Теплопроводность опыты по физике. Презентация на тему "опыты по теплопередаче". III. Эксперименты по излучению
При изучении естественных наук в современной школе огромное значение имеет наглядность учебного материала. Наглядность дает возможность быстрее и глубже усваивать изучаемую тему, помогает разобраться в трудных для восприятия вопросах, и повышает интерес к предмету. Цифровые лаборатории являются новым, современным оборудованием для проведения самых различных школьных исследований естественнонаучного направления. С их помощью можно проводить работы, как входящие в школьную программу, так и совершенно новые исследования. Применение лабораторий значительно повышает наглядность, как в ходе самой работы, так и при обработке результатов благодаря новым измерительным приборам, входящим в комплект лаборатории физики (датчики силы, расстояния, давления, температуры, тока, напряжения, освещенности, звука, магнитного поля и пр.). Оборудование цифровой лаборатории универсально, может быть включено в разнообразные экспериментальные установки, экономить время учеников и учителя, побуждает учеников к творчеству, давая возможность легко менять параметры измерений. Кроме того, программа для видеоанализа позволяет получать данные из видеофрагментов, что позволяет использовать в качестве примеров и количественно исследовать реальные жизненные ситуации, отснятые на видео самими учащимися и фрагменты учебных и популярных видеофильмов.
Скачать:
Предварительный просмотр:
Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com
Подписи к слайдам:
Единственный путь, ведущий к знаниям-это деятельность. Бернард Шоу.
Методическая разработка демонстрационного эксперимента по предмету физика «Количество теплоты и теплоемкость»
Цель данной разработки: показать возможности применения «Цифровой лаборатории» в учебном процессе. Показать возможность измерения удельной теплоемкости вещества
Данную разработку можно использовать при объяснении нового материала, во время проведения лабораторной работы, для проведения занятия во внеурочное время.
Состав цифровой лаборатории Измерительный интерфейс TriLink Цифровые датчики по физике
Техническое обеспечение экран и мультимедийный проектор штативы (2 шт.) пробирки (2 шт.) вода, спирт датчик температуры 0- 100°C (2 шт.) цилиндры металлические (2 шт.) спиртовки (2 шт.) мензурка калориметр горячая вода
Опыт: Различие теплоемкости воды и спирта Нагрев два цилиндра в кипятке, один цилиндр опускают при помощи ложечки для плавления в пробирку с водой, а второй в пробирку со спиртом при комнатной температуре. После опускания цилиндров в пробирки требуется, придерживая пробирку за верхнюю часть, быстро вставить датчик, укрепить корпус датчика на стальном листе и начать перемешивать жидкость в пробирке за счет вращения пробирки вокруг датчика.
Мы в работе
Использование цифровой лаборатории на уроках физики
Спасибо за внимание!!!
Предварительный просмотр:
МУНИЦИПАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
СРЕДНЯЯ ОБЩЕОБРАЗОВАТЕЛЬНАЯ ШКОЛА №7 г. ПОРОНАЙСКА
Методическая разработка демонстрационного эксперимента
по предмету физика
«Количество теплоты и теплоемкость»
Для учащихся 8 класса
МБОУ СОШ №7 г. Поронайск
Поронайск
2014
1.Введение
2.Основная часть
3.Заключение
4.Техническое обеспечение
1.Введение
Я преподаю физику в 7-11 классах Поронайской средней школы с 1994 года. Чтобы привить интерес к своему предмету, я считаю, что необходим демонстрационный эксперимент, который является неотъемлемой органической частью физики средней школы.
Демонстрационные опыты формируют накопленные ранее предварительные представления, которые к началу изучения физики не у всех бывают правильными. На протяжении всего курса физики эти опыты пополняют и расширяют кругозор учащихся. Они зарождают правильные начальные представления о новых физических явлениях и процессах, раскрывают закономерности, знакомят с методами исследования, показывают устройство и действие новых приборов и установок. Демонстрационный эксперимент служит источником знаний, развивает умения и навыки учащихся.
Особое значение имеет эксперимент на первых порах обучения, т.е в 7-8 классах, когда учащиеся впервые приступают к изучению физики. Я считаю, лучше один раз увидеть, чем сто раз услышать.
