Презентация "Тепловые явления." по физике – проект, доклад

Т е п л о в ы е явления

Оренбургский педагогический университет. Авторы: доцент кафедры теоретической физики И л ь я с о в а Т. В., студент V курса ФиМ Л е о н т ь е в А. 2003 г.

Тепловое движение

Беспорядочное перемещение частиц тела, не прекращающееся при любой температуре выше Абсолютного нуля (- 273о С). V частиц Т тела

Отличие от механического движения: очень м н о г о частиц, каждая движется б е с п о р я д о ч н о.

А г р е г а т н ы е с о с т о я н и я в е щ е с т в а

Твёрдое тело Сохраняет форму и объём, сжимаемо.

Жидкость Газ «оседлые» « кочевники» «бродяги»

Можно ли энергию теплового движения частиц отнести к механической энергии?

Сохраняет объём, течёт, несжимаема. 1 см3 воды содержит 3*1028 молекул.

Молекулы совершают только колебания.

Перескоки молекул из одного слоя в другой.

Молекулы беспорядочно перемещаются, почти не взаимодействуют.

Не сохраняет объёма, формы, течёт, легко сжимается.

Способы изменения

внутренней э н е р г и и

Опишите превращения энергии в данных примерах

Сколько способов изменения существует?

Проверь с е б я !

Составьте текст из фрагментов А, Б, В, Г, Д: А. Средняя кинетическая энергия молекул… 1. в твёрдых телах… 2. в жидкостях… 3. газах… Б. 1. при постоянной температуре… 2. с увеличением температуры… 3. с понижением температуры… В. 1. уменьшается. 2. увеличивается. 3. не изменяется. Г. Поэтому внутренняя энергия этих тел… 1. с понижением температуры… 2. при постоянной температуре… 3. с ростом температуры… Д. 1. увеличивается. 2. уменьшается. 3. не изменяется.

Ответы: А1Б1В3Г2Д3; А2Б2В2Г3Д1 А3Б3В1Г1Д2

Объясни !

Что является причиной сгорания искусственных спутников Земли при их вхождении в плотные слои а т м о с ф е р ы ?

Если быстро скользить по канату, то можно обжечь руки. Почему?

Спички

В чём сходство и различие причин загорания спичек?

Одинаково ли для брусков изменение внутренней энергии при погружении их в горячую воду?

В каком сосуде температура выше?

В каком манометре мех. работа по подъёму жидкости выше?

Теплопередача

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом

Чем отличаются приведённые примеры в передаче теплоты? Что общего? 3. Происходит ли теплопередача, если температура тел одинакова?

Проверь себя !

Внутренняя энергия

Вам известны следующие теоретические положения: Как внутренняя энергия тела зависит от его кинетической и потенциальной энергии. II. Может ли тело совершать работу за счёт своей внутренней энергии. Как изменяется внутренняя энергия при совершении механической работы над телом или самим телом. Изменяется ли внутренняя энергия тела при теплопередаче. Какая физическая величина служит мерой внутренней энергии. Какими из приведённых ниже примеров их можно подтвердить? 1. При сверлении на токарном станке сверло и заготовку надо охлаждать. 2. Нагретый воздух выталкивает пробку из сосуда независимо от того, на каком этаже он находится. 3. У кипящего на плите чайника крышка подскакивает. 4. Воздух комнаты нагревается за счёт горячей воды, проте- кающей через батареи. 5. При соприкосновении двух тел их температура выравнивается.

Ответы: I - 2; II- 3; III- 1; IV- 4; V- 5.

Теплопроводность

Перенос энергии от более нагретых участков тела к более холодным за счёт теплового движения и взаимодействия ч а с т и ц т е л а

Особенности:

При теплопроводности само вещество не перемещается от нагретого конца тела к холодному. Как же передаётся тепло? Будет ли происходить перенос тепла в условиях невесомости? Разные вещества проводят тепло по-разному. Почему? Проводники тепла:

х о р о ш и е металлы, их расплавы, твёрдые тела и др.

