатель и лучший поглотитель энергии.

Развивающая: развить познавательный интерес к предмету.

Воспитательная: воспитать чувство ответственности, способность грамотно и четко выражать свои мысли, уметь держать себя и работать в коллективе

Межпредметная связь: химия, математика

Наглядные пособия: 21-30 рисунки, таблица теплопроводности

Технические средства обучения: __________________________________________________

_______________________________________________________________________

Структура урока

1. О рганизация урока (2 мин.)

Приветствие учащихся

Проверка явки учащихся и готовности класса к уроку.

2. Опрос домашнего задания(15 мин) Тема: Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии.

3. Объяснение нового материала. (15 мин)

Способ изменения внутренней энергии при котором частицы более нагретого тела, имея большую кинетическую энергию, при контакте с менее нагретым телом передают энергию непосредственно частицам менее нагретого тела называют теплопередачей Существуют три способа теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение.

Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однакопередача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении:от более нагретого тела к менее нагретому . При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного –увеличивается.

Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретоготела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью.

В твердом теле частицы постоянно находятся в колебательном движении, но не изменяют своего равновесного состояния. По мере роста температуры тела при его нагревании молекулы начинают колебаться интенсивнее, так как увеличивается их кинетическая энергия. Часть этой увеличившейся энергии постепенно передается от одной частицы к другой, т.е. от одной части тела к соседнтм частям тела и т.д. Но не все твердые тела одинаково передают энергию. Среди них есть так называемые изоляторы, у которых механизм теплопроводности происходит достаточно медленно. К ним относятся асбест, картон, бумага, войлок, нранит, дерево, стекло и ряд других твердых тел. Большую теплопроводность имеют медб, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла.

Ужидкостей теплопроводность невелика. При нагревании жидкости внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: юолее быстрые молекулы проникают в менее нагретую область.

Вгазах, особенно в разреженных, молекулы находятся на достаточно больших расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

Совершенным изолятором является вакуум , поптому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.

Взависимости от внутреннего состояния теплопроводность разных веществ(твердых, жидуих и газообразных) различна.

Теплопроводность зависит от характера переноса энергии в веществе и не связана перемещением самого вещества в теле.

Известно, что теплопроводность воды мала, и при нагревании верхнего слоя воды нижний слой остается холдным. Воздух еще хуже, чем вода, проводит тепло.

Конвекция - это процесс теплопередачи, при котором энергия переносится струями жидкости или газа.Конвекция в переводе с латинского означает «перемешивание». Конвекция отсутствует в твердых телах и не имеет места в вакууме.

Широко используемая в быту и технике ковекция является естественной или свободной .

Когда для равномерного перемешивания жидкостей или газов их перемешивают насосом или мешалкой конвекция называется вынужденной.

Теплоприемник –это прибор, представляющий собойплоскую цилиндрическую емкость из металла, одна сторона которой черная, а другая блестящая. Внутри нее имеется воздух, который при нагревании может расширяться и выходить наружу через отверстие.

В случае, когда теплота передается от нагретого тела к теплоприемнику с помощью невидимых глазом тепловых лучей вид теплопередачи называется излучением или лучистым теплообменом

Поглощением называетсяпроцесс превращения энергии излучения во внутреннюю энергию тела

Излучением (или лучистым теплообменом)- называется процесс передачи энергии от одного тела к другому с помощью электромагнитных волн.

Чем больше температура тела, тем выше интенсивность излучения. Передача энергии излучением не нуждается в среде: тепловые лучи могут распространяться и через вакуум.

Черная поверхность -лучший излучатель и лучший поглотитель, а затем следуют грубая, белая и полированная поверхности.

Хорошие поглотители энергии- хорошие излучатели, а плохие поглотители- плохие излучатели энергии.

4. Закрепление : (10 мин) вопросы для самопроверки, задания и упражнения

ные задания:1)Сравнение теплопроводности металла и стекла, воды и воздуха, 2)Наблюдение конвекции в жилом помещении.

6. Оценка знаний учащихся.(1 мин)

Основная литература: Физика и астрономия 8 класс

Дополнительная литература: Н. Д. Бытько «Физика» части 1 и 2

Цели:

повторить способы изменения внутренней энергии;
актуализировать личностный смысл учащихся к изучению темы;
способствовать развитию умения сопоставлять факты;
создавать условия для повышения интереса к изучаемому материалу;
развивать исследовательские и творческие навыки;
помочь учащимся осмыслить практическую значимость, полезность приобретаемых знаний и умений;
создавать условия для развития навыков общения и совместной деятельности.

