Теплопередача. Виды теплопередачи.

Конкурс исследовательских работ в рамках Малой академии наук школьников

                                                Республики Башкортостан.        

Секция: Физика

Исследовательская работа

“Теплопередача. Виды теплопередачи”

Автор проекта: Фаттахов Мухамад,

                   обучающийся 8 класса

               МОБУ СОШ с. Сухоречка

Руководитель: Панова Зульфия

                 Хайдаровна, учитель

        МОБУ СОШ с. Сухоречка

2017-2018 учебный год

 с. Сухоречка

Оглавление:

 1. Введение.Актуальность  данной темы……………………………….................3

 2. Тема, цели, задачи, этапы проекта………………………………………………4

 3. Основная часть……………………………………………………………………6

     3.1.  Теплопередача и ее виды……………………………………………………6

     3.2.  Значение  теплопередачи  в природе и в жизни людей…...........................9

3.3. Применение видов теплопередачи в жизни   ................................………..10

3.4.  Опыты………………………………………………………………………..11

 4. Заключение………………………………………………………………………..17

5. Литератураи информационные ресурсы ………………………………………..18

1.Введение.

Но как же жизнь бываетнепроста

с той дамой,что зовётся «Теплота»!

С раннего детства и на протяжении всей своей жизни человек пытается найти ответы на тысячи вопросов, связанных с происходящими вокруг него явлениями. Тысячи "Почему" звучит из уст ребёнка, пока он растёт. На многие вопросы мы находим ответы сами по мере взросления. Другие остаются загадкой. Так и я, открывая мир вокруг, пытался найти объяснение тому, что видел, с чем сталкивался. Особенно меня интересовали вопросы, связанные с теплом и его передачей. Одни ответынаходил изучая  природу, другие доказывал  с помощью опытов, а всю информациюнашел в одном предмете под названием  “Физика”. Одним из самых задаваемых вопросов в физике стал вопрос “Как же передаётся тепло? Как его сохранить”. Данный вопрос, по моему мнению,  актуален и в наше время, так как человек разрабатывает новые материалы, которые лучше сохраняют тепло, как в строительстве , так и в одежде. Ответ на вопрос, конечно же, есть в обычном учебнике по  физике, но чтобы удостовериться, я еще лично проведу исследовательскую работу.

Актуальность  исследовательской работысостоит в изучении современных достижений науки и техники в области теплопередачи на экспериментальном уровне и это вызывает живой интерес в исследовании данной темы.

В зимнее время года возникает необходимость утеплять как самих себя, так и своё жильё, желательно используя современные достижения науки. Изучение этих достижений и определило выбор темы исследования.

2.Тема, цели, задачи, этапы проекта.

Цели моего исследования являются:

• изучить различные виды теплопередачи и их применение в нашей жизни;
• изучение литературы по  теме;
•  рассмотрение роли видов теплопередачи в живой и неживой природе и использование их в жизни человека;
• практическое  исследование особенностей теплопроводности, конвекции, излучения;
• подготовка и проведение демонстраций теплопроводности, конвекции, излучения;

При исследовании я ставил перед собой следующие задачи:

• Изучить явление теплопередачи.
• Рассмотреть виды теплопередачи и их применение.
• Провести опыты по различным видам теплопередачи.
• Проанализировать и обобщить полученные данные.

Объект исследования – процесс теплопередачи.

Предмет исследования -   теплопередача и ее виды;

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

Этапы работы над проектом:

1. Выбортемы.
2. Изучениелитературы.
3. Выполнение исследовательской части работы, подготовка материала.
4. Оформлениеработы.
5. Подготовка и выступление на итоговой конференции.

Методыисследования:

Изучение теории, сравнение, проведение опытов, обобщение и анализ полученных результатов .

Практическаязначимость:использование теоретических знаний на практике.

Моя работа предусматривала несколько этапов:

Первыйэтап-подготовительный – заключался в обсуждении темы, определении цели и задачи проекта;

Второйэтап - основной – заключался в проведении опытов и обработкерезультатов.

Апробация исследования.

Материалы исследования могут быть использованы на уроках физики, во внеклассной работе и в повседневной жизни.

3. Основная часть.

  3.1Теплопередача. Виды теплопередачи.

Еще в 1744—1745 гг. М. В. Ломоносов в своих «Размышлениях о причине теплоты и холода» высказал утверждение о том, что тепловые явления обусловлены движением частиц тела — его молекул.