2.Основная часть
Цель данной разработки: показать возможности применения «Цифровой лаборатории» в учебном процессе. Рассмотрим использование лаборатории «Архимед» при изучении темы «Тепловые явления» в 8 классе:
Демонстрация. Количество теплоты и теплоемкость
Цель демонстрации показать возможность измерения удельной теплоемкости вещества
В ходе демонстрации вводятся элементы знаний «количество теплоты», «удельная теплоемкость вещества». Для формирования представлений об удельной теплоемкости как о физической величине, которую можно измерить, предполагается провести ряд простых опытов.
Перед проведением серии опытов, посвященных понятию теплоемкости, ученикам рекомендуется рассказать об истории введения понятия «теплоемкость тела» во времена, когда «количество теплоты» воспринималось как количество невидимой и невесомой жидкости «теплорода», а температура – как мера уровня жидкости в теле. «Теплоемкость тела» считалась коэффициентом пропорциональности между температурой и количеством «теплорода», протекающего в теле. Больше емкость сосуда, меньше изменения налитой жидкости в нем, больше теплоемкость тела - меньше изменения уровня температуры в нем.
Однако оказалось, что при одинаковой массе тел из разных веществ, при одинаковом количестве теплоты, полученной от другого тела, их температура меняется по разному. Поэтому было ведено понятие удельная теплоемкость вещества, а «теплоемкость тела» рассчитывалась как произведение массы тела на удельную теплоемкость вещества, из которого оно сделано.
Согласно современным представлениям количество теплоты Q- это изменение внутренней энергии тела в условиях когда тело не совершает работы. Теплоемкость С- коэффициент пропорциональности между количеством теплоты, полученной или отданной телом, и изменением его температуры.
Чтобы оценить теплоемкость некоторого вещества по сравнению с другим(водой), одной и той же массе вещества (вода и спирт) сообщают одинаковое количества энергии и регистрируют изменение температуры, которое было вызвано добавлением этой энергии.
Опыт: Различие теплоемкости воды и спирта
Вывод о том, что теплоемкость воды больше, чем теплоемкость спирта, можно сделать показав, что получение одного и того же количества теплоты нагревается спирт на большее число градусов.
Нагрев два цилиндра в кипятке, один брусок опускают с помощи ложечки для плавления в пробирку с водой, а второй – в пробирку со спиртом при комнатной температуре.
После пускания цилиндров в пробирки требуется, придерживая пробирку за верхнюю часть быстро вставить датчик, укрепить корпус датчика на стальном листе и начать перемешивать жидкость в пробирке за счет вращения пробирки вокруг датчика. На графике наблюдается спад температуры датчика ниже комнатной за счет испарения жидкости на кончике датчика, затем всплеск до максимальной величины, за счет прогрева воды и чувствительного элемента датчика вблизи горячего цилиндра, а затем выход на стационарное значение за счет перемешивания жидкости в пробирке. Как видно Наблюдаемое изменение температуры не дотягивает до требуемого различия, соответствующего разнице теплоемкостей(примерно в 2 раза).
Для приближения к требуемым величинам, рекомендуется проводить эксперимент с цилиндрами, нагреваемыми до температуры не выше 80 0 С, поскольку спирт кипит при 87 0 С. Точное числовое значение начальной температуры цилиндров несущественно, лишь бы оно было примерно одинаковым.
3.Заключение
- Повышение уровня знаний за счёт активной деятельности учащихся в ходе экспериментальной исследовательской работы
- Автоматический сбор данных на протяжении всего эксперимента позволяет сэкономить время на записи
- Результаты эксперимента – наглядны: данные отображаются в виде графика, таблицы, аналогового табло и в цифровом виде
- Обладают портативностью
- Удобная обработка результатов позволяют получать данные, недоступные в традиционных учебных экспериментах
4.Техническое обеспечение
экран и мультимедийный проектор
- штативы (2 шт.)
- спиртовки (2 шт.)
- пробирки (2 шт.)
- вода, спирт
- датчик температуры 0- 100 °C (2 шт.)
5.Список используемой литературы
- Перышкин А. В. «Физика - 8»
- Волков В. А. «Поурочные разработки по физике 8 кл»
- «Уроки физики с применением информационных технологий» Москва, Глобус, 2009г.
