Види теплопередачі

РОЗДІЛ IV

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

УРОК № 4/49

Тема уроку. Види теплопередачі

Тип уроку: комбінований.

Мета уроку: ввести поняття “теплопровідність”, “конвекція”, “випромінювання”; показати практичне значення знань про види теплопередачі; формувати вміння аналізувати факти, що одержуються в ході спостереження фізичних явищ.

Обладнання: металеві пластини з різних металів із канцелярськими кнопками, прикріпленими парафіном, термометр, склянка з водою, кип’ятильник, шматочок пластиліну або пофарбованого

воску, сухе пальне, кристали марганцю.

План уроку

Етапи	Час	Прийоми і методи
I. Перевірка домашнього завдання; актуалізація опорних знань	5-8 хв.	Усне опитування
II. Вивчення нового матеріалу	25 хв.	Бесіда; демонстрації; записи на дошці й у зошитах; спостереження; аналіз побаченого; узагальнення
III. Закріплення нового матеріалу	10 хв.	Бесіда; робота з підручником
IV. Домашнє завдання	2 хв.	Коментар учителя; записи на дошці й у щоденниках

Хід уроку

I. Перевірка домашнього завдання; актуалізація опорних знань

Проводяться за питаннями та вправами після параграфа підручника; розв’язання домашніх задач учні пояснюють з місця та біля дошки.

II. Вивчення нового матеріалу

Проведемо наступний дослід.

Демонстрація 1. Над полум’ям нагрівають металеву пластинку із прикріпленими до неї за допомогою парафіну канцелярськими кнопками. При цьому в полум’я поміщають лише самий кінець пластинки. Спостерігають, що кнопки одна за одною поступово відпадають від пластинки, незважаючи на те що самі безпосередньо в полум’ї не перебувають.

Питання класу

– Як відбувається передача енергії по металевій пластинці? (При нагріванні збільшується швидкість коливального руху частинок металу того кінця пластинки, яке ближче до полум’я. Потім у результаті взаємодії частинок збільшується швидкість руху сусідніх частинок. Таким чином, підвищується температура наступної частини пластинки.)

– Чи відбувається переміщення самих частинок металу в ході досліду? (Ні. У твердих тілах частинки лише здійснюють коливальні рухи. Перенесення речовини не відбувається.)

Отже, ми спостерігали, як тепло передається від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих. Такий вид теплопередачі називають теплопровідністю.

Запис у зошит: Теплопровідність – вид теплопередачі, при якому енергія переноситься від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих в результаті теплового руху та взаємодії частинок.

Демонстрація 2. Повторюємо експеримент. Тільки тепер одночасно нагріваємо дві пластинки з різних металів (наприклад, мідну і сталеву). Спостерігаємо, що мідна пластинка нагрівається швидше, кнопки відпадають від неї значно раніше, ніж від сталевої.

Висновок. Різні речовини мають різну теплопровідність.

Більшу теплопровідність мають метали, особливі срібло і мідь.

Демонстрація 3. На внутрішню стінку склянки ближче до дна прикріплюють тонкий шматочок пластиліну або пофарбованого воску. У склянку наливають холодну воду й нагрівають кип’ятильником тільки верхній шар води. Учні спостерігають кипіння води у верхніх шарах, проте внизу вона залишається холодною – віск не тане. Можна пронести склянку по класі і дати учням можливість доторкнутися до дна, щоб переконатися, що внизу вода залишається холодною.

Висновок. Рідини (за винятком розплавлених металів) мають невелику теплопровідність.

Учитель пропонує пояснити цей факт, використовуючи знання про будову речовини. Учні згадують, що проміжки між молекулами у рідинах більші, ніж у твердих тілах, а отже, зіткнення молекул відбуваються рідше. Робиться припущення про те, що теплопровідність газів має бути ще меншою порівняно з рідинами. Щоб переконатися в цьому, проводять наступний експеримент.

Демонстрація 4. Беруть три склянки. В одну наливають воду, дві інші залишаються порожніми. У кожну поміщають термометр так, як показано на рисунку, і починають нагрівати.

А найкращим теплоізолятором по праву вважається вакуум.

Питання класу

– Наведіть приклади використання теплопровідників (тобто речовин, які мають гарну теплопровідність).

– Наведіть приклади використання теплоізоляторів у побуті й техніці.

– Чому глибокий пухкий сніг охороняє озимі від вимерзання?

– Чому вислів “шуба гріє” неправильний?

– Чому дно і стінки металевої сковороди на вогні розжарюються, а дерев’яна ручка залишається практично холодною?

– Чому можна обпалити губи, якщо пити чай з металевого кухля, і чому цього не трапляється, коли ми п’ємо його із порцелянової чашки?

– Чому вовняний светр “тепліший” за бавовняний?

– Чому розпечене тіло у воді остигає швидше, ніж на повітрі?

– Чому металева ванна на дотик здається нам холоднішою, ніж бавовняний рушник?

– Що роблять перед тим, як налити у склянку окріп? Чому опущена в нього металева ложка охороняє склянку від розтріскування?

Ми бачили, що теплопровідність рідин невелика. Однак на практиці вода в чайниках, каструлях досить швидко закипає.

Питання класу: Як нагрівають рідини? (Рідини нагрівають завжди знизу.)

Проведемо такий дослід.

Демонстрація 5. У прозору колбу набирають воду. Кидають у неї кілька кристалів марганцівки і починають нагрівати на вогні. Спостерігають, як пофарбовані струминки рідини, нагріваючись, піднімаються вгору.

Обговорюємо дослід. Вода, нагріваючись від дна посудини, розширюється, густина її зменшується, і тому шар теплої води переміщається вгору, а холодна вода опускається вниз, де у свою чергу прогрівається. Точно так само переноситься енергія й у газах. Звертаємо увагу на те, що при такому способі теплопередачі енергія переноситься потоками самої речовини. Називають такий спосіб конвекцією (від латинського “конвекція” – перенесення).

Запис у зошитах: Конвекція – вид теплопередачі, при якому енергія переноситься самими струменями рідини або газу.

Крім вільної, або природної, конвекції існує вимушена. Учні пригадують, що при розмішуванні чай швидше остигає; обмахуючись віялом, ми також влаштовуємо вимушену конвекцію.

Питання класу

– Чи може відбуватися конвекція у твердих тілах? (Ні. При нагріванні твердого тіла не можуть утворюватися потоки речовини, тому що частинки твердого тіла виконують тільки коливальні рухи.)

– А як же передається тепло у вакуумі (тепло від Сонця)?

Це інший вид теплопередачі, і називають його випромінюванням. Випромінювання відрізняється від інших видів теплопередачі тим, що може здійснюватися навіть у вакуумі, там, де не може відбуватися конвекції.

Випромінюють енергію всі тіла при будь-якій температурі. Очевидно, що більш нагріті тіла випромінюють тепло інтенсивніше, ніж менш нагріті. Різні речовини по-різному і поглинають енергію випромінювання. З власного досвіду ми знаємо, що тіла з темною поверхнею краще поглинають енергію і швидше нагріваються, а тіла з білою, сріблястою поверхнею краще відбивають енергію випромінювання й внаслідок цього менше нагріваються.

III. Закріплення нового матеріалу

Питання класу

– Повітря в класі нагрівається через стіни, через відкрите вікно, через скло (а в зимовий час – від батарей центрального опалення). З яким видом теплопередачі ми стикаємося у кожному випадку?

– Чому Сонце не може передавати енергію Землі шляхом конвекції і теплопровідності?

– Чому батареї центрального опалення завжди розташовують у нижній частині приміщення, а кватирки для провітрювання – у верхній?

– Чи дійсно працюючий вентилятор охолоджує повітря у приміщенні?

– Що являють собою вітри?

– Чому вітри на морському узбережжі (бризи) двічі на день змінюють свій напрямок?

– Який сніг швидше розтане під сонцем – брудний чи чистий?

– У якій футболці менш спекотно влітку – у білій чи чорній?

– Чи можна в термосі зберегти холодними продукти?

IV. Домашнє завдання

[1]: § 36, впр. № 36; § 37, впр. № 37; § 38, впр. № 38.

[2]: § 22.

[3]: СР – задачі 27.8-27.11;

ДР – задачі 27.25-27.32;

ВР – задачі 27.40; 27.41; 27.45-27.51.

Домашній експеримент. Виміряти температуру в приміщенні у поверхні підлоги й під стелею. Отримані дані записати та пояснити.

Додаткові завдання

1. Самостійно вивчити, зобразити будову термоса і пояснити призначення кожної його частини.

2. Підготувати короткі повідомлення на теми: “Види теплопередачі у мене вдома”, “Теплопередача у природі”, “Теплопередача в авіації й при польотах у космос”.

Скарбничка цікавих фактів

O Як рятується від холоду білий ведмідь

Природа подбала про живі організми, які змушені виживати в умовах Крайньої Півночі. Приміром, підошви лап білого ведмедя вкриті волоссям, щоб вони не примерзали до льоду, точно так само лапки північних куріпок покриті пучками пір’я. А руки місцевих аборигенів-ескімосів густіше пронизані кровоносними судинами: кров циркулює, зігріваючи їх.

O Вуаль – це не тільки красиво!

Така популярна в XIX столітті деталь жіночого туалету не тільки надавала жінці якусь загадковість, але й оберігала обличчя від холоду.

O Завидна сталість

У підвалах Паризької обсерваторії на глибині 28 м уже більше 200 років зберігається термометр, поміщений туди знаменитим фізиком, хіміком Лавуазьє. Протягом багатьох років термометр показує одну й ту саму постійну температуру +11,7 °С.

O Тремтимо, щоб… зігрітися

Усі теплокровні організми мають здатність тремтіти від холоду. Виявляється, це непоганий спосіб… зігрітися. Під час тремтіння м’язи інтенсивно скорочуються, що супроводжується виділенням тепла, і тіло в такий спосіб поступово зігрівається.