Демонстрации:

№1. Перемещение тепла по металлическому стержню
№2. Перемещение тепла по стержням из разных металлов
№3. Шевеление бумаги электрического султана над включенной плиткой
№4. Нагревание марганца в колбе с водой
№5. Естественная и вынужденная конвекции
№6. Взаимодействие источника излучения с теплоприемником.

Ход урока

1. Организационный момент. (подравнялись, здравствуйте, садитесь)

На столе: дневник, тетрадь, учебник, ручка, карандаш, линейка. Сели правильно, слушаем внимательно.

Цель урока - повторить домашнее задание, познакомиться с видами теплообмена и объяснить их на основе молекулярно-кинетической теории(знаний о внутреннем строении вещества) и применить полученные знания на практике.

2. Проверка домашнего задания (фронтальный опрос).

1. Устно проверяется №921 Л.

2. Экспериментальное задание №1, стр.10.

3. Способы изменения внутренней энергии тела на примерах.

Учитель: Открыли тетради, записали число и тему урока “Виды теплообмена: теплопроводность, конвекция, излучение”.

3. Изучение нового материала.

Итак, сегодня на уроке мы познакомимся с тремя видами теплообмена.

План изучения вида теплообмена.

1. Определение;

2. Особенности;

3. Где и как можно наблюдать;

4. Использование на практике, учет.

(На этапе актуализации знаний ставится проблемная ситуация.)

Учитель: (дает нескольким учащимся попробовать на ощупь ножницы и карандаш).

Они имеют одинаковую температуру, т.к. давно находятся в классе.

Почему на ощупь ножницы холоднее, чем карандаш?

Ученик: (версий выдвигается много, но чаще неверные).

Учитель: Почему красиво оформленные радиаторы отопления не помещают в комнате у потолка?

Ученик: (на этот вопрос 1-2 учащихся дают верный ответ).

Учитель: Почему в жаркий солнечный летний день мы надеваем легкую, и светлую одежду, закрываем голову светлой шляпой, панамой и т.д.?

Ученик: (версий тоже много, но редко - правильная).

Учитель: Чтобы ответить правильно на эти и другие интересные вопросы обратимся к опытам. В тетради запишите первый вид теплообмена. Обратите внимание на план изучения видов теплообмена, который находится на экране.

Теплопроводность.

Демонстрация опыта №1: стальной стержень со спичками на пластилине нагреваем с одного конца.

Учитель: Что будет происходить? Как передается тепло? Меняется форма стержня?

Происходит бурное обсуждение этих вопросов и в результате учащиеся сами дают определение теплопроводности, записывают в тетрадь.

Теплопроводность - это вид теплообмена, при котором энергия передается частицами, имеющими большую энергию, частицам, имеющим меньшую энергию (от нагретой части тела к холодной).

Учитель: Далее выясняем, как она происходит? (Учитель привлекает учащихся к выяснению этого вопроса с точки зрения внутреннего строения тел. Результат обсуждения: частицы передают энергию в результате теплового движения и взаимодействия частиц (записывается учащимися в тетрадь).

Демонстрация опыта № 2: нагреваем 2 стержня: стальной и медный одновременно.

Учитель: Вещества разные. Одинаково ли они передают тепло? В процессе опыта они видят, что медь нагревается быстрее, чем железо. Результат этих двух опытов позволяет вместе сформулировать особенности этого вида теплообмена, с записью в тетрадь.

Особенности:

1) само вещество не переносится;

2) разные вещества имеют разную теплопроводность

(у металлов – хорошая; у жидкостей – мала; у газов – почти нет)

Учитель: Давайте ответим на вопрос, прозвучавший в начале урока. Почему на ощупь ножницы холоднее, чем карандаш?

Ученик: теплопроводность металла больше, он быстрее забирает тепло от руки, поэтому мы ощущаем прохладу.

Учитель: А где на практике используются полученные нами знания? Найдите ответ на стр.13.

Учитель: записываем второй вид теплообмена.

2. Конвекция.

Демонстрация опыта №3: включенная электрическая плитка, сверху к которой подносят электрический султан.

Учитель: Почему бумага шевелится? В результате обсуждения – вывод: нагретый воздух поднимается вверх (всплывает по закону Архимеда) и шевелит бумагу.

Демонстрация опыта №4: колба с водой и крупинкой марганца нагревается снизу.

Учитель: Что наблюдаем? Учащиеся четко видят, что нагретые подкрашенные слои жидкости поднимаются вверх, и их место занимают холодные. Так что же такое конвекция?

Ученик: Конвекция – это вид теплообмена, при котором тепло переносится самими струями газа или жидкости.

Учитель: запишите в тетрадь.

Демонстрация опыта №5: одна колба с водой и крупинкой марганца нагревается сама, а другая нагревается и постепенно перемешивается.