- Разумовский В. Г. «Уроки физики в современной школе»
- А.Н. Болгар и др. «Цифровая лаборатория» Методическое руководство по работе с комплектом оборудования и программным обеспечением фирмы 2НАУЧНЫЕ РАЗВЛЕЧЕНИЯ» м.,2011,89с.
- URL: http://www.int-edu.ru
- URL: http://mytest.klyaksa.net
Вариант 1. Оборудование: Пробирка с водой и спиртовка.
Для демонстрации плохой теплопроводности жидкости в пробирку на ¾ объема наливают воды. Держа пробирку в руках под небольшим углом над пламенем спиртовки, нагревают воду у открытого конца (рис. 130). Показывают, что вода здесь быстро закипает, однако внизу большого нагрева не ощущается.
Рис. 130 Рис. 2.105 Рис. 131
Опыт 4. Теплопроводность газов
Вариант 1 . Оборудование: две пробирки, две пробки, два стержня, два шарика, спиртовка, штатив, подвес.
Плохую теплопроводность воздуха демонстрируют с помощью двух одинаковых пробирок, закрытых пробками, через которые пропущены короткие стержни. К концам стержней прикрепляют пластилином или парафином стальные шарики (рис. 131). Пробирки над спиртовкой располагают так, чтобы в одной из них происходила конвекция, а в другой теплопроводность воздуха. Замечают, что в одной пробирке шарик быстро отпадает от стержня.
Вариант 2. См. рис. 2.105
Опыт 5. Конвекция жидкостей
Вариант 1. Оборудование: прибор для демонстрации конвекции жидкости, марганцовокислый калий, спиртовка, штатив.
Прибор, представляющий собой замкнутую стеклянную трубку (рис. 132), укрепляют в лапке штатива. (Лучше подвесить, чем зажимать трубку в нижней части, ибо в последнем случае больше вероятности разрушить стекло.) Через верхнее отверстие любого колена трубку наполняют водой так, чтобы по всему замкнутому пути внутри трубки не было пузырьков воздуха.
При выполнении опыта в ложечку с сеткой помещают кристаллики марганцовокислого калия и oпускают ее в колено (можно одновременно опустить две ложечки с кристалликами марганцовокислого калия в оба колена). Затем к нижней части этого колена подносят спиртовку и наблюдают конвекцию.
Рис. 132 Рис. 133
Опыт 6. Конвекция газов
Вариант 1. Оборудование: спиртовка, спички, бумажная змейка, металлическое острие.
Для демонстрации конвекции газа изготовляют бумажную змейку, которая вращается в потоке восходящего горячего воздуха, идущего от спиртовки или электроплитки (рис. 133). (При установке змейки на острие нельзя прокалывать бумагу.)
Опыт 7. Нагревание излучением
Вариант 1. Оборудование: теплоприемник, манометр открытый демонстрационный, настольная лампа (или электроплитка).
Теплоприемник, соединенный трубкой с демонстрационным манометром (см. рис. 123), укрепляют в штативе напротив излучателя. В качестве излучающего тела можно взять электроплитку, сосуд с горячей водой и пр. К нему сбоку подносят теплоприемник темной стороной и наблюдают за показаниями манометра в течение 1-2 мин.
Затем поворачивают теплоприемник блестящей поверхностью к лампе, расположенной на том же расстоянии от теплоприемника, и в течение того же времени следят за показанием манометра. Делают вывод.
Во второй серии опытов накал лампы (или расстояние до излучателя) уменьшают и вновь наблюдают изменение показаний манометра в прежних условиях. Делают вывод.
Вариант 2. См. Рис. 2.99; 2.101.
Вопрос. В каком случае изменение показаний жидкостного манометра
происходит быстрее, если теплопередатчик и теплоприемник обращены друг к другу блестящими поверхностями или если они обращены друг к другу зачерненными поверхностями?
Рис. 123 Рис. 2.101 Рис. 2.99
Слайд 2
Понятие теплопередачи на практике
Слайд 3
А для начала, что в физикеназывается теплопередачей и с чем её едят…
Теплопередачейв физике называется процесс изменения внутренней энергии тела без совершения над телом или самим телом работы. Теплопередача бывает 3 видов.
