Значение видов теплопередачи в авиации и при полетах в космос доклад
Обновлено: 17.05.2024
3) учить приводить примеры теплопередачи в природе и технике.
продолжить развитие умения анализировать опыты и делать на их основе выводы, формирование умения работать в группах;
способствовать формированию навыков экспериментальной работы и развитию аналитического мышления учащихся
воспитательные способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу
Тип урока Урок изучения нового материала
Формы работы учащихся групповая работа, индивидуальная работа
Необходимое техническое оборудование мультимедийный проектор, компьютеры учащихся, перечень ЭОР, выход в Интернет
Структура и ход урока
Название используемых ЭОР
(с указанием порядкового номера из Таблицы 2)
(с указанием действий с ЭОР, например, демонстрация)
Проверка готовности класса к уроку, приветствие
Формулирует тему урока, цели и задачи, мотивирует учеников на изучение нового материала
Настраиваются на работу, Записывают число и тему урока в тетрадь.
Актуализация знаний учащихся
Проверка домашнего задания. Опрос.
Отвечают домашнее задание
Формулирование вопросов учащимся
Предлагает ответить на вопросы: как вы думаете: что такое теплопроводность, конвекция, излучение, теплопередача? Слушает ответы.
Отвечают на вопросы, слушают одноклассников
Изучение нового материала
Воспринимают информацию, сообщаемую учителем
Объясняет новый материал, опираясь на ресурсы
Формулирование вопросов учащимися
Отвечает на вопросы учащихся
Задают вопросы учителю
Ответы учащихся на вопросы учителя
Задает вопросы учащимся
Отвечают на вопросы учителя
Формулирование контрольного вопроса или задания
Знакомятся с заданием
Выполнение учащимися контрольного задания
Анализирует ответы учащихся, оценивает их деятельность
Записывают домашнее задание
Оценивают работу на уроке
I. Актуализация знаний
Перед началом урока можно провести проверку выполнения домашнего задания. Вспомним ранее изученный материал:
Какую энергию называют внутренней энергией тела?
Какими двумя способами можно изменить внутреннюю энергию?
Приведите примеры изменения внутренней энергии с помощью совершения работы.
Приведите примеры изменения внутренней энергии способом теплопередачи.
Объясните на основе молекулярного строения тела вещества нагревание спицы, опущенной в горячую воду.
При этом все неточности должны фиксироваться, причем не столько учителем, сколько учениками, которые принимают активное участие в работе.
II. Изучение нового материала
План изложения нового материала:
2. Явление конвекции в жидкостях и газах.
Учащиеся уже знают, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплопередачи. Изменение внутренней энергии посредством теплопередачи может производиться по- разному. Различают три вида теплопередачи:
Как вы думаете: что такое теплопроводность, конвекция, излучение, теплопередача? Выслушав ответы, объясняет новый материал.
Теплопроводность ( используя ресурс №1 учитель объясняет, что такое теплопроводность).
Теплопроводность – такой тип теплообмена, когда тепло перемещается от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения молекул.
Очевидно, что этот перенос энергии требует определенного времени.
Сразу можно акцентировать внимание учащихся на физическом содержании процесса. У пламени горелки молекулы, получив избыток энергии, начинают совершать колебания с большей амплитудой, передавая часть энергии при соударениях с соседними слоями.
Особенность теплопроводности в том, что само вещество не перемещается. Ясно, что чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла.
Все кристаллы имеют очень хорошую теплопроводность. И наоборот, те вещества, в которых расстояния между молекулами большие - плохие проводники тепла. Это — различные породы древесины, строительный кирпич, котором есть поры, заполненные воздухом, различные газы. Плохая теплопроводность у шерсти и меха, так как между ворсинками также много воздуха. Именно наличие меха позволяет отдельным животным переносить зимнюю стужу.
Конвекция (используется ресурс №2)
Под конвекцией понимают перенос энергии струями жидкости или газа.
Включив лампу накаливания с отражателем и подставив над лампой бумажную вертушку, мы замечаем, что она начинает вращаться (этот опыт проиллюстрирован в презентации). Объяснение этому факту может быть одно: холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается.
Плотность горячего воздуха или жидкости меньше, чем холодного, поэтому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплой жидкости поднимаются вверх, а на их место опускается холодная жидкость.
Замечено, что жидкость можно нагреть и при нагревании ее сверху, но это — длительный процесс. В данном случае нагрев происходит не за счет конвекции, а за счет теплопроводности.
Система отопления помещений основана именно на перемещении конвекционных потоков теплого и холодного воздуха: постоянное перемешивание воздуха приводит к выравниванию температуры по всему объему помещения.
Очевидно, что главным отличием конвекции от теплопроводности является то, что при конвекции происходит перенос вещества, имеющего большую внутреннюю энергию, а при теплопроводности вещество не переносится.
Холодные и теплые морские и океанские течения — примеры конвекции. Также в качестве примеров конвекции можно привести ветры, которые дуют в земной атмосфере.
3. Излучение или лучистый теплообмен (применяем ресурс №3)
Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн. Любое нагретое тело является источником излучения.
Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.
Темные тела не только лучше поглощают энергию, но и лучше ее отдают в окружающую среду. Два одинаковых тела, нагретые до одной температуры, остывают по-разному, если у них разный цвет поверхности. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию используют при строительстве самолетов; крыши высотных зданий в жарких странах также красят в светлые тона.
III. Закрепление изученного материла
С целью закрепления изученного материла можно провести краткий опрос-беседу по следующим вопросам:
— Приведите примеры, какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?
—Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.
— Почему конвекция невозможна в твердых телах?
— Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются излучением, чем со светлой. Отвечает на вопросы.
Выполнение контрольного задания.
Ученикам нужно решить тесты на компьютерах по теме теплопроводность и конвекция, используя ресурсы №4 и №5.
Оцените свою работу за урок.
Если вы поняли материал, можете его рассказать и объяснить, то поставьте себе “5”.
Если материал поняли, но есть некоторые сомнения в том, что вы сможете его воспроизвести, то “4”.
Если материал усвоен слабо, то “3”.
Поднимите “мордашки”. С каким настроением у нас закончился урок.
С явлением конвекции связаны процессы горообразования. В первом приближении земной шар можно рассматривать как систему, состоящую из трех концентрических слоев. Внутри находится массивное ядро, состоящее в основном из металлов в виде очень плотной жидкой массы. Ядро окружают полужидкая мантия и литосфера. Самый верхний слой литосферы — земная кора. Литосфера состоит из отдельных плит, которые плавают на поверхности мантии. Вследствие неравномерного разогрева отдельных участков мантии, а также разной плотности горных пород в различных участках мантии в ней возникают конвективные потоки. Они вызывают перемещения литосферных плит, несущих континенты и ложа океанов.
Там, где плиты расходятся, возникают океанские впадины. В других местах, где плиты сталкиваются, образуются горные массивы. Скорость перемещения конвективных потоков в мантии очень мала. Соответственно и плит 2—З см в год. Однако геологические эпохи плиты могут перемещаться на сотни и тысячи километров.
Чем же вызвана столь большая теплопроводность металлов, которая в сотни и тысячи раз больше, чем у изоляторов? дело, очевидно, в структуре металлов, в особенностях металлической связи.
В самом деле, если бы теплопроводность металлов определялась только колебаниями частиц в узлах кристаллической решетки, то она бы не отличалась от теплопроводности изоляторов. Но в металлах есть еще множество свободных электронов
электронный газ, который и обеспечивает их высокую теплопроводность.
В участке металла с высокой температурой часть электронов приобретает большую кинетическую энергию. Так как масса электронов очень мала, то они легко проскакивают десятки промежутков между нонами. Говорят, что у электронов большая длина свободного пробега. Сталкиваясь с нонами, находящимися в более холодных слоях металла, электроны передают им избыток своей энергии, что приводит к повышению температуры этих слоев.
Чем больше длина свободного пробега электронов, тем больше теплопроводность. Именно поэтому у чистых металлов, где в кристаллической решетке дефектов относительно мало, теплопроводность велика, У сплавов, где дефектов решетки гораздо больше, длина свободного пробега меньше, соответственно меньше и теплопроводность.
Явления теплообмена в авиационной и ракетной технике
- Явление теплопередачи сопровождает многие производственные процессы. Они составляют основу или значительную часть рабочего процесса многих машин и устройств. Выбор методов повышения качества и теплопередачи системы охлаждения, выбор изоляционных или теплопроводных материалов, а также большинство режимов теплопередачи определяют совершенство различных машин и оборудования. Многие проблемы, возникающие при создании самолета и его силовых установок, решаются на основе теории теплоты transfer.
В то же время теоретические и экспериментальные исследования теплопередачи в условиях эксплуатации летательного аппарата и его двигателей, изучение новых методов теплозащиты и повышения теплопередачи обогащают теорию теплопередачи, совершенствуют ее вычислительный аппарат, приводят к созданию новых методов расчета и исследований. Теплообмен между твердыми телами и быстро движущимися газовыми потоками сопровождается воздействием механической энергии и процессом теплового взаимопревращения. При торможении быстрого потока газа вблизи стенки температура повышается, что может сопровождаться диссоциацией и ионизацией частиц газа.
Полуэмпирические вычисления показали хорошее соответствие с измерениями коэффициентов трения и профилей скоростей в трубах с шероховатой поверхностью. Людмила Фирмаль
Эти процессы усложняют расчет теплообмена между газовым потоком и поверхностью твердого тела. При полете на высоте 500-1000 м / с со скоростью 11-30 км температура воздуха, обтекающего самолет, составляет 70-430°С, но температура атмосферы на этой высоте составляет −55°С. Во время полета ракетного аппарата за счет аэродинамического нагрева приобретаются значительно большие масштабы. Правда, на большой высоте, где плотность воздуха очень низкая, температура воздуха не определяет температуру обшивки самолета, так как основную роль играет теплообмен с излучением. Но на высоте менее 150 км, и особенно менее 60 км, температура самолета определяется аэродинамическим нагревом.
Теплообмен разреженных газов Определенные особенности, а следовательно и их законы, отличаются от законов теплопередачи в плотных газах.1. изучение Закона теплопередачи в разреженных газах является одной из задач теории теплопередачи. Способность самолета достигать высоких скоростей и высот в значительной степени ограничена качеством авиационных двигателей. Размер и вес газотурбинного двигателя летательного аппарата могут быть значительно уменьшены за счет повышения температуры газа перед летательным аппаратом. turbine. To для этого необходимо охладить лопатки турбины и другие части двигателя. turbine.
Эти измерения показывают, что коэффициент трения на таких поверхностях постепенно падает до постоянной величины при увеличении критерия Рейнольдса и что очевидный уклон кривых. Людмила Фирмаль
В связи с этим возникла необходимость изучения теплообмена вращающихся поверхностей. Проблема охлаждения стенок камеры сгорания и сопел жидкостного ракетного двигателя не такова acute. In в камере сгорания такого двигателя температура газа превышает 3000°С, поэтому даже если стенки топлива охлаждаются снаружи, форсунка может выгорать. Проблема тепловой защиты стенок сопла и камеры ракетного двигателя на твердом топливе осложняется тем, что топливо не может быть использовано для наружного охлаждения. Самолет и его силовые установки характеризуются высокими тепловыми нагрузками. Когда баллистическая ракета входит в атмосферу, тепловой поток к ее поверхности достигает 40,000-100,000 kWh.
В сопле жидкостного ракетного двигателя тепловой поток достигает порядка 30 000 кВт / м. большой тепловой поток наблюдается и в реакторе. Теплообмен в условиях высоких тепловых нагрузок имеет несколько характеристик и требует специальных исследований. Поэтому развитие ракетных и авиационных технологий связано с необходимостью решения многих задач теории теплопередачи.
Образовательный сайт для студентов и школьников
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
Из известных 3-х видов теплопередачи (теплопроводность, конвекция и излучение) в космосе наиболее распространены последние два вида.
1. Конвекция (перенос тепла при перемещении нагретых масс вещества) имеет место:
1) в недрах звёзд, где существует так называемая конвективная зона, в которой верхние, остывшие, массы плазмы погружаются, а более горячие, глубинные, - всплывают;
2) при расширении оболочек сверхновых звёзд - предполагается, что корональный (находящийся во внешних областях) газ галактик испытал нагрев именно таким путём;
3) при перетекании вещества с более горячего на менее горячий компонент в тесной двойной системе звёзд.
2. Излучение (перенос энергии происходит посредством квантов электромагнитного излучения и их поглощения веществом) :
1) в тех же звёздах существует зона переноса лучистой энергии (она находится под конвективной зоной и примыкает непосредственно к зоне термоядерных реакций) ;
2) нагревание околозвёздных пылевых оболочек и протопланетных дисков;
3) нагревание и последующее испарение "звёздных коконов" - газо-пылевых облаков на месте рождения звёзд;
4) эффект "яркого пятна" в тесной двойной звезде, когда более горячий компонент своим излучением ионизирует обращённую к нему сторону второго компонента;
5) ну и нагревание атмосфер и поверхностей планет, о чём здесь уже писали.
Вопреки сложившемуся мнению о том, что в космосе очень холодно (температура ниже 4K), холод, как скорость остывания, можно рассматривать с разных позиций. Теплопроводность в вакууме также близка к нулю, поэтому тепловой поток от нагретого тела, выпущенного в открытое пространство, будет осуществляться только за счет излучения. Величина излучения пропорциональна 4-ой степени температуры. Например, если вдруг космонавт окажется в открытом космосе (и далеко от ближайших звёзд, так что нагревом от внешних источников пренебрежём) , потеряв возможность вернуться на корабль, то он не покроется коркой льда и его не постигнет скорая ледяная смерть. Его температура, ~310K, достаточна, чтобы находиться в комфортных температурных условиях некоторое (по крайней мере до прилета спасательной космической службы) время. На один градус космонавт охладится примерно за сорок минут. Далее скорость процесса охлаждения будет падать согласно закону Стефана-Больцмана.
Солнце греет землю - это излучение. А теплопередача, я думаю, только при столкновении двух тел происходит - космических камней каких-нить, или осколков метеоритов
В каком смысле? Это задачка из учебника что ли? Насколько я знаю общую физику, в космосе теплоперенос осуществляется гораздо медленне, чем в условиях атмосверы, так как таковой там просто нет. Нагретый предмет не может передавать тепло атомам окружающего газа, а может только излучать тепло в вакуум в виде электромагнитного излучения инфракарсного диапазон, или попросту теплового излучение. Поэтому нагретый предмет будет в космосе (в тени) будет остывать гораздо дольше, чем на земле.
- развивающая: продолжить формирование у обучающихся ключевых умений, имеющих универсальное значение для различных видов деятельности – выделение проблемы, принятие решения, поиска, анализа и обработки информации;
- воспитательная: воспитывать коллективизм, творческое отношение к порученному делу.
Подготовительная работа
Учащиеся самостоятельно распределяют обязанности, осуществляют поиск и сбор информации, ее анализ и представление, продумывают план эксперимента, подготавливают необходимое оборудование для его выполнения, обсуждают и объясняют наблюдаемое.
В ходе работы над проектом учитель и ученики тесно сотрудничают, в частности, проводятся консультации, на которых учитель осуществляет контроль и корректировку деятельности учащихся.
Оформление урока
Необходимо подготовить экран и мультимедийный проектор. На экран должен быть спроецирован слайд с названием темы урока. Оборудование для экспериментов следует разместить на демонстрационном столе.
- уметь описывать и объяснять такие физические явления, как теплопроводность, конвекция и излучение;
- уметь использовать полученные знания в повседневной жизни.
- развитие слухового и зрительного восприятия;
- развитие мышления, речи, памяти, внимания;
- поиск, анализ и обработка информации.
Воспитание личностных качеств (аккуратности, умений работать в коллективе, дисциплинированности);
воспитание познавательного интереса к предмету;
способствовать воспитанию всестороннеразвитой личности ребёнка.
Оборудование: экран и мультимедийный проектор, презентация; оборудование, подготовленное каждой группой.
I . Организационный этап (2 мин.)
Цель: включить учащихся в учебную деятельность, определить содержательные рамки урока:
Ознакомление с планом урока.
II. Актуализация знаний учащихся (35 мин.)
Цель: актуализировать знания о видах теплопередачи, обобщить и систематизировать знания о теплопередачи, конвекции и излучении, применить полученные знания в повседневной жизни.
1. Что с точки зрения физики объединяет следующие пословицы? (на слайде)
А) За горячее железо нехватайся. Затем кузнец клещи куёт, чтоб рук не ожечь.
Б) Наша изба неравного тепла. На печи тепло, на полу холодно.
В) Красное солнышко на белом свете чёрную землю греет.
Ответ: внутренняя энергия тел изменяется в результате теплопередачи.
2. В чём различие с точки зрения физики явлений, о которых говорится в пословицах ?
Ответ: в этих пословицах говорится о разных способах передачи тепла.
А как называются различнык способы передачи тепла в физике ? ( Виды теплопередачи)
3. А теперь сформулируйте тему нашего урока.
Построим систему знаний, элементы которой мы узнали при изучении данной темы. Представим это для наглядности в виде схемы.(шаблоны на партах учащихся).
Работаем вместе (заполняем вместе).
1) Как будет называться главная фигура, отражающая название темы и схемы?
Ш. – Виды теплопередачи.
У. - Зафиксируем это.Фигура 1-она будет главной в схеме; внесем в нее текст( название), выделим фигуру или текст цветом.
2) Что изменяется в результате теплопередачи? Какаой вид энергии изменяется в результате теплопередачи?
Ш. – Внутренняя энергия тел.
У. - Виды теплопередачи связаны с изменением внутренней энергией тел.
Зафиксируем это в фигуре 2.
3) Какому важному закону подчиняются виды теплопередачи, связанные с изменением внутренней энергии тел?
Ш. - Закону сохранения и превращения энергии.
У. - Верно . Запишем это в фигуре 3. Так как это - один из важнейших законов природы, фигуру 3 разместим над фигурами 1и 2.
4,5,6) С какими конкретными видами теплопередачи мы познакомились?
Ш. - Теплопроводность, конвекция, излучение.
У. - Правильно. Отразим это в схеме, а фигуры расположим под главной в один ряд, так как каждая соотносится с самостоятельным физическим явлением.
Остальные графы обобщающей таблицы, необходимо заполнить на протяжении всего урока, слушая выступления групп и используя полученные нами знания.
У. Наш