Учитель: Чем они отличаются? В обоих происходит конвекция. Так чем? В результате обсуждения делается вывод, записывается в тетрадь.

Ученик: их 2 вида: естественная и вынужденная.

Учитель: Какие особенности вы увидели?

Ученик:

1) само вещество переносится;

2) существует только в жидкостях и газах, ее нет в твердых телах,

3) чтобы она происходила, нагревать нужно снизу.

Учитель: Запишите особенности в тетрадь. Мы с вами подошли к ответу на второй вопрос: “Почему красиво оформленные радиаторы отопления не помещают в комнате у потолка?”

Ученик: Нагревание воздуха в комнате происходит в результате конвекции, а чтобы она происходила, нагревать нужно снизу, значит, радиаторы отопления должны быть внизу, под окном, т.е. в самом холодном месте комнаты.

Демонстрация опыта №6: включенная электрическая плитка, к которой сбоку подносится теплоприемник, соединенный с жидкостным манометром.

Учитель: Что наблюдаем? Почему изменился уровень воды в манометре?

Ученик: Воздух в теплоприемнике нагрелся, расширился, в этом колене манометра жидкость опустилась, а в другом поднялась.

Учитель: Каким способом нагрелся воздух в теплоприемнике? Есть здесь теплопроводность? Конвекция?

Ученик: Теплопроводности нет, т.к. между ним и плиткой есть воздух, а у него очень маленькая теплопроводность. Конвекции тоже нет, т.к. теплоприемник не над плиткой, а рядом с ней.

Учитель: Это действительно новый вид теплообмена- излучение (лучистый теплообмен).

Примером являются солнечные лучи и тепловые лучи, испускаемые нагретыми телами. Записали в тетрадь третий вид теплообмена.

Излучение - это теплообмен, при котором энергия переносится электромагнитными лучами.

Особенности:

1) излучают все нагретые тела (твердые, жидкие, газообразные),

2) происходит в вакууме,

3) зависит от цвета поверхностей (темная поверхность лучше излучает и поглощает тепло, светлая- наоборот).

Теперь мы с вами можем ответить на вопрос, поставленный в начале урока:

“Почему в жаркий солнечный летний день мы надеваем легкую и светлую одежду, закрываем голову светлой шляпой, панамой и т.д.?”

Идет обсуждение вопроса и делается вывод.

Ученик: Одежда светлого цвета меньше нагревается в жаркий солнечный летний день, и нам не так жарко.

Учитель: А где на практике используются полученные нами знания? Найдите ответ на стр.17, последний абзац и далее.

Выясняется практическое применение веществ с разной теплопроводностью.

Учащиеся осмысливают практическую значимость, полезность приобретаемых знаний.

3. Домашнее задание.

Желающие ученики могут подготовить к следующему уроку небольшие сообщения о применении теплообмена в природе и технике (“Виды теплопередач в быту, в авиации, в сельском хозяйстве” и др.); №979 из сборника задач В.И. Лукашика, Е.В. Ивановой.

4. Закрепление изученного материала.

Учитель: Закрепление изученного материала (упражнение 1(1) , 2(1), 3(1) по учебнику А.В Перышкина).

Подведение итогов работы на уроке:

Все ли было на уроке понятно?
Было ли на уроке интересно?
Усвоена ли тема урока?

Учитель: Если вопросов нет, то решаем тест.(3 вариант- “3”)

Теплопередача – это способ изменения внутренней энергии тела при передаче энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому без совершения работы. Существуют следующие виды теплопередачи : теплопроводность, конвекция и излучение.

Теплопроводность

Теплопроводность – это процесс передачи энергии от одного тел а к другому или от одной части тела к дpугой благодаря тепловому движению частиц. Важно, что при теплопроводности не происходит перемещения вещества, от одного тела к другом у или от одной части телa к другой передается энергия.

Разные вещества обладают разной теплопроводностью. Если на дно пробирки, наполненной водой, положить кусочек льда и верхний её конец поместить над пламенем спиртовки, то через некоторое время вода в верхней части пробирки закипит, а лёд при этом не растает. Следовательно, вода, так же как и все жидкости, обладает плохой теплопроводностью.

Ещё более плохой теплопроводность ю обладают газы. Возьмём пробирку, в которой нет ничего, кроме воздуха, и расположим её над пламенем спиртовки. Палец, помещённый в пробирку, не почувствует тепла. Следовательно, воздух и другие газы обладает плохой теплопроводностью.