Слайд 4
Вид 1 Теплопроводность Вид 2 Конвекция Вид 3 Излучение
Слайд 5
А чтоэто вообще такое?!
Слайд 6
Опыт №1-Теплопроводность
Положите на столе (или где возможно), рядом, деревянную доску и зеркало. Между ними положите комнатный термометр. Спустя какое-то довольно долгое время (мы ждали 30 минут), можно считать, что температуры деревянной доски и зеркала сравнялись. Термометр показывает температуру воздуха. Такую же, какая, очевидно, и у доски и у зеркала. Дотроньтесь ладонью до зеркала. Вы почувствуете холод стекла. Тут же дотроньтесь до доски. Она покажется значительно теплее. В чем дело? Ведь температура воздуха, доски и зеркала одинакова. Стекло - хороший проводник тепла. Как хороший проводник тепла, стекло сразу же начнет нагреваться от вашей руки, начнет с жадностью “выкачивать” из нее теплоту. От этого вы и ощущаете холод в ладони. Дерево хуже проводит тепло. Оно тоже начнет “перекачивать” в себя тепло, нагреваясь от руки, но делает это значительно медленнее, поэтому вы не ощущаете резкого холода. Вот дерево и кажется теплее стекла, хотя и у того и у другого температура одинаковая.
Слайд 7
Слайд 8
В выше приведённом опыте мы рассмотрели явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому (от одной его части к другой), в физике этот процесс называется теплопроводностью.
Слайд 9
Опыт №2-Конвекция
Прогреваем сверху подкрашенную воду, налитую в пробирку. На дне пробирки с помощью груза (БОЛТА) прикрепляем кусочек подкрашенного льда. Верхний слой воды закипает, а нижний остается холодным, (лед не тает). Почему? Нагреваем пробирку снизу, а кусочек льда помещаем на поверхность воды. Вода в пробирке закипает. Лед тает. Почему? Возникает проблемная ситуация: почему при подогревании пробирки снизу закипает вся масса воды, а при нагревании сверху- ее верхний слой?
Слайд 10
Слайд 11
Прогреваем сверху воду в пробирке.
Слайд 12
Верхний слой воды закипел, а нижний остался холодным.
Слайд 13
Кусочек льда помещаем на поверхность воды.
Слайд 14
Нагреваемпробирку снизу
Слайд 15
Вода в пробирке закипает. Лед тает.
Слайд 16
Это явление можно объяснить так: любое вещество не в твёрдом агрегатном состоянии, при нагревании расширяется и становится менее плотным => более нагретое вещество подымается наверх, а менее нагретое опускается вниз. Поэтому нагретые слои воды (в 1-ом случае) не опускались вниз, и из-за этого лёд не таял. А во втором случае нагреваемые слои поднимаются наверх, из-за чего лёд собственно тает. Этот и подобные ему процессы, в физике, получили название - КОНВЕКЦИЯ. Данный процесс характеризуется перемещениемРазличают вынужденную и естественную конвекции (их определения исходят из названий).
Слайд 17
Опыт №3-Излучение
Для этого опыта нам потребуется закопченая с одного бока колба, в которуюмы (через пробку) вставляем изогнутую стеклянную трубку, под прямым углом. В эту трубку введём подкрашенную жидкость. Поднесём к колбе кусок металла (шуруп), нагретого до высокой t, при этом столбик жидкости переместится влево (смотрите на видекадрах) => воздух нагрелся и расширился, а быстрое нагревание воздуха в термоскопе можно объяснить лишь передачей ему энергии от нагретого тела. В данном случае передача энергии происходила ранее неизвестным нам путём, который может осуществлятся в полном вакууме-это излучение. Излучают энергию абсолютно все тела, в независимости от их t. При поглощенииэнергии тела нагреваются по разному, в зависимости от состояния поверхности. Тела с тёмной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.
В четверг на занятие к нам никто прийти не смог — но это не помешало нам провести серию экспериментов. Как водится, я собрал для этого кучу всяких штуковин.
Идея была в том, чтобы показать распространение тепла внутри тела, и показать разницу в теплопроводности разных материалов.
