Урок "Виды теплопередачи" 8 класс

Урок физики 8 класс. Виды теплопередачи

Цели: ознакомить учащихся с. видами теплообмена; научить их объяс­нять тепловые явления на основании молекулярно-кинетической теории.

Демонстрации: презентация,  вращение вертушки над горящей лампой.

Ход урока

I.                   Повторение. Проверка домашнего задания

Фронтальный опрос:

1.      Внутренняя энергия это….

2.      Внутренняя энергия тела зависит….

3.      Изменить внутреннюю энергии можно путем ….

4.      После того как распилили бревно, пила нагрелась. Каким способом изменили внутреннюю энергию пилы?

5.      После того как распилили бревно, пила нагрелась. Каким способом изменили внутреннюю энергию пилы?

6.      Сок поставили в холодильник и охладили. Каким способом изменили внутреннюю энергию сока?

7.       Два одинаковых камня лежали на земле. Первый камень подняли и положили на стол, а второй подбросили вверх. Изменилась ли внутренняя энергия камней?

8.       В две одинаковые кастрюли налили одинаковое количество воды. В первой кастрюле воду довели до кипения, а во второй слегка подогрели. В каком случае внутренняя энергия воды изменилась меньше?

9.       При затачивании топор нагревается. Каков способ изменения внутренней энергии топора?

10.   Кувшин с молоком отнесли в погреб, где оно охладилось. Каким способом изменилась внутренняя энергия молока?

11.   Одну из двух одинаковых серебряных ложек опустили в стакан с кипятком, а другую в стакан с тёплой водой. В каком случае внутренняя энергия ложки изменится меньше?

12.   Два железных бруска массами 200 и 300 г, взятых при комнатной температуре, охладили до одинаковой температуры. У какого бруска внутренняя энергия изменилась больше?

II.      Изучение нового материала

Мы знаем, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена (теплопередачи). Изменение внутренней энергии посредством теплообмена может производиться по-разному. Различают три вида теплообмена – теплопроводность, конвекция и излучение.

1. Теплообмен посредством теплопроводности.

Теплопроводность - такой тип теплообмена, когда тепло перемещается от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения молекул.

Очевидно, что этот перенос энергии требует определенного времени. Слайды презентации: зависимость теплопроводности от рода вещества.

Особенность теплопроводности в том, что само вещество не перемеща­ется. Ясно, что чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла.

Все кристаллы имеют очень хорошую теплопроводность. И наоборот, те вещества, в которых расстояния между молекулами большие - плохие про­водники тепла. Это - различные породы древесины, строительный кирпич, в котором есть поры, заполненные воздухом, различные газы. Плохая теп­лопроводность у шерсти и меха, так как между ворсинками также много воздуха. Именно наличие меха позволяет отдельным животным переносить зимнюю стужу.

2. Под конвекцией понимают перенос энергии струями жидкости или газа.

Включив лампу накаливания с отражателем и подставив над лампой бумажную вертушку, мы замечаем, что она начинает вращаться  Объяснение этому факту может быть одно: холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается.

Плотность горячего воздуха или жидкости меньше, чем холодного, по­этому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплой жидкости поднимаются вверх, а на их место опускается холодная жид­кость.

На опыте по нагреванию пробирки с водой, на дно которой опущены кристаллики медного купороса, мы замечаем голубые «змейки», которые поднимаются вверх.

Замечено, что жидкость можно нагреть и при нагревании ее сверху, но это - длительный процесс. В данном случае нагрев происходит не за счет конвекции, а за счет теплопроводности.

Система отопления помещений основана именно на перемещении кон­векционных потоков теплого и холодного воздуха: постоянное перемеши­вание воздуха приводит к выравниванию температуры по всему объему помещения.

Очевидно, что главным отличием конвекции от теплопроводности явля­ется то, что при конвекции происходит перенос вещества, имеющего большую внутреннюю энергию, а при теплопроводности вещество не пе­реносится.

Холодные и теплые морские и океанские течения - примеры конвекции.

3. Под лучистым теплообменом, или просто излучением, понимают пе­ренос энергии в виде электромагнитных волн. Любое нагретое тело являет­ся источником излучения.

Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в ва­кууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.

Два одинаковых тела, нагретые до одной темпе­ратуры, остывают по-разному, если у них разный цвет поверхности. Спо­собность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию используют при строительстве самолетов; крыши высотных зданий в жарких странах также красят в светлые тона.

Темные тела  наоборот, не только лучше поглощают энергию, но и лучше ее отда­ют в окружающую среду.

Примеры теплообмена в природе и технике

Говоря о конвекционных эффектах, можно привести в качестве примера ветры, которые постоянно дуют в земной атмосфере. Именно перенос вет­рами огромной энергии, либо наоборот, приводит к заметному изменению погоды в данном регионе. Побережье любого теплого моря зимой всегда имеет более высокую среднюю температуру, чем материковые области, которые могут находиться южнее. Пример. Побережье Мурманской облас­ти и центральная Сибирь. Существование теплых и холодных морских те­чений - тоже примеры конвекционных явлений.

Часто можно в зоне промышленных предприятий увидеть высокие тру­бы из кирпича. Они служат для создания хорошей тяги. Теплый газ или дым легче холодного воздуха, и поэтому он поднимается вверх. Чем боль­ше перепад давления внизу и вверху трубы, тем лучше тяга. Поэтому трубы и делают высокими. Ясно, что из двух труб одинаковой высоты лучшая тяга будет у кирпичной, нежели у металлической. Горячий воздух в метал­лической трубе остывает при подъеме быстрее, отчего тяга уменьшается.

Особое место занимает возможность отопления многоквартирных до­мов. Принцип отопления связан с циркуляцией горячей воды по трубам. Источником горячей воды являются котельные и ТЭЦ. Вода, циркулируя по трубам, отдает часть тепла, охлаждается, затем снова идет на нагрев в ТЭЦ. Любые изменения давления в системе регулируют при помощи рас­ширительных баков.

В быту часто используют термосы. Они служат для сохранения горячей жидкости длительное время. Впрочем, в термосах также можно долго хра­нить и холодную жидкость. Основным элементом любого термоса является рабочий сосуд с двойными стенками, между которыми глубокое разреже­ние. Это - сосуд Дьюара. Английский ученый Джеймс Дьюар в конце XIX века изобрел такой сосуд. Чтобы исключить влияние излучения изнутри и снаружи, стенки сосуда делают зеркальными.

III. Закрепление изученного материала

1.    Конвекцией называют вид теплопередачи, при котором энергия...

2.    Каков способ теплопередачи от костра?

3.    Ложка, опущенная в стакан с горячей водой, нагревается. Каким способом происходит теплопередача?

4.    Каким способом происходит теплопередача при нагревании шин автомобиля при торможении?

5.    Какое вещество обладает наибольшей  теплопроводностью?

6.  Вид теплопередачи, при котором энергия от нагретого тела передается холодному с помощью лучей, называется...

7. Каков способ теплопередачи водяного отопления?

8. Благодаря какому способу теплопередачи Солнце нагревает Землю?

9. Каков способ передачи энергии от горячего утюга ткани?

10. Изменится ли температура тела, если оно поглощает энергии больше, чем испускает?

11. Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются излучением, чем со светлой.

12. Какой из видов теплопередачи играет основную роль в нагрева­нии воды в чайнике?

13.Человек греется у костра. Какой из трех видов теплопередачи играет главную роль в передаче тепла от костра к человеку?

14. Когда тяга в трубах лучше - зимой или летом? Почему?

15. На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге -от жары. Объясните целесообразность этого.

Дополнительный материал

Конвекция

С явлением конвекции связаны процессы горообразования. В первом прибли­жении земной шар можно рассматривать как систему, состоящую из трех концен­трических слоев. Внутри находится массивное ядро, состоящее в основном из ме­таллов в виде очень плотной жидкой массы. Ядро окружают полужидкая мантия и литосфера. Самый верхний слой литосферы - земная кора.

Литосфера состоит из отдельных плит, которые плавают на поверхности ман­тии. Вследствие неравномерного разогрева отдельных участков мантии, а также разной плотности горных пород в различных участках мантии в ней возникают кон­вективные потоки. Они вызывают перемещения литосферных плит, несущих кон­тиненты и ложа океанов.

Там, где плиты расходятся, возникают океанские впадины. В других местах, где плиты сталкиваются, образуются горные массивы. Скорость перемещения конвек­тивных потоков в мантии очень мала. Соответственно и плит 2-3 см в год. Однако за геологические эпохи плиты могут перемещаться на сотни и тысячи километров.

Чем же вызвана столь большая теплопроводность металлов, которая в сотни и тысячи раз больше, чем у изоляторов? Дело, очевидно, в структуре металлов, в осо­бенностях металлической связи.

В самом деле, если бы теплопроводность металлов определялась только колеба­ниями частиц в узлах кристаллической решетки, то она бы не отличалась от тепло­проводности изоляторов. Но в металлах есть еще множество свободных электронов -электронный газ, который и обеспечивает их высокую теплопроводность.

В участке металла с высокой температурой часть электронов приобретает боль­шую кинетическую энергию. Так как масса электронов очень мала, то они легко проскакивают десятки промежутков между нонами. Говорят, что у электронов большая длина свободного пробега. Сталкиваясь с нонами, находящимися в более холодных слоях металла, электроны передают им избыток своей энергии, что при­водит к повышению температуры этих слоев.

Чем больше длина свободного пробега электронов, тем больше теплопровод­ность. Именно поэтому у чистых металлов, где в кристаллической решетке дефек­тов относительно мало, теплопроводность велика. У сплавов, где дефектов решетки гораздо больше, длина свободного пробега меньше, соответственно меньше и теп­лопроводность.

Домашнее задание

1.  § 4,5,6 учебника; вопросы и задания к параграфу.