Тепловые явления

Беспорядочное перемещение частиц тела, не

прекращающееся при любой температуре выше

Абсолютного нуля (- 273 о 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.

Жидкость

Газ

Твёрдое тело

Сохраняет форму и объём,

сжимаемо.

Сохраняет объём, течёт, несжимаема.

1 см 3 воды содержит 3*10 28 молекул.

Не сохраняет объёма, формы,

течёт, легко сжимается.

Молекулы беспорядочно перемещаются, почти не

взаимодействуют.

Молекулы совершают

только колебания.

Перескоки молекул из одного слоя в другой.

«бродяги»

« кочевники»

«оседлые»

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

Опишите превращения энергии в данных примерах

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

Спички

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?

Если быстро

скользить по

канату, то можно

обжечь руки.

Почему?

В чём сходство и различие причин

загорания спичек?

Что является причиной сгорания искусственных спутников Земли

при их вхождении в плотные слои а т м о с ф е р ы ?

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?

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.

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

• 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…

В какой обуви

больше мёрзнут ноги зимой:

в просторной или тесной?

Объясните.

В каком чай-

нике скорее

нагреется вода:

в новом или

старом, на

стенках которого

имеется накипь?

(Чайники

одинаковые)

Почему

в одинаковых

условиях металл

на морозе кажется

холоднее дерева и

горячее – при нагреве?

Деревянная

ложка в стакане с

горячей водой

нагревается меньше, чем

металлическая.

ρ в

Почему водоёмы зимой не

промерзают до дна?

Попробуйте ответить, используя

график изменения плотности воды

с температурой.

4 0 С

t 0 C

Зачем

жители Средней

Азии в жару

носят ватные

халаты и

папахи?

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.

1. Пенопласт 2. Железо

3. Стекло 4. Серебро

ОТВЕТЫ : А4; Б1; В3; Г1; Д2

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?

В каком состоянии вещества теплота передаётся преимуще-

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

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.

ОТВЕТЫ: А2; Б1; В2; Г1; Д2;Ж1; Е1;Ж2.

Наблюдаются ли

конвективные потоки у

поверхности Луны?

Марса?

Что теплее: земля или

воды океана? Днем?

Ночью?

Играет ли конвекция важную р о л ь

1) в образовании облаков?

2) в нагревании поверхностных

вод океана?

Как образуются бризы?

День

Ночь

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.

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:

х о р о ш е е

п л о х о е (лучше отражают)

Белые тела, блестящие,

зеркальные поверхности

Чёрные тела, шероховатые

поверхности, сажа и др.

Каким способом нагревается вода

в ведре?

Как змея обнаруживает свою добычу?

1

Специальный орган, улавливающий

тепло животных

А сами туристы?

В какой

одежде менее

жарко летом: в белой или

тёмной?

Зачем крылья самолётов и воздушные

шары красят серебряной краской?

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

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

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.

t 2 0 С Q 1 Q 1 Q 2 Q 1 Q 2 Разное время нагревания Разная температура Разные вещества Q ~ т Q ~ t 0 C Q ~ роду вещества количество теплоты, которое получает (или отдаёт) тело, зависит от его массы , рода вещества , и изме - нения температуры . показывает, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 0 С. Обозначается: С . Единица измерения: 1 Дж / кг 0 С Q = cm(t 2 0 – t 1 0 ) " width="640"

t 1

m 1 = m 2

t 1 0 С t 2 0 С

Q 1

Q 1 Q 2

Q 1 Q 2

Разное время нагревания

Разная температура

Разные вещества

Q ~ т

Q ~ t 0 C

Q ~ роду вещества

количество теплоты, которое получает (или отдаёт)

тело, зависит от его массы , рода вещества , и изме -

нения температуры .

показывает, какое количество теплоты требуется для изменения

температуры вещества массой 1 кг на 1 0 С.

Обозначается: С . Единица измерения: 1 Дж / кг 0 С

Q = cm(t 2 0 – t 1 0 )

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 ( 0 С). 2. Дж. 3. Дж / (кг 0 С). 4. кг.

Ответы: А2; Б2; В2;Г3; Д2.

В

А

Керосин из мензурок А и В перелили в стакан. Определите

температуру керосина в стакане. Нагреванием стакана и

объёмом термометра пренебречь.

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 0 С

Какой из воробьёв

Пробка

Какие виды

теплопередачи

устраняет

пробка?

Вакуум?

Зеркало?

Вакуум

изображён летом, а какой- зимой?

Зеркало

З е мляне

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 + 1 4,5 0 C ( без атмосферы – 18,7 0 С ).

2

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 0 С. Какое количество тепло-ты получили бак и вода?

t, 0 C

1

2

3

3

t, мин.

Какое количество теплоты

передаст окружающим телам

кирпичная печь массой 1,5 Т

при охлаждении от 30 0 С до 20 0 С?

На одинаковых горелках нагревались вода, медь, железо равной массы.

Какой график соответствует

каждому веществу?

t, 0 C

t, 0 C

Г

1200

В

Б

600

Б

В

Г

300

А

0

t, мин.

А

2 4 6 8 10 14 16

Вопросы:

Д

0

t , мин.

• 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?

• 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?

О

О

С

Q

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.

С

m

q

СО 2

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.

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 0 С.

3. Найдите, какое коли-

чество спирта выделя-

ет столько же энергии

при своём сгорании.

Холодильник

Паровая машина

1 – испаритель

2 – морозильная

камера

3 – регулирующий клапан испарителя

4 – змеевик

5 – мотор

6 – компрессор

1

3

2

4

5

6

Турбореактивный двигатель

Турбина

3

3

1 – вал турбины

2 – турбокомпрессор

3 – форсунки для

подачи топлива

4 – камеры сгорания

5 – воздушный поток

6 – турбина

7 - сопло

5

1

2

1 – вал

2 – ротор

3 – лопатка

4 - сопло

1

1

2

2

4

4

3

4

6

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.)

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.

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).

4

I такт

III такт

Впуск

Рабочий

ход

1 – впускной

клапан

2 - поршень

4 – свеча

зажигания

2

IV такт

II такт

Выпуск

Сжатие

5

3 - шатун

5 – выпускной

клапан

6 – коленчатый

вал

3

6

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

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.

Задача 1. Какое количество теплоты получит турист, выпив чашку чая массой

200 г, нагретого до t = 46 ,5 0 С? ( t тела человека = 36,5 0 С).

• 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.

Ответы:

1. 8,4 кДж

2. ~ 1,6 МДж

3. h = Q/mg,

4000 м;

3556 м;

3200 м.

Куда потратится

дополнительная

энергия, если в

гору не идти, а

лечь под кустом

отдыхать?

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*10 6 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.

Горячий лёд

Мы привыкли считать, что вода

не может быть в твёрдом состоянии

при t выше 0 0 С.

Английский физик Бриджмен по-

казал, что вода под давлением р ~

2*10 9 Па остаётся твёрдой даже при

t = 76 0 С. 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/м 3 ), он тонет в воде.

Сегодня известно более 10 разно-

видностей льда с удивительными

качествами.