Хорошими проводниками теплоты являются металлы, самыми плохими - сильно разреженные газы. Это объясняется особенностями их строения. Молекулы газов находятся друг от друга на расстояниях, больших, чем молекулы твёрдых тел, и значительно реже сталкиваются. Поэтому и передача энергии от одних молекул к другим в газах происходит не столь интенсивно, как в твёрдых телах. Теплопроводность жидкости занимает промежуточное положение между теплопроводностью газов и твёрдых тел.

Конвекция

Как известно, газы и жидкости плохо проводят теплоту. В то же время от батарей парового отопления нагревается воздух. Это происходит благодаря такому виду теплопроводности, как конвекция.

Если вертушку, сделанную из бумаги, поместить над источником тепла, то вертушка начнёт вращаться. Это происходит потому, что нагретые менее плотные слои воздуха под действием выталкивающей силы поднимаются вверх, а более холодные движутся вниз и занимают их место, что и приводит к вращению вертушки.

Конвекция - вид теплопередачи, при котором энергия передаётся слоями жидкости или газа. Конвекция связана с переносом вещества, поэтому она может осуществляться только в жидкостях и газах; в твёрдых телах конвекция не происходит.

Излучение

Третий вид теплопередачи - излучение . Если поднести руку к спирали электроплитки, включённой в сеть, к горящей электрической лампочке, к нагретому утюгу, к батарее отопления и т.п., то можно явно ощутить тепло.

Опыты также показывают, что чёрные тела хорошо поглощают и излучают энергию, а белые или блестящие плохо испускают и плохо поглощают её. Они хорошо энергию отражают. Поэтому понятно, почему летом носят светлую одежду, почему дома на юге предпочитают красить в белый цвет.

Путём излучения энергия передаётся от Солнца к Земле. Поскольку пространство между Солнцем и Землёй представляет собой вакуум (высота атмосферы Земли много меньше расстояния от неё до Солнца), то энергия не может передаваться ни путём конвекции, ни путём теплопроводности. Таким образом, для передачи энергии путём излучения не требуется наличия какой-либо среды, эта теплопередача может осуществляться и в вакууме.

1. Существует три вида теплопередачи:
а. Теплопроводность. Это когда тепло от более нагретого участка тела передается в менее нагреты за счет теплового взаимодействия частиц тела (молекул, атомов). У разных тел она разная. Хорошо проводят тепло металлы. Плохо - дерево, пластики, совсем плохо - пористые вещества пробка, вата, шерсть.
б. Конвекция. Это у жидкостей и газов. Так называется процесс передачи тепла за счет смешивания холодных и более нагретых масс жидкостей и газов за счет теплового смешивания. Мы же знаем, что за счет уменьшения плотности, теплый воздух поднимается вверх, а холодный, более плотный опускается вниз. Вот и происходит смешивание. Это, конечно, не единственный способ конвекции. Но результат один, температура в объеме сравнивается. Пример циркуляция воздуха в квартире, ветер.
в. Излучение. Нагретое тело излучает энергию в виде инфракрасных лучей. В основном это излучение и несет тепло. И излучения другой волны тоже уносят тепло, но заметно меньше. Поднесите к горящей лампе накаливания или к утюгу руку и Вы ощутите тепло. Заметная часть этого тепла передается именно излучением. Солнце передает тепло в окружающий мир (в том числе и Земле) только за счет излучения.
2. Опыты. Возьмите в руку медный провод небольшой длины и нагрейте свободный конец. Вскоре Вы ощутите тепло. Это и есть теплопередача. Нагретый участок проволоки передает тепло холодным участкам. Поднесите горящую свечу в открытой форточке. Наверху форточки огонек отклоняется наружу - уходит теплый воздух. Внизу - отклоняется вовнутрь - внутрь течет холодный наружный воздух. Это конвекция.Про излучение уже было.
3. Сила тока это величина заряда, проходящего через поперечное сечение проводника за единицу времени. Чем больше заряд и чем за меньшее время протекает, тем больше сила тока. Измеряется в Амперах. Производные величины - миллиамперы (одна тысячная), микроамперы (одна миллионная и так далее. Ток бывает переменным и постоянным. У постоянного тока величина постоянная, у переменного, чаще всего подчиняется синусоидальному закону изменения. У нас в стране принят для бытового тока частота изменений 50 герц, в некоторых 60 герц.
Сейчас ампер определяют так:
За единицу силы тока1A принимают силу тока, при которой два параллельных проводника длиной 1м, расположенные на расстоянии 1м друг от друга в вакууме, взаимодействуют с силой 0,0000002H .
Раньше ампер - это заряд в 1 кулон, протекший через поперечное сечение проводника за 1 сек.
Измеряют силу тока гальванометрами при малых постоянных токах,(микроамперы), и амперметрами (милли, микро амперметрами).