п л о х и е Жидкости, газы, пористые тела, земля…

Приведите свои примеры теплопроводности твёрдых тел, жидкостей и газов.

Теплопроводность вокруг нас

Почему в одинаковых условиях металл на морозе кажется холоднее дерева и горячее – при нагреве?

В какой обуви больше мёрзнут ноги зимой: в просторной или тесной? Объясните.

t0C ρв 40С

Почему водоёмы зимой не промерзают до дна? Попробуйте ответить, используя график изменения плотности воды с температурой.

Зачем жители Средней Азии в жару носят ватные халаты и папахи?

Деревянная ложка в стакане с горячей водой нагревается меньше, чем металлическая.

В каком чай- нике скорее нагреется вода: в новом или старом, на стенках которого имеется накипь? (Чайники одинаковые)

Проверь себя!

Какое из указанных ниже веществ является… А. лучшим проводником теплоты? Б.самым плохим проводником теплоты? В каком состоянии вода обладает… В. наименьшей теплопроводностью? Г. наибольшей теплопроводностью? 1. В твёрдом состоянии. 2. В жидком состоянии. 3. В газообразном состоянии. Д. Каков механизм передачи теплоты при контакте по-разному нагретых твёрдых тел? 1.Быстрые частицы перемещаются из нагретых частей тела в более холодные. 2.Быстрые частицы отдают часть своей энергии менее подвижным из слоя в слой последовательно.

ОТВЕТЫ: А4; Б1; В3; Г1; Д2

1. Пенопласт 2. Железо 3. Стекло 4. Серебро

Конвекция

Перенос тепла от нагретых тел к более холодным струями жидкости или газа.

У горячих слоёв жидкости (газа) плотность уменьшается, и они поднимаются вверх, уступая место более холодным. Возникает циркуляция («движение по кругу») слоёв. Будет ли происходить конвекция между телами с одинаковой температурой? Возможна ли конвекция в вакууме? От чего зависит быстрота теплообмена?

Возможна ли конвекция на борту орбитальной космической станции в условиях невесомости?

В каком состоянии вещества теплота передаётся преимуще- ственно... А. конвекцией? Б. теплопроводностью? 1. Твёрдом состоянии. 2. Жидком и газообразном. 3. Независимо от состояния вещества. В чём состоит явление… В. конвекции? Г. теплопроводности? 1. В том, что молекулы с большей энергией движения пере- дают её менее энергичным молекулам во взаимодействии. 2. Теплота переносится струями жидкости или газа. В состоянии невесомости… Д. не происходит… Е. осуществляется… 1. теплопроводность. 2. конвекция. Ж. Объясняется это тем, что причиной… 1. является архимедова сила. 2. тепловое хаотическое движение молекул.

Составьте тексты из фрагментов А, Б, В, Г, Д, Е, Ж:

ОТВЕТЫ: А2; Б1; В2; Г1; Д2;Ж1; Е1;Ж2.

Конвекция в природе

Как образуются бризы?

День Ночь

Играет ли конвекция важную р о л ь 1) в образовании облаков? 2) в нагревании поверхностных вод океана?

Наблюдаются ли конвективные потоки у поверхности Луны? Марса?

Что теплее: земля или воды океана? Днем? Ночью?

Составьте текст из фрагментов А, Б, В, Г: А.1. При нагревании воздуха снизу… 2. В случае нагревания одного конца металлического стержня... 3. При охлаждении жидкости снизу… Б. 1. в данной части вещества увеличиваются колебания частиц и их средняя кинетическая энергия растёт. 2. циркуляции вещества практически не идёт. 3. в данной части вещества растёт средняя скорость поступательного движения молекул и их средняя кинетическая энергия. В. 1. Процесс выравнивания температуры идёт очень медленно, т.к. не происходит перемешивания слоёв. 2. вещество в этом слое расширяется, его плотность уменьшается и оно поднимается вверх в виде струй, уступая место внизу более холодным слоям. 3. Быстро колеблющиеся частицы одного слоя переда- ют энергию соседним частицам, и так от слоя к слою. Г. 1. Такой способ теплопередачи называют конвекцией. 2. Это явление называется теплопроводностью.