Гвоздики приклепляются обыкновенным пластилином - потом конец объекта помещается над свечой, объект нагревается, и, по мере того, как пластилин плавится, гвоздики отваливаются один за другим.
Удостоверившись, что гвоздики отваливаются именно один за другим - то есть тепло распространяется линейно - мы перешли ко второй фазе.
Здесь мы уже сравнивали распространение тепла в разных объектах. Слева - обрезок керамической плитки, справа - толстая медная проволока.
Слева по-прежнему керамика, по которой тепло распространяться не спешило, справа - алюминевая проволока.
Третья фаза эксперимента:
Три пластины соединены прищепками. Центральная - над свечкой. Справа пластины зажаты просто так, а слева между ними проложена маленькая бумажка. Спросил у Никиты, где гвоздики быстрее отвалиться - он сказал, что слева, потому что там бумага, а она вспыхивает от малейшей искры - значит, теплопроводная сильно:)
Экспериментальная проверка всё расставила по своим местам. Пояснил разницу между теплопроводностью и температурой воспламенения, привёл в пример пуховик (мы раньше уже обсуждали, почему одежда хорошо "греет"), который неплохо горит.
На этом эксперимент закончили - и пошли на кухню. Спросил у Никиты, зачем на некоторых кастрюлях ручки пластиковые - он верно догадался. А про металлические ручки сказал, что нужно использовать полотенце, причём лучше мокрое. Я предложил уточнить у мамы предпочтёт ли она исползовать мокрое или сухое полотенце - она сказала, что исключительно сухое. Никита подумал и сам догадался, что мокрое, хоть и холоднее, но оно с водой, а вода проводит тепло лучше воздуха!
Внимание! Администрация сайта сайт не несет ответственности за содержание методических разработок, а также за соответствие разработки ФГОС.
- Участник: Шароглазова Ксения Сергеевна
- Руководитель: Печерская Светлана Юрьевна
Актуальность: В наше время разрабатываются новые материалы. Знания о теплопроводности различных веществ позволяет не только широко использовать их, но и предотвращать их вредное воздействие в быту, технике и природе.
Цель: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.
Задачи:
- изучить теоретический материал по данному вопросу;
- исследовать теплопроводность твердых тел;
- исследовать теплопроводность жидкостей;
- исследовать теплопроводность газов;
- сделать выводы о полученных результатах.
Гипотеза: все вещества (твердые, жидкие и газообразные) имеют разную теплопроводность.
Оборудование: спиртовка, штатив, деревянная палочка, стеклянная палочка, медная проволока, пробирка с водой.
Элементы УМК к учебнику А.В.Перышкина: учебник «Физика. 8 класс» А.В.Перышкина
Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.
Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.
Видео: https://cloud.mail.ru/public/JCFY/CFTcCeqhE
. Исследование теплопроводности твердых тел на примере деревянной палочки, стеклянной палочки и медного стержняВнесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится.
Вывод: дерево обладает плохой теплопроводностью.
Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.
Вывод: стекло имеет плохую теплопроводность.
Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.
Вывод: металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.
Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.
Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.
Опыт 2. Исследование теплопроводности жидкостей на примере воды
Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.
Вывод: теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности металлов.
Опыт 3. Исследование теплопроводности газов
Исследуем теплопроводность газов.
Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел.
Вывод : теплопроводность у газов еще меньше, чем у жидкостей. Итак, теплопроводность у различных веществ различна.
Выводы и их обсуждение
Вывод: Проведенные опыты показывают, что теплопроводность у различных веществ различна. Наибольшей теплопроводность обладают металлы, у жидкостей теплопроводность невелика и самая малая теплопроводность у газов.
Используя §4 учебника физики для 8 класса, представим результаты в виде таблицы:
Объяснение явления теплопроводности с молекулярно-кинетической точки зрения: теплопроводность - это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В металлах частицы расположены близко, они постоянно взаимодействуют друг с другом. Скорость колебательного движения в нагретой части металла увеличивается и быстро передается соседним частицам. Повышается температура следующей части проволоки. В жидкостях и газах молекулы расположены на больших расстояниях, чем в металлах. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.