Но к XVIII столетию теплоту представляли себе в виде невесомой и невидимой жидкости, пропитывающей поры тела, как вода пропитывает губку. Действительно, мы замечаем, что тепло от огня в очаге передается через стенки котла в воду, из воды — в погруженную в нее ложку. Любой человек сумеет найти множество примеров,  подтверждающих это представление.Эта жидкость не только невидима, но и невесома. Эту жидкость назвали теплородом.

Опытное доказательство правильности идей Ломоносова было дано лишь в конце XVIII в. Это сделал английский физик Румфорд. Следя за изготовлением пушек в Мюнхенском арсенале, он обратил внимание на то, что при сверлении и ствол пушки, и сверло сильно разогреваются.

И так,теплопередача, по слову можно понять, что это передача тепла. Это физический процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплопередачей. Существует 3 вида теплопередачи.

Первый вид – это теплопроводность. Теплопроводность – это явление передачи внутренней энергии от одной частитела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.

Второй вид – это конвекция. Конвекция – это вид теплообмена, при котором внутренняя энергия передается струями и потоками.

Третий вид – это излучение. Излучение – это процесс испускания и распространения энергии в виде волн и частиц.

3.2.  Значение  теплопередачи  в природе и в жизни людей.

Вот так  мы узнали, какие бывают виды теплопередачи, а вот сейчас вопрос “Какое же их значение в природе, мире?”. Ответ кроется ещё в прошлом, когда люди еще незнали о теплопередачи, о её видах и свойствах, они пытались получить и сохранить тепло.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).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.

К примеру, излучение. Мы знаем, что энергия  передаётся в виде волн.

К примеру, солнце, образно говоря, греет землю, с помощью электромагнитных волн передаёт тепло земле или  без конвекции  в доме не было бы так тепло. Таких примеров можно приводить много.

3.3  Применение видов теплопередачи в жизни

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 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.

3.4  Опыты

Опыт №1“Сравнение теплопроводности воды и воздуха”

Цель работы:проверить, где обычная банка с жидкостью быстро охладиться от 25 градусов комнатной температуры до самой низкой, в морозильнике или в воде с поваренной солью и льдом, то есть я сравню теплопроводность воздуха и воды.

Приборы и материалы: электрический термометр,  обычный холодильник (морозильник).  Не глубокая, но широкая посуда с водой, обычная соль, поваренная и лёд.

   Ход работы:

   У меня имеется 2 банки с жидкостью с комнатной температурой 25 градусов. Я наливаю в не глубокую чашку воду,  накладываю туда небольшие куски льда и  сыплю поваренную соль. Затем, одну банку с жидкостью я помещаю в морозильник, а другую в чашку с поваренной солью, водой и льдом. Жду 10 минут, и проверяю, где же лучше охладилась банка с жидкостью.

   Прошло 10 минут, я одновременно достаю 2 банки с жидкостью и начинаю проверку. Проверка показала, что банка с жидкостью, которую я достал, с морозилки стала 20 градусов с 25 градусов комнатной температуры. Вторая банка, которая была, в соленой воде вместе со льдом стала 8 градусов с 25 градусов комнатной температуры.

Следовательно, вторая банка с жидкостью охладилась лучше, чем первая, потому что в морозильнике плохая теплопроводность, а вот в воде с солью  лучше, потому что вода полностью покрывает банку с жидкостью, а в морозилке просто холодный воздух.

 Вывод:

Выше приведённым опытом мною выявлено, что теплопроводность воды лучше, чем у воздуха. Вот табличные значения: теплопроводность воздуха 1Дж/кг*с и воды  4200 Дж/кг*с0.

Опыт №2 Вертушка.

Цель работы:узнать, будет ли вращаться вертушка из фольги, при  определённом накале лампы.  

Приборы и материалы: лампа, вертушка из тонкой фольги, остриё от компаса.

 Ход работы:

Я достаю обычную лампу и подключаю её к розетки. Далее на вверх лампы ставлю остриё от компаса и помещаю туда тонкую вертушку из фольги. Включаю лампу, со временем вертушка начинает медленно вращаться, и чем больше  времени  лампа включена, тем вертушка крутиться быстрей.

Вывод:

  Конвекция в воздухе всё- таки, есть, и я смог это доказать. Вертушка начала крутится под действием теплых струй воздуха, исходящих от лампы.

Опыт № 3Теплопередача излучением

Цель работы: доказать, что с помощью волн электроплитки, направленных к теплоприёмнику, который соединён с левом коленом манометра, можно передать тепло так, что температура манометра будет изменяться, то есть увидеть  излучение.

