Открытый урок по теме: "Теплород или энергия частиц?"

… могучие силы природы, созданные велением творца, неразрушимы, и… во всех случаях, когда затрачивается механическая сила, получается точно такое же количество теплоты. Джеймс Джоуль

Тема урока:

Теплород или энергия частиц?

Q 1 = c m Δ T

с – удельная теплоемкость крови,

m – масса крови, перекачиваемая через мышцу в единицу времени,

Δ T – разность температур артериальной и венозной крови.

Q = Q 1 + Q 2

Q 1 — уже известное нам количество теплоты, которое мышца получает через кровь.

Q 2 — это количество теплоты, которое мышца получает другими способами.

Q 1 = c m Δ T

Любопытно, что…

Начиная с XVII века, в физике шла борьба двух представлении о природе теплоты.

Первая теория (точнее было бы сказать - гипотеза) состояла в том, что теплота - это особое вещество, способное проникать в любое тело. Дело, в самом деле, выглядит так, как будто бы нечто переливается из более теплого тела в более холодное. Это нечто называли теплородом. Считалось, что всякое тело представляет собой смесь вещества самого тела с теплородом.

Вторая теория (гипотеза), впервые предложенная в начале XVII века английским ученым Бэконом, утверждала, что теплота - это движение малых частиц внутри тела (молекул, атомов, или, как тогда говорили, нечувствительных частиц). У этой теории было много сторонников, и даже очень знаменитых – Джеймс Джоуль, Михаил Ломоносов.

Джоуль Джеймс Прескотт

(1818-1889)

Михаил Васильевич Ломоносов

(1711-1765)

В результате выяснилось, что теория теплорода не имеет никакого отношения к действительности и что теплота действительно связана с движением частиц внутри тел, но не так, как это себе представляли раньше. То, что «содержится» внутри тел, - это не теплота, а внутренняя энергия т. е. кинетическая энергия поступательного беспорядочного движения частиц. Теплота же - это энергия беспорядочного движения частиц тела, передаваемая (например, при контакте) другому телу, или телам.

Вопрос №1

В один стакан налита холодная вода, в другой- кипяток. В каком стакане вода обладает большей внутренней энергией?

Ответ:

в стакане с кипятком, т.к. U= Eк+Eп; в кипятке молекулы движутся быстрее, следовательно, там больше кинетическая энергия молекул.

Вопрос № 2

ЧТО ЗАЩИЩАЕТ ОТ ХОЛОДА ЛУЧШЕ: ДЕРЕВЯННАЯ СТЕНА ИЛИ СЛОЙ СНЕГА ТАКОЙ ЖЕ ТОЛЩИНЫ?

Ответ:

снег защищает от потери тепла лучше, чем дерево: теплопроводность снега в 2,5 раза меньше. Покрывая землю, он замедляет потерю ей тепла.

Вопрос № 3

При большой физической нагрузке в организме человека вырабатывается столько тепла, что без его рассеяния температура тела возрастала бы на 15 градусов в час. Как же мы избавляемся от «лишнего» тепла?

Ответ:

Большую часть избыточного тепла мы теряем из-за увеличения притока крови к коже и повышенного потоотделения.

Вопрос № 4

Почему при длительном пробеге автомашины резина колес заметно нагревается?

Ответ:

преодолевается трение между колесами и грунтом, затраченная энергия превращается во внутреннюю энергию шин и грунта.

Задача №1

Термос, ёмкость которого 3 л, заполнили кипятком (100°С). Через сутки температура воды в термосе стала 77° С. Определить потерю энергии.

Решение:

Дано:

V =3 л=0.003 м 3

t 1 =100°С

t 2 =77°С

ρ =1000 кг/м 3

c =4200 Дж/кг∙С

Найти:

Q - ?

Q = c · m · ∆ t

m = V · ρ

Q = 4200(Дж/кг∙С) · 0.003 м 3 · ·1000(кг/м 3 ) · (100° - 77°)=

= 289800Дж ≈ 290 кДж

Ответ: 290 кДж

Вопрос № 5

Почему на Севере для измерения температуры воздуха пользуются не ртутным, а спиртовым термометром?

Ответ:

температура замерзания ртути ниже температуры замерзания спирта.

Задача № 2

Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы расплавить кусок льда m=2 кг, взятый при температуре плавления(λ=3,4 · 10 5 Д ж).

Решение:

Дано:

λ=3,4 · 10 5 Д ж

m=2 кг

Найти:

Q - ?

Q= λ∙ m

Q=2 кг · 3,4 ·10 5 Д ж = 6,8·10 5 Д ж

Ответ: 6,8·105 Дж

Задача № 3

Какое количество теплоты необходимо затратить для превращения кусочка льда m=200 г, взятого при температуре 0°С в воду при температуре 40 °С.

Решение:

Дано:

λ=3,4 · 10 5 Д ж

m=200 г=0,2 кг

t 1 =0°С

t 2 =40°С

c =4200 Дж/кг∙С

Найти:

Q - ?

Q= Q 1 + Q 2

Q 1 = λ∙ m Q 2= c · m · ∆ t

Q 1 = 3,4 · 10 5 Дж · 0,2 кг=0,68 · 10 5 Дж = = 68000 Дж

Q 2= 4200 Дж/кг∙С · 0,2 кг ·( 40° С - 0° С )= =33 600 Дж

Q = 68000 Дж+ 33 600 Дж=101 600 Дж ≈ 101,6 кДж

Ответ: 101,6 кДж

Вопрос № 6

Почему плодовые деревья вблизи больших озер долго не распускаются?

Ответ:

вода имеет большую удельную теплоемкость. Вследствие этого вода в больших озерах нагревается весной медленно и поэтому длительное время поглощает тепло из окружающего воздуха. Плодовые деревья вблизи озер из-за охлаждающего действия воды распускаются позднее.

Вопрос № 7

Вы – главный конструктор аппарата для полета к Солнцу. Температура на поверхности Солнца примерно равна 6000 градусов Цельсия. Из каких металлов можно сделать корпус?

Ответ:

Нет такого? А жаль…Будем летать пока к «холодным»небесным телам. Но при перелете через атмосферу все же будет выделятся большое количество теплоты. И здесь плавление, термостойкие материалы, тепловая защита приборов- все важно.

Как устраивались чудеса

Любопытно, что…

изучение показаний чувствительных термометров, установленных на всех континентах, кроме Антарктиды, приводит к выводу, что за прошедшие 500 лет средняя температура Северного полушария выросла на 1,1 градуса Цельсия. Более половины этого прироста приходится на одно лишь последнее столетие, что ученые связывают с тепловым загрязнением атмосферы за счет деятельности человека.

Любопытно, что…

во время торможения спутника в атмосфере высота его орбиты уменьшается, но скорость при этом увеличивается. Снижаясь, спутник движется по спиральной траектории так, что сила тяготения совершает положительную работу, половина которой идет на увеличение кинетической энергии спутника, а половина переходит во внутреннюю энергию.