ОТВЕТЫ: 1) А1;Б3;В2;Г1. 2) А2;Б1;В3;Г2. 3) А3;Б2;В1;Г2.

Излучение

Это особое инфракрасное (тепловое) излучение, подобное свету, но невидимое глазу

Передаётся через вакуум на большие расстояния. Любое тело «светится», излучая тепловые лучи. Чем больше температура тела, тем сильнее оно излучает. 4. Поглощают тепло разные тела неодинаково.

П о г л о щ е н и е т е л а м и:

Чёрные тела, шероховатые поверхности, сажа и др.

Белые тела, блестящие, зеркальные поверхности

х о р о ш е е

п л о х о е (лучше отражают)

Приведите свои примеры излучения и поглощения энергии разными телами

Излучение вокруг нас

Зачем крылья самолётов и воздушные шары красят серебряной краской?

В какой одежде менее жарко летом: в белой или тёмной?

Каким способом нагревается вода в ведре?

1

Как змея обнаруживает свою добычу?

Специальный орган, улавливающий тепло животных

А сами туристы?

Вам известно, как происходит передача теплоты… А. в вакууме. Б. в случае конвекции. В. при разной теплопроводности веществ. Различают… Г. хорошие проводники теплоты. Д. плохие проводники теплоты. Какие из этих положений Вы используете для объ- яснения приведённых ниже конкретных фактов? Жидкости и газы всегда нагревают снизу. 2. Главным источником энергии для Земли служит Солнце. 3. В доме зимой лучше сберегают тепло двойные рамы, чем одинарные рамы с толстым стеклом. 4. Батареи отопления изготавливают из металла (чугуна и др.) 5. Железный гвоздь невозможно сильно нагреть, держа в руке, а спичку можно держать почти до полного сгорания.

Ответы: А2; Б1; В5;Г4; Д3

Количество теплоты

Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче называют к о л и ч е с т в о м т е п л о т ы

Обозначается: Q Ед. измерения: 1 Дж Что значит выражение:

Тело получило (отдало) количество теплоты 20 кДж

Произошёл процесс, в результате которого внутренняя энергия тела увеличилась (или уменьшилась) на 20 000 Дж без соверше- ния работы.

От чего зависит величина Q ?

Расчёт количества теплоты

Разная температура

Q ~ t 0C

Разное время нагревания

Q ~ т t 1 t2 0С Q1> Q2 m1 = m2 Разные вещества Q ~ роду вещества Вывод:

количество теплоты, которое получает (или отдаёт) тело, зависит от его массы, рода вещества, и изме- нения температуры.

Удельная теплоёмкость

показывает, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 0С. Обозначается: С. Единица измерения: 1 Дж / кг 0С

Q = cm(t20 – t10) Q1 > Q2

А. Какая из указанных величин не используется при вычислении количества теплоты: 1. разность начальной и конечной температур. 2. объём тела. 3. масса тела. 4. удельная теплоёмкость тела. Б. Можно ли от куска льда отнять некоторое количество теплоты? 1. Нет, т. к. он и так холодный. 2. Да, но только когда окружающие тела имеют ещё более низкую температуру. В. Может ли бочка с водой служить регулятором постоянной температуры в погребе? 1. Нет, погреб недостаточно утеплён для зимних температур. 2. Да. Благодаря высокой теплоёмкости массы воды в бочке выделяемое (поглощаемое) тепло сглаживает колебания тем- пературы в погребе в сравнении с наружной. Укажите единицы измерения… Г. удельной теплоёмкости. Д. количества теплоты. 1. Градус (0С). 2. Дж. 3. Дж / (кг 0С). 4. кг.