Инструменты и материалы: электроплитка, теплоприёмник, манометр.

Ход работы:

Я электроплиткуставлю вертикально в центре  рядом, где стоит теплоприёмник, а справа ставлю манометр. Электроплитка имеет открытую спираль, а вот внутренняя полость теплоприёмника соединена с левом коленом манометра, правое колено манометра открыто. Разворачиваю  теплоприёмник главной стороной к электроплитке, потом я включаю плитку и слежу за изменениями манометра.При включении электроплитки  волны уходят к теплоприёмнику. А энергия, которая приходит к теплоприёмнику, отдаётся в манометр. И начинают изменяться показания температуры, она повышается.

Вывод:        

  Следовательно,  энергия, получаемая от электроплитки теплоприемником,  передавалась  ни конвекцией, ни теплопроводностью, а именно излучением.

Рассуждение:

Из проведённых выше опытов было доказано, что у трёх видов теплопередачи существуют множество различных способов передавать свою энергию, то есть тепло.

Теперь представьте, чтобы стало с Землёй, если бы этих трёх способов передачи энергии не было?

Ответов на мой же один вопрос будет четыре. Сейчас я объясню, почему же всего лишь на один вопрос, так много ответов. Суть лежит в способах передачи, их всего 3 и к каждому будет ответ с объяснением. Что было бы, если бы не было излучения, и так и далее. А четвертый ответ, это объедённые ответы прошлых трёх, то есть главный ответ.

Вопрос№1 и ответ

Вопрос: Что было бы, если не было бы, теплопроводности  в мире?

Ответ:  теплопроводность нужна для проведения через предмет тепла, тем самым нагревая предмет.  Множество людей попросту не смогли бы приготовить себе ужин и т.д.

Вопрос № 2 и ответ

Вопрос: что было бы, если не было бы, конвекции в мире?

Ответ: тепло от батарей не циркулировало бы по дому, не было бы движения воздушных масс, не было бы дождей вдали от рек морей и океанов, вся земля превратилась бы  в пустыню.

Вопрос № 3и ответ

Вопрос: что было бы, если не было бы, излучения в мире?

Ответ: теплые тела перестали бы излучать тепло, это и костер и лампа; на небе светило бы солнце, но не  грело бы;  Земля превратилась бы в ледяную глыбу, так как не имело бы источников энергии; внутренние слои земли себе спокойно булькали бы при тысячах градусах, но тепло от них не проникало бы на поверхность земли.

Ответ № 4

  (Главный)

1) 2) 3) - все эти случаи приводят к гибели Земли и всего, что есть на ней.

Вот, во что превратится Земля, если это произойдёт.

Она начнёт постепенно замерзать, то есть медленно умирать.

Вывод

Вот я узнал, к чему могут привести все случаи, а приведут, они как я говорил, к гибели Земли. Главное, что данные виды теплопередачи  будут существовать все время, как они существовали, так и будут!

Заключение

Из всех моих приведённых объяснений, рассуждений, доказательств, опытов и выводов  мною и моим учителем физики Пановой З.Х.было подтверждено, что

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.

 Данная тема актуальна и сейчас, тем, что от теплопередачи и её видов и от их существования зависит жизнь людей, животных и всего мира. Ведь на первом месте у человека стоит, не как вы думаете, любовь, деньги, а жизнь. Жизнь это что-то уникальное, не просто какая-то вещь или игрушка,   жизнь – это активное существование. Если бы человек не развивал науку, не было бы активного развития мира,  того скачка вперёд, который полностью изменил жизнь не только человека, но и других живых существ. Человек благодаря науке физике изменил  планету и выбрался в космос. Ведь именно физика, это то, что реально изменила, как и внутреннее, так и внешнее состояние жизни. Именно открытия в физике, это и есть тот скачок, прорыв в жизни людей, такие как полёт в космос, открытие закона падения камня, законов движения и сохранения энергии, открытие электрического тока.

 Теплопередача, кажется, просто три способа передавать тепло, но если их не было бы или на это как-то повлиял человеческий фактор, то планета Земля закончила бы свое существование в космосе!

Литература и информационные ресурсы

1. Учебник физики 8 класс: Перышкин А.В.
2. Блудов М.И. Беседы по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1984.
3. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1977.
4. Дитрих А.К., Юрмин Г.А., Кошурникова Р.В. Почемучка. – М.: Педагогика-Пресс, 1993.
5. http://уроки.мирфизики.рф