Применение теплопроводности
Теплопроводность на кухне
Теплопроводность и ее регулировка важны в процессе приготовления пищи. Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы (медь, алюминий…), так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Когда они соприкасаются с источником тепла, это тепло легко передается пище. Иногда бывает необходимо уменьшить теплопроводность - в этом случае используют кастрюли из материалов с более низкой теплопроводностью, или готовят способами, при которых пище передается меньшее количество тепла. Приготовление блюд на водяной бане - один из примеров уменьшения теплопроводности. Для посуды, предназначенной для приготовления пищи, не всегда используют материалы с высокой теплопроводностью. В духовом шкафу, например, часто используют керамическую посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Их самое главное преимущество - способность держать температуру. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне - плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью.
Материалы с невысокой теплопроводностью также используют для поддержания температуры пищи неизменной. Так, например, чтобы утренний кофе или суп, который берут в путешествие или на обед на работу, оставался горячим, его наливают в термос, чашку или банку с хорошей теплоизоляцией. Чаще всего в них пища остается горячей (или холодной) благодаря тому, что между их стенками находится материал, плохо проводящий тепло. Это может быть пенопласт или воздух, который находится в закрытом пространстве между стенками сосуда. Он не дает теплу перейти в окружающую среду, пище - остыть, а рукам - получить ожог. Пенопласт используют также для стаканчиков и контейнеров для пищи навынос. В вакуумном сосуде Дьюара (известном как «термос», по названию торговой марки) между наружной и внутренней стенкой почти нет воздуха - это еще больше уменьшает теплопроводность.
Отопительная система
Задача любой системы отопления является эффективная передача энергии от теплоносителя (горячей воды) в помещение. Для этого используют специальные элементы системы отопления – радиаторы. Радиаторы предназначены для повышения теплопередачи накопившейся в системе тепловой энергии в помещение. Они представляют собой секционную или монолитную конструкцию, внутри которой циркулирует теплоноситель. Основные характеристики радиатора отопления: материал изготовления, тип конструкции, габаритные размеры (кол-во секций), теплоотдача. Чем выше этот показатель, тем меньше тепловых потерь будет при передаче энергии от теплоносителя в помещение. Лучший материал для изготовления радиаторов – это медь. Наиболее часто используют чугунные радиаторы; алюминиевые радиаторы; стальные радиаторы; биметаллические радиаторы.
Теплопроводность для тепла
Мы используем материалы с низкой теплопроводностью для поддержания постоянной температуры тела. Примеры таких материалов - шерсть, пух, и синтетическая шерсть. Кожа животных покрыта мехом, а птиц - пухом с низкой теплопроводностью, и мы заимствуем эти материалы у животных или создаем похожие на них синтетические ткани, и делаем из них одежду и обувь, которые защищают нас от холода. Кроме этого мы делаем одеяла, так как спать под ними удобнее, чем в одежде. Воздух имеет низкую теплопроводность, но проблема с холодным воздухом в том, что обычно он может свободно двигаться в любом направлении. Он вытесняет теплый воздух вокруг нас, и нам становится холодно. Если движение воздуха ограничить, например, заключив его между внешней и внутренней стенками сосуда, то он обеспечивает хорошую термоизоляцию. У снега и льда тоже низкая теплопроводность, поэтому люди, животные и растения используют их для теплоизоляции. В свежем не утрамбованном снеге внутри находится воздух, что еще больше уменьшает его теплопроводность, особенно потому, что теплопроводность воздуха ниже теплопроводности снега. Благодаря этим свойствам, ледяной и снежный покров защищает растения от замерзания. Животные роют ямки и целые пещеры для зимовья в снегу. Путешественники, переходящие через заснеженные районы, иногда роют подобные пещеры, чтобы в них переночевать. С древнейших времен люди строили убежища изо льда, а сейчас создают целые развлекательные центры и гостиницы. В них часто горит огонь, и люди спят в мехах и синтетических спальных мешках.
Для обеспечения нормальной жизнедеятельности в организме людей и животных необходимо поддерживать определенную температуру в очень узких пределах. У крови и других жидкостей, а также у тканей разная теплопроводность и ее можно регулировать в зависимости от потребностей и окружающей температуры. Так, например, организм может изменить количество крови на участке тела или во всем организме с помощью расширения или сужения сосудов. Наше тело также может сгущать и разжижать кровь. При этом теплопроводность крови, а, следовательно, и части тела, где эта кровь течет, изменяется.
Теплолечение
Современные методы лечения теплом могут быть разделены на три большие группы: 1) контактное приложение нагретых сред; 2) светотепловое облучение и 3) использование теплоты, образующейся в тканях при прохождении высокочастотного электрического тока. Остановимся на использовании нагретых сред. Для теплолечения выбираются среды, позволяющие создать в них значительный запас теплоты. Эта теплота затем должна медленно и постепенно передаваться организму во все время процедуры. Для этого среда должна иметь, возможно, высокую теплоемкость и сравнительно низкие теплопроводность и конвекционную способности. Для теплолечения в основном применяют следующие среды: воздух, воду, торф, лечебные грязи и парафин.
Теплопроводность в бане
Многие любят отдыхать в саунах или банях, но сидеть там на скамейках из материала с высокой теплопроводностью - было бы невозможно. Требуется много времени, чтобы сравнять температуру таких материалов с температурой тела, поэтому вместо них используют материалы с низкой теплопроводностью, например дерево, верхние слои которого намного быстрее принимают температуру тела. Так как в сауне температура поднимается достаточно высоко, люди часто надевают на голову шапочки из шерсти или войлока, чтобы защитить голову от жары. В турецких банях хамамах температура намного ниже, поэтому там для скамеек используют материал с более высокой теплопроводностью - камень.
Тепло ли колючим зверям в иголках?
Шерсть не только спасает зверей от холода, но и служит средством защиты. А чтобы защита была внушительнее и надежнее, волосяной покров порой видоизменяется, превращаясь в своеобразные доспехи. Иглы, например. Но вот сохраняет ли такое облачение присущие шерсти свойства, не зябнут ли ежи и дикобразы в своих колючих шубках?
Ученые Института проблем экологии и эволюции им. А.Н. Северова РАН обстоятельно изучили теплопроводные и теплоизоляционные свойства иголок, взятых со спины взрослого самца североамериканского дикобраза из коллекции Зоологического музея МГУ, и убедились, что греют эти самые иголки очень даже неплохо. Чтобы понять внутреннюю структуру игл, на них делали тонкие срезы, на которые напыляли золото для исследования в электронном микроскопе. Кератин - главная составляющая иголок - проводит тепло в 10 раз лучше, чем воздух. И благодаря этому иглы увеличивают теплопроводность «доспехов». Следовательно, возрастают и потери тепла с тела животного. Однако внутренняя пористая структура игл создает дополнительное экранирование теплового излучения, что, скорее всего, и компенсирует увеличение теплопроводности. Так что дикобраз, как и другие колючие звери, вовсе не страдает от холода. Иглистый покров сохраняет ровно столько тепла, сколько нужно теплокровному животному такого размера.
Полипропилен
Пока является лучшей основой для материалов (волокон, нитей, пряжи, полотен, тканей), используемых в производстве нательной спортивной одежды, термобелья и термоносков. Среди всех синтетических материалов, применяемых в этой области, он обладает самой низкой теплопроводностью. Поэтому одежда из полипропилена позволяет наилучшим образом сохранить тепло зимой и прохладу летом.
Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?
Материалом с наивысшей теплопроводностью является вовсе не какой-нибудь металл (серебро или медь), как думают многие. Самую высокую теплопроводность имеет материал, который похож на стекло – алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше, чем у серебра или меди. Если изготовить чайную ложечку из алмаза, то воспользоваться ею не удастся, так как она будет обжигать пальцы в ту же секунду.
Из чего изготавливают сваи при строительстве зданий в регионах с вечной мерзлотой?
Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними. Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту. Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала, внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.
«Огнеупорный шарик»
Обычный воздушный шарик, надутый воздухом, легко воспламеняется в пламени свечи. Он тут же лопается. Если же к пламени свечи поднести такой же шарик, заполненный водой, он становится «огнеупорным». Теплопроводность воды в 24 раза больше, чем у воздуха. Значит, вода проводит тепло в 24 раза быстрее, чем воздух. Пока вода не испарится внутри шарика – он не лопнет.