Ответы: А2; Б2; В2;Г3; Д2.

Попробуйте рассчитать !

Керосин из мензурок А и В перелили в стакан. Определите температуру керосина в стакане. Нагреванием стакана и объёмом термометра пренебречь.

А В

Реши задачу !

Задача. Латунное тело М опустили в мензурку с водой так, как пока- зано на рисунке. Определить, на сколько градусов повысилась тем- пература тела М, считая неизменной температуру мензурки. Объёмом термометра пренебречь. ОТВЕТ: ~ 1,1 0С

З е мляне

Теплопередача в природе и технике

Какие виды теплопередачи устраняет пробка? Вакуум? Зеркало?

Пробка Вакуум Зеркало

изображён летом, а какой- зимой?

Какой из воробьёв

В каком направлении движется вода (вверх или вниз) при работе двигателя автомобиля?

Объясните, что такое «парниковый эффект»? Вреден или полезен для планеты?

Примерная схема поглощения и излучения (в %) энергии у поверхности Земли. Благодаря атмосфере, средняя темпе-ратура планеты + 14,5 0C (без атмосферы – 18,7 0С).

"Парниковый эффект"

Реши задачи! t, мин. t, 0C 2 3

На одинаковых горелках нагревались вода, медь, железо равной массы. Какой график соответствует каждому веществу?

В железный душевой бак, масса которого70 кг, налили холодной воды объёмом 200 л. В результате нагревания солнечным излучением темпе- ратура воды повысилась с 4 до 30 0С. Какое количество тепло-ты получили бак и вода?

Какое количество теплоты передаст окружающим телам кирпичная печь массой 1,5 Т при охлаждении от 30 0С до 20 0С?

1200 600 300 0 Б Г 2 4 6 8 10 14 16 Вопросы:

Какую t 0 имело тело в т. А,В,Г? Какой процесс описывают участки АБ? БВ? ВГ? При какой t 0 начался процесс? Закончился? Какую t 0 имело тело на 4 мин.? Сколько времени длился процесс охлаждения тела? Что происходило с телом на отрезке БВ графика? 7. Что происходило быстрее: нагревание или охлаждение?

Д

На каком участке телу сообщается некоторое количество теплоты Q? Когда тело отдаёт Q? Какую t 0 имеет тело к концу процесса? Сравните количество теплоты, приобретённое телом в ходе процесса и отданное. Сообщалось ли телу некоторое Q на участке БВ? Зачем?

"Читаем" графики

Энергия топлива энергия СО2 С О

При горении топлива (угля, нефти, газа, сланцев) один атом углерода соединяется с двумя атомами кислорода. При образовании этой молекулы выделяется э н е р г и я.

Q = q*m q m

Удельная теплота сгорания топлива

показывает, какое количество теплоты выделяется при полном сгорании 1 кг топлива. О б о з н а ч а е т с я: q Е д и н и ц а и з м е р е н и я: 1 Дж / кг.

Реши задачу!.

З а д а ч а. Оловянный кубик с ребром 3 см вынули из воды, положили в сосуд, расплавили на газовой горелке и остудили. Определить коли- чество теплоты, зат- раченное на плав- ление. Сколько выде- лит энергии остыва- ющий до 25 0С кубик? Нагреванием сосу- да, воздуха и термо- метра пренебречь.

t = 60 0C t = 25 0C

3. Необходимо ли некоторое количество теплоты для плавления? 4. Как рассчитывается выделившееся при остывании количество теплоты?

1.Как подсчитать массу кубика? 2. Какова температура плавления олова?

Помощь

Рассчитайте:

Воду из мензурки перелили в сосуд и довели до кипения. Определить массу сгоревшего спирта. П о м о щ ь: Определите массу воды. 2. Рассчитайте количе- ство теплоты, необхо- димое для её нагрева- ния до 100 0С. 3. Найдите, какое коли- чество спирта выделя- ет столько же энергии при своём сгорании.

