Випромінювання

2-й семестр

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА

4. Кількість теплоти. Теплові машини

Урок 4/46

Тема. Випромінювання

Мета уроку: познайомити учнів з випромінюванням як одним зі способів теплообміну;установити особливість процесу випромінювання і урахування його специфіки у побуті й техніці.

Тип уроку: урок вивчення нового матеріалу.

План уроку

ВИВЧЕННЯ НОВОГО МАТЕРІАЛУ

1. Ознайомлюємося з випромінюванням

Нам добре відомо, що основним джерелом тепла на Землі є Сонце. У який же спосіб передається тепло від Сонця? Адже Земля перебуває від нього на відстані 1,5-108 км. Весь цей простір за межами нашої атмосфери містить дуже розріджену речовину.

Як відомо, у вакуумі перенесення енергії шляхом теплопровідності майже неможливе. Не може відбуватися воно і за рахунок конвекції. Отже, існує ще один вид теплообміну.

Теплообмін між Сонцем і Землею відбувається за допомогою випромінювання.

Вид теплообміну, обумовлений перенесенням теплоти шляхом випромінювання, називають випромінюванням.

Випромінюють енергію не тільки світні тіла: піднесіть руку до нагрітої праски знизу, і ви відчуєте таке саме тепло, як від лампи накалювання. І в цьому випадку теплообмін відбувається завдяки випромінюванню.

2. З’ясуємо деякі особливості випромінювання

При променистому теплообміні передача теплоти обумовлена перетворенням частини внутрішньої енергії тіла в енергію електромагнітного випромінювання, що переноситься в просторі й поглинається іншими тілами. У результаті поглинання тілом енергії випромінювання відбувається її зворотне перетворення у внутрішню енергію.

Характер випромінювання істотно залежить від температури тіла. Так, при температурі до 600 °С випускається невидиме інфрачервоне випромінювання, яке ми добре сприймаємо шкірою.

При температурах порядку 800 °С тіло випускає видиме випромінювання вишнево-червоних кольорів. З підвищенням температури до 1000-2000 °С виникає випромінювання жовтогарячого і жовтого кольору. При температурі близько 6000 °С (температура поверхні Сонця) випромінювання стає блакитнувато-білим. Але це не означає, що в ньому є тільки видиме оком випромінювання. У ньому міститься й інфрачервоне випромінювання, яке в основному й дає відчуття тепла, а також ультрафіолетове випромінювання, дія якого викликає засмагу, і рентгенівське випромінювання.

У разі ще більш високої температури, близько 1000-2000 °С, колір випромінювання стає блакитним. Саме за кольорами зірок в астрономії визначають їхню температуру.

Чи всі тіла однаково нагріваються за допомогою електромагнітного випромінювання, що вони поглинають?

Виявляється, темні тіла краще нагріваються випромінюванням, ніж блискучі. Це відбувається тому, що темні тіла добре поглинають електромагнітні хвилі, що надходять до них, а тіла із блискучою й світлою поверхнею більшу частину електромагнітних хвиль, що надходять, відбивають.

У XIX столітті німецький фізик Г. Кірхгоф установив закон, з якого випливає, що тіла, які інтенсивно поглинають енергію, також інтенсивно будуть її випромінювати. Розглянемо приклад, що підтверджує цю закономірність.

Виконаємо дослід з металевим кубом: одна грань куба пофарбована чорною фарбою, друга – білою фарбою, а третя – відполірована до дзеркального блиску.

Усередину наливають окріп. Підносячи долоню на рівну відстань до різних граней, неважко помітити, що чорна грань сильно випромінює тепло, а біла й дзеркальна грані – набагато слабше.

3. Спостерігаємо випромінювання в природі

Здатність тіл по-різному поглинати енергію випромінювання знаходить широке застосування в побуті й техніці. Наприклад, улітку в чорній футболці краще не виходити на вулицю, тому що вона сильно нагрівається під променями сонця; у білій футболці помітно прохолодніше.

Літаки, скафандри космонавтів, призначені для виходу у відкритий космос, пофарбовані в сріблясті кольори.

4. Порівняння різних видів теплообміну

Давайте порівняємо різні види теплообміну:

– у випадку теплопровідності – це перенесення енергії частинками тіла, не пов’язане з переміщенням самої речовини;

– у випадку конвекції – перенесення енергії струменями самої речовини, що переміщаються;

– у випадку випромінювання – це перенесення енергії електромагнітним полем.

