Исследовательская работа "Тепло и способы его передачи"

МАЛАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

МБОУ ШКОЛЫ №34

НАУЧНАЯ РАБОТА

Тема: Тепло и способы его передачи

г. Воронеж

1. Вступление.

Слово «тепло» знакомо и понятно каждому человеку, но в русском языке оно имеет несколько значений.  Согласно словаря Даля, под термином  «тепло» (тепель, теплота) можно понимать:

Во-первых, невесомое вещество, более или менее наполняющее все тела, весь мир. Теплота рождается и проявляется от лучей солнечных, от трения, от сжатия, горения и пр. Значение слов «тепло», «теплота», «тепель», противоположно значению таких слов, как «стыдь»,  «мороз». «Тепло» это мера, при которой вода не мерзнет, лед начинает таять, или, по градуснику, степень выше нуля. От нуля книзу, считают степени мороза, а кверху — тепла. При 100 градусах тепла вода кипит. Высшую и тягостную для человека степень тепла (это когда температура тела человека 39 градусов по шкале Цельсия и выше) зовут жаром. Меньшая степень жара, угодная чувствам нашим и наоборот холод, стужа не приятны человеку и многим др. живым существам.

Во-вторых, под теплом может пониматься состоянье тела, вещества, которое рождает в живом существе особое чувство. Всем, наверное хорошо знакомы фразы «Тёплые отношения» (т. е. доброжелательные), «Стало тепло на душе» (т. е. радостно, спокойно), «Я услышал тёплые слова» (т.е. добрые пожелания, слова сопереживания, поддержки).

В-третьих, «тепло» это особое явление в природе. Часто можно услышать такие фразы: «Вешним теплом пахнуло. Летняя теплота. На дворе тепель настала (оттепель)».

В-четвёртых, «тепло»  широко используется в естественных науках. Есть и другие значения слова «теплота».

Моя научная  работа посвящена более подробному изучения понятия теплоты, которое используется в естественных науках и способов его передачи.

2. Тепло. Теплопроводность. Конвекция.

Люди, да и все живые существа знакомятся с теплом ещё в младенческом возрасте. Только что родившиеся дети, детёныши млекопитающих животных питаются тёплым материнским молоком, прижимаются к тёплому телу матери, чтобы согреться, радуются теплым лучам солнца. Что же такое тепло? Разобраться в этом вопросе нам поможет «Большая иллюстрированная энциклопедия школьника» для детей старшего школьного возраста.

Тепло

Тепло это вид энергии, порождаемой колебаниями атомов вещества. Тепло всегда передается от нагретых предметов к более холодным.

Каждый предмет состоит из атомов и молекул, пребывающих в непрерывном  движении, даже когда сам предмет абсолютно неподвижен. Это движение наделяет предмет внутренней энергией или теплом. Чем быстрее движутся атомы и молекулы, тем сильнее нагревается предмет. Обычно мы измеряем тепло термометром со шкалой Цельсия.

Теплопроводность

Если два предмета с разной температурой соприкасаются, то более теплый обязательно передает часть своего тепла более холодному. Например, когда мы помешиваем горячий чай ложечкой, она тоже нагревается, потому что атомы чая ударяются об атомы ложечки, заставляя их колебаться сильнее. Это явление называют теплопроводностью. Металл – хороший проводник тепла, но некоторые материалы, например пенопласт, проводят тепло очень плохо, поэтому их называют теплоизоляторами.

Конвекция и излучение

Тепло распространяется также за счет конвекции и излучения. Так, тепло Солнца достигает Земли в виде излучения, которое распространяется очень быстро, – теплу требуется всего 8 минут, чтобы преодолеть расстояние от Солнца до Земли. Конвекция протекает только в неравномерно нагретых жидкостях и газах. Теплые участки в жидкости или газе движутся к холодным, отдавая им тепло.

Тепло – это жизнь

Когда мы едим, то наш организм расщепляет пищу, освобождая тепло, согревающие нас изнутри. Сжигая топливо, например уголь или дрова, мы обогреваем дома или приводим в движение машины и турбины электростанций, которые производят электричество.

Три способа передачи тепла

Нехитрое дело - вскипятить воду в  чайнике, но при этом используется одновременно три способа передачи тепла - излучение, теплопередача и конвекция. Излучаемое огнем тепло приводит в движение молекулы воздуха. Горячие молекулы ударяются в дно чайника, заставляя его молекулы колебаться. В металле тепло распространяется за счет теплопроводности, а в воде – за счет конвекции.

В Исландии, на Камчатке есть горячие источники, которые нагреваются внутренним теплом Земли. Люди купаются в них и используют их тепло на геотермальных электростанциях.  Рассмотрим более подробно каким образом осуществляется передача тепла.

3. Способы передачи тепла.

Рассмотрим более подробно способы передачи тепла:

Во-первых, передача тепла может происходить только от более нагретого тела менее нагретому. Ни какой холод ни куда передаваться не может - передается только тепло. Это второй закон термодинамики, который не нуждается в пояснениях и доказательствах.

Во-вторых, передача тепла между предметами может происходит 3 способами:

- в среде газа или жидкости (например, воздуха) посредством конвекции (движения) нагретого газа или жидкости от одного тела к другому. Этот способ возможен только при наличии среды с промежуточным теплоносителем.  Примером может послужить всем хорошо известная батарея системы отопления. Горячая вода подаётся под давлением в батареи, отдаёт свое тепло самой металлической батареи, а она в свою очередь нагревает воздух и все предметы в помещении, где находится эта  батарея.  

- при непосредственном соприкосновении тел, т.е. теплопроводности;

Для примера можно взять утюг, паяльник. Когда мы их включаем, то их тепло передается тем вещам, к которым они прикасаются.  Другой пример, каждый день люди готовят пищу на сковородке, которую ставят на раскалённый нагревательный элемент плиты. Его температура  передаётся сковороде, а затем тому что лежит на ней.

- с помощью инфракрасного (теплового) излучения. Может, осуществляется в любой среде. Этот способ передачи тепла нам наиболее интересен, т.к. именно с помощью него осуществляется передача энергии (тепла) в инфракрасных саунах, от инфракрасных обогревательных печей, ламп;

В-третьих, инфракрасное излучение, так же как и любое другое электромагнитное излучение, ослабевает при увеличении распространения.

В Интернете широко распространено ошибочное мнение, что инфракрасное излучение не поглощается воздухом, однако это не так.

В частности для инфракрасного излучения, азот и кислород, которые входят в состав воздуха не поглощают его, а только ослабляют в результате рассеяния. Однако пары воды, углекислый газ, озон и другие газы, которые входят в состав воздуха, селективно (выборочно) поглощают его. Особенно сильно поглощают ИК излучение пары воды (влажность) и углекислый газ. Кроме того, пыль, содержащаяся в воздухе, рассеивает инфракрасное излучение. Принято считать, что интенсивность ИК излучения убывает обратно пропорционально квадрату расстояния до источника тепла.

В-четвертых, интенсивность инфракрасного излучения зависит от температуры тела - чем выше температура тела, тем мощнее излучение. С этим фактом мы постоянно сталкиваемся в повседневной жизни, и объяснять его не нужно.

4. Заключение.

Из вышесказанного следуют выводы.

Тепло это вид энергии, порождаемой колебаниями атомов вещества. Тепло всегда передается от нагретых предметов к более холодным.

Теплопередача — физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит передача тепловой энергии, или теплопередача от одного тела к другому до наступления температурного равновесия.