Тепловые машины 4

1 – вал 2 – ротор 3 – лопатка 4 - сопло

Турбина Холодильник 6 5

1 – испаритель 2 – морозильная камера 3 – регулирующий клапан испарителя 4 – змеевик 5 – мотор 6 – компрессор

Турбореактивный двигатель

1 – вал турбины 2 – турбокомпрессор 3 – форсунки для подачи топлива 4 – камеры сгорания 5 – воздушный поток 6 – турбина 7 - сопло

Паровая машина 7

Первый паровоз был сконструирован в 1803 г. английским изобретателем Ричардом Т р е в и т и к о м.

Масса паровоза составляла 5 т. Когда его стали использовать на конной чугунной дороге, он начал ломать рельсы. Второй паровоз Тревитика развивал скорость 30 км/ч, но нашёл место только в качестве аттракциона на небольшой кольцевой дороге.

Первоначальное название парохода – пироскаф. Он имел ещё паруса.

Первый пароход «Клермонт» построен в Сев. Америке (1807 г.). В России впервые пароход «Елиза- вета» курсировал между Санкт – Петербургом и Кронштадтом (1815 г.)

Какие виды энергии использовал пироскаф для своего движения?

Решающая роль в развитии парового железнодорожного транспорта принад- лежит английскому конструктору и изо- бретателю Д. Стефенсону (1781 – 1848). Строить паровозы он начал с 1814 г. Уже в 1823 г. им был основан первый в мире паровозостроительный завод. Под руководством Стефенсона были построены железные дороги.

В 1829 г. состоялись соревнования лучших локомотивов. Первое место среди них занял паровоз Стефенсона «Ракета». Его мощность составляла 3 л.с., а наибольшая скорость – 47 км/ч.

В России первый паровоз был создан крепостными мастерами-самоучками от- цом и сыном Е.А. и М.Е. Черепановыми в 1834 г.

Более 100 лет паровозы были в мире главным транспортным средством

Ракета

Тележка Кюньо

Первым паровым автомобилем была самодвижущаяся тележка французского инженера Ж. Кюньо (1770 г.). Она предназначалась для перевозки артиллерийских орудий. Устройство бы- ло громоздким, трудноуправляемым и при первом испытании тележка налетела на стену. Несмотря на это, все были в восторге от нового вида транспорта.

Первый автомобиль с бензиновым двигателем внутреннего сгорания был создан в 1886 г. Г. Даймлером. В том же году появился трёхколёсный автомобиль К. Бенца. В 1892 г. свой первый автомобиль построил Г. Форд (США). Через 11 лет его автомобили были запущены в се- рийное производство и распространи- нились по всему миру. В 1908 г. автомобили начали произ- водить в России («Руссо-Балт», Рига).

Двигатель внутреннего сгорания

I такт Впуск

III такт Рабочий ход

II такт Сжатие IV такт Выпуск

1 – впускной клапан 2 - поршень

3 - шатун

4 – свеча зажигания

5 – выпускной клапан 6 – коленчатый вал

Вы знаете устройство… А. паровой машины. Б. двигателя внутреннего сгорания. В. паровой и газовой турбины. Г. реактивного двигателя. Д. дизеля. Укажите приведённые ниже особенности работы каждого из них. Истечение продуктов сгорания приводит в движение машину в сто- рону, противоположную направлению вылетающих продуктов сго- рания. В цилиндре периодически происходит воспламенение от искры смеси бензина с воздухом. Расширяющиеся газы толкают поршень, приводящий в движение коленчатый вал. 3. В котле подогревают воду. Сжатый пар давит на поршень, его дви- жение приводит через шатун во вращение маховик. Нагретый пар (или газ) вращает устройство со специальными лопат- ками без помощи поршня и шатуна. В цилиндр впрыскивается топливо, происходит самовоспламенение смеси при сжатии. Расширяющиеся газы толкают поршень, приводя- щий в движение коленчатый вал.

Ответы: А3; Б2; В4; Г1; Д5.

В природе нет процессов создания и уничтожения энергии

Закон сохранения и превращения энергии в механических и тепловых процессах

Энергия превращается из одного вида в другой, при этом её количество с о х р а н я е т с я

Как сохраняется и преобразуется энергия в приведённых ниже примерах? При забивании гвоздя молотком гвоздь нагревается. Падение воды с плотины электростанции на турбину. Закручивание пружины механических часов. Вылет пробки из пробирки при закипании в ней воды. Нагревание ладоней при интенсивном натирании. При быстром расширении жидкая углекислота становится «сухим льдом».

Вам известно: Внутренняя энергия тела может превращаться в механическую. Механическая энергия может превращаться во внутреннюю. Потенциальная энергия может превращаться в кинетическую и наоборот. Часть внутренней энергии одного тела может передаваться другим телам разными способами. Механическая энергия одного тела может передаваться другим телам. Какими из приведённых ниже примеров это можно подтвердить: А. Автомобиль приводится в движение энергией горящей смеси. Б. Падающая вода вращает турбины электростанции. В. При резком торможении шины автомобиля сильно нагреваются. Г. Для закалки свёрла сначала нагревают в печи, а потом резко охлаждают в специальном растворе. Д. Костёр для туриста – главное средство обогревания и приготов- ления пищи.

Ответы: 1А; 2В; 3Б; 4Г, 4Д; 5Б.

Из задач учителя О. Л. Фогель

Задача 1. Какое количество теплоты получит турист, выпив чашку чая массой 200 г, нагретого до t = 46,5 0С? (t тела человека= 36,5 0С). Можно ли быстро согреться таким чаем, если замёрзнешь? Что может случиться в бане, если выпьешь очень холодной воды?

Задача 2. Какое количество энергии приобретёт турист, если к чаю съест ещё бутерброд с маслом? (масса хлеба 100 г, масла – 20 г.; удельная теплота сгорания хлеба - 9 260 000 Дж/кг, а масла – 32 690 000 Дж/кг).

Задача 3. На какую высоту в гору может подняться школьник массой 40 кг за счёт энергии бутерброда, если его организм всю эту энергию превратит в мышечную? Дополнительно рассчитать, если за плечами рюкзак массой 5 кг; 10 кг.

Куда потратится дополнительная энергия, если в гору не идти, а лечь под кустом отдыхать?

Ответы: 1. 8,4 кДж 2. ~1,6 МДж 3. h = Q/mg, 4000 м; 3556 м; 3200 м.

Каким бывает лёд ?

Горячий лёд Мы привыкли считать, что вода не может быть в твёрдом состоянии при t выше 0 0С. Английский физик Бриджмен по- казал, что вода под давлением р ~ 2*109 Па остаётся твёрдой даже при t = 76 0С. Это так называемый «го- рячий лёд - 5». Взять его в руки не- льзя, о свойствах этой разновидно- сти льда узнали косвенным образом. «Горячий лёд» плотнее воды (1050 кг/м3), он тонет в воде. Сегодня известно более 10 разно- видностей льда с удивительными качествами.

Сухой лёд При сгорании угля можно полу- чить не жар, а наоборот, холод. Для этого уголь сжигают в котлах, образующийся дым очищают и улавливают в нём углекислый газ. Его охлаждают и сжимают до давления 7*106 Па. Получается жидкая углекислота. Её хранят в толстостенных баллонах. При открывании крана жидкая углекислота резко расширяется и охдаждается, превращаясь в твёр- дую углекислоту – «сухой лёд». Под влиянием теплоты хлопья сухого льда сразу переходят в газ, минуя жидкое состояние.

Можно ли считать названные разновидности льда новым агрегатным состоянием вещества?

Эстафета формул по теплоте