Турист зупинився відпочити. Живлюще тепло багаття зігріває і юшку в казанку, і самого туриста. Інакше кажучи, відбувається теплообмін.

На рисунку представлені три способи теплообміну: теплопровідність, випромінювання й конвекція. Шляхом теплопровідності через дно н стінки казанка внутрішня енергія полум’я переходить у внутрішню енергію туристської юшки. Шляхом випромінювання – у внутрішню енергію долонь туриста і його одягу. А шляхом конвекції – у внутрішню енергію повітря над багаттям.

Питання до учнів у ході викладу нового матеріалу

Чому енергія від Сонця до Землі не може передаватися ані конвекцією, ані теплопровідністю?

Що таке променистий теплообмін?

Які тіла краще, а які гірше поглинають енергію випромінювання?

Чи добре нагрівається дзеркало?

Наведіть приклади, що показують, що тіла з темною поверхнею більше нагріваються випромінюванням, ніж зі світлою.

Який з видів теплопередачі відіграє основну роль у нагріванні води в чайнику?

ЗАКРІПЛЕННЯ ВИВЧЕНОГО МАТЕРІАЛУ

Поміркуй і відповідай

1. Людина гріється біля багаття. Який із трьох видів теплопередачі відіграє головну роль у передачі тепла від багаття до людини?

2. Земля безупинно випромінює енергію в космічний простір. Чому ж Земля не замерзає?

3. Який сніг скоріше тане навесні: чистий на полях або брудний у містах? Чому?

4. Стінки термоса роблять подвійними, причому між ними створюють вакуум. Внутрішні поверхні стінок – дзеркальні. Поясніть, виходячи із цього, чому термос добре зберігає тепло (і холод).

5. Склянка наполовину заповнена окропом. У якому із двох випадків вийде менш гаряча вода: 1) якщо почекати 5 хвилин, а потім долити в склянку холодну воду; 2) якщо відразу долити холодну воду, а потім почекати 5 хвилин? Вказівка. Теплообмін між тілами відбувається тим швидше, чим більше різниця температур цих тіл.

Домашнє завдання-1

1. У-1: § 22.

2. Сб-1:

Рів1 – № 25.12, 25.13, 25.14, 25.15.

Рів2 – № 25.26, 26.10, 26.13, 26.15.

Рів3 – № 25.37, 26.17, 26.19, 26.20.

Домашнє завдання-2

1. У-2: § 38.

2. Сб-2:

Рів1 – № 27.10, 27.11, 27.28.

Рів2 – № 27.29, 27.30, 27.31, 27.32.

Рів3 – № 27.33, 27.48, 27.49, 27.50, 27.51.

3. Підготуватися до самостійної роботи № 19 “Внутрішня енергія. Види теплообміну”.

Завдання для самостійної роботи № 19 “Внутрішня енергія. Види теплообміну”

Початковий рівень

1. Виберіть правильне твердження. Метеорит, що влетів у земну атмосферу, розжарився.

А Метеорит нагрівся внаслідок тертя об повітря.

Б Атмосфера передала метеориту деяку кількість теплоти.

В Після падіння на землю внутрішня енергія метеорита не змінилася.

2. Який з видів теплообміну супроводжується перенесенням речовини? Виберіть правильне твердження.

А Теплопровідність;

Б випромінювання;

В конвекція.

Середній рівень

1. Одяг яких кольорів варто носити взимку; улітку?

2. Улітку лід зберігають під шаром ошурків і землі. Чому?

Достатній рівень

1. а) Чому після сильного шторму вода в морі стає теплішою?

Б) Чи горітиме свіча на борту космічного орбітального комплексу?

2. а) Чим пояснити, що при вбиванні цвяха його капелюшок майже не нагрівається, але, коли цвях убитий, достатньо декількох ударів, щоб капелюшок сильно нагрівся? б) Чому термоси виготовляють круглого, а не квадратного перерізу?

Високий рівень

1. а) Із дна водойми спливає бульбашка повітря. За рахунок чого збільшується її потенціальна енергія? Чи змінюється при цьому її внутрішня енергія?

Б) У чашку налили гарячої кави. Що треба зробити, щоб кава охолола швидше: налити в неї молоко відразу чи через деякий час?

2. а) Чому ковзани легко сковзають по льоду, а по склу, поверхня якого більш гладка, на ковзанах кататися не можна?

Б) Земля безупинно випромінює енергію в космічний простір. Чому ж Земля не замерзає?