Теплопередача в нашей жизни

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В НАШЕЙ ЖИЗНИ

Коновальцев Вадим, учащийся 4е класса МОУ «СОШ №5

Научный руководитель:

Васильева Е.Н.

Саратов 2015

Введение…………………………………………………………………………...3

Глава 1. Теплопередача и ее виды……………………………………………….4

1.1 Что такое теплопередача…………………..…………………………………4

1.2 Виды теплопередачи…………………………………………...……………..4

Глава 2. Применение видов теплопередачи в жизни………………………..…8

Заключение……………………………………………………………………….10

Информационные ресурсы…………………………………………………..….11

Приложения

ВВЕДЕНИЕ

Тему этого исследования мне подсказал такой случай. Однажды, взяв в руки карандаш и ножницы, я обнаружил, что карандаш теплее ножниц. Я спросил у родителей – почему? Родители мне объяснили, что карандаш и ножницы по-разному отводят тепло от моей руки. Мне стало интересно, и я решил разобраться, почему происходит именно так.

Цель исследования – изучить различные виды теплопередачи и их применение в нашей жизни.

В соответствии с целью данного исследования были поставлены следующие задачи:

1. Изучить явление теплопередачи.

2. Рассмотреть виды теплопередачи и их применение.

3. Провести опыты по различным видам теплопередачи.

4. Проанализировать и обобщить полученные данные.

Гипотезы – 1) предположим, что явление теплопередачи не имеет применения в жизни; 2) возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.

Методы исследования – изучение источников информации (книги, статьи, сайты), наблюдение, эксперимент.

Этапы работы:

подготовительный (июнь 2014 г.) – сбор информации по теме исследования из различных источников, планирование работы;

проведение эксперимента (июль 2014 г.) – проведение опытов по изучению видов теплопередачи, наблюдение за применение данного явления в жизни;

подведение итогов эксперимента (август 2014 г.) – анализ собранных данных, выводы.

ГЛАВА 1. ТЕПЛОПЕРЕДАЧА И ЕЕ ВИДЫ

1.1 ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому называется теплопередачей [5].

Каждый предмет может служить «мостиком», по которому перейдет тепло от тела более нагретого к телу менее нагретому. Таким «мостиком» может быть ложка, опущенная в стакан с горячим чаем. Металлические предметы очень хорошо проводят тепло. Конец ложки в стакане становится теплым уже через секунду. Если нужно перемешать какую-либо горячую смесь, то ручку у мешалки делают из дерева или пластмассы. Эти тела проводят тепло во много раз хуже, чем металлы.

«Мостиком» для перехода тепла могут быть и жидкости. Но они проводят тепло хуже твердых тел.

Опыт №1: В пробирке с водой находится кусочек льда. Нагреваем пробирку в верхней части. Вода закипает, а лед не тает.

Вывод: это говорит о том, что вода плохо проводит тепло.

Газы проводят тепло в десятки раз хуже, чем жидкости, и в тысячу раз хуже, чем твердые тела.

Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение (см. Схему). Рассмотрим их более подробно.

Схема «Виды теплопередачи»

1.2 ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

1) Теплопроводность – это передача тепла от одной части тела к другой. Это происходит из-за того, что молекулы, обладающие большей энергией, передают часть своей энергии соседним молекулам. В результате все тело постепенно нагревается. Само вещество при этом не перемещается [1].

Опыт №2: нагревание металлического стержня, к которому с помощью пластилина прикреплены гвоздики. При нагревании конца стержня пламенем свечи гвоздики начинают последовательно отпадать.

Вывод: это происходит потому, что молекулы, находящиеся у конца стержня приобретают при нагревании большую энергию и передают ее соседним молекулам. Постепенно эта энергия передается следующим молекулам и стержень нагревается.

Различные тела обладают разной теплопроводностью.

Опыт №3: завернуть одинаковые кусочки льда в металлическую фольгу, бумагу и вату. Примерно через 20 минут обнаружим, что в фольге растает большее количество льда, в бумаге меньшее, чем в фольге, а в вате меньшее, чем в бумаге.

Вывод: металлы проводят тепло лучше, чем бумага и вата, находясь в одинаковых условиях. Объясняется это тем, что в металлах молекулы расположены близко друг от друга. Кроме этого в металлах имеются свободные электроны, перемещающиеся внутри вещества. Поэтому тепло передается быстро.

Металлы обладают большой теплопроводностью.

В бумаге расстояние между молекулами больше, поэтому передача энергии происходит медленнее. Бумага обладает меньшей теплопроводностью, чем металлы.

Между частицами ваты находится воздух. Молекулы воздуха находятся далеко друг от друга. Поэтому передача энергии от одной молекулы к другой происходит медленнее и вата за счет этого обладает плохой теплопроводностью.

Одинаковой ли теплопроводностью обладают различные металлы?

Опыт №4: два металлических стержня (медный и стальной) одинакового диаметра привести в соприкосновение. К ним прикрепить на одинаковом расстоянии друг от друга пластилином гвоздики. При нагревании стержней в месте соприкосновения заметим, что гвоздики начинают раньше падать на медном стержне, чем на стальном.

Вывод: медь обладает лучшей теплопроводностью, чем сталь. Различные металлы обладают разной теплопроводностью.

2) Конвекция. Как было доказано выше на основании опыта, вода является плохим проводником тепла. Тогда как же она нагревается, например, в чайнике? Воздух еще хуже проводит тепло. Тогда непонятно, почему во всех частях комнаты зимой устанавливается одинаковая температура?

Вода в чайнике быстро закипает из-за земного притяжения. Нижние слои воды, нагреваясь, расширяются, становятся легче и поднимаются вверх. А на их место поступает холодная вода. Это можно наблюдать на опыте №5: в стеклянный сосуд с водой бросим кристаллики марганца. Увидим, что при нагревании окрашенные потоки воды поднимаются вверх.

Этот вид теплопередачи называется конвекцией. При конвекции перемещаются слои самого вещества. Теплые слои, более легкие, поднимаются вверх, а холодные, более тяжелые, опускаются вниз [1]. Постепенно вся жидкость нагревается. То же самое происходит и с воздухом.

Опыт №6: над горящей лампой подвесим легкую бумажную вертушку. Через некоторое время вертушка начнет вращаться. Это происходит потому, что от лампы воздух около нее нагревается, расширяется, становится легким и поднимается вверх, вращает вертушку.

3) Излучение. А как же тепло от Солнца, которое находится от Земли на расстоянии 150 млн. км, через слои безвоздушного пространства (вакуума) доходит до Земли? Оказывается, есть еще один способ теплопередачи – излучение [2]. Объяснить этот способ для меня пока сложно, так как для этого надо знать законы квантовой и волновой физики. Но я понял, что этот способ передачи тепла может осуществляться в вакууме и во всех направлениях. Например, если поднести руку к нагретому утюгу не касаясь его, то мы почувствуем тепло не только сверху (конвекция), но и сбоку. Также я узнал, что различные тела по-разному поглощают и отражают лучи Солнца [4].

Опыт №7: в темную и светлую металлические банки наливаем одинаковое количество воды комнатной температуры. Банки ставим на подоконник, на солнечную сторону. Через некоторое время замечаем, что в темной банке вода нагревается быстрее – значит, она лучше поглощает тепло.

Вывод: белые и блестящие поверхности хорошо отражают солнечные лучи, а темные поглощают их.

Далее рассмотрим, как разные виды теплопередачи применяются в нашей жизни.

ГЛАВА 2. ПРИМЕНЕНИЕ ВИДОВ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В ЖИЗНИ

В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Это можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение).батарея бат

Различные виды теплопередачи находят широкое применение в повседневной жизни, природе и технике. Например, батареи отопления устанавливаются ближе к полу и чаще всего у окна, так как воздух, находящийся около батареи, нагревается, расширяется, становится более легким и поднимается вверх. На его место опускаются более тяжелые холодные слои воздуха. Таким образом, постепенно воздух в комнате прогревается.

В природе благодаря явлению конвекции образуются теплые и холодные течения в океанах. Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются.

Поверхности космических кораблей, ракет, дирижаблей, воздушных шаров, спутников, самолётов окрашивают серебристой краской, чтобы они не нагревались Солнцем. Так  как светлые поверхности отражают солнечную энергию. Если наоборот надо использовать солнечную энергию, то части приборов окрашивают в темный цвет.

Познакомившись с различными видами теплопередачи, можно многое объяснить:

• почему реки зимой не промерзают до дна;
• почему кирпичные стены дома, который строится рядом с нашим лицеем, обшивают листами пенопласта;
• почему у ТЭЦ-5 такая высокая труба;
• почему между стеклами в рамах есть воздушный зазор;
• почему летом люди стараются носить светлую одежду, а зимой шубы и пуховики;
• почему окна с южной стороны летом закрывают серебристой фольгой;
• почему у термоса внутренняя поверхность зеркальная, а между внутренним и внешним сосудами пустота;
• почему в районах вечной мерзлоты здания строят на сваях;
• почему трубы от котельной до потребителя закрывают стекловатой;
• почему люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета), а летом светлые (бежевые, белые цвета);
• почему в районах с жарким климатом люди носят ватные халаты и меховые шапки;
• почему звери зимой надевают более густую шубу, а птицы сидят нахохлившись;
• почему животные, не имеющие волосяного покрова, имеют толстый слой подкожного жира.

Можно привести еще огромное количество интересных примеров применения теплопередачи в нашей жизни.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, теплопередачей называют процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Существует три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция, излучение. В жизни все они чаще всего действуют одновременно. Поэтому вокруг себя мы можем наблюдать множество примеров применения разных видов теплопередачи.

В ходе изучения этой темы стало понятно, что знания различных способов передачи тепла имеют большое значение в жизни человека. Применяя эти знания, можно многое объяснить. А ученые-технологи создают новые строительные материалы, которые хорошо защищают жилище человека от холода и воздействия атмосферных явлений.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ

1. Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1984.
2. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1977.
3. Дитрих А.К., Юрмин Г.А., Кошурникова Р.В. Почемучка. – М.: Педагогика-Пресс, 1993.
4. Ландау Л.Д., Китайгородский А.И. Физика для всех. – М.: Издательство «Наука», 1982.
5. http://уроки.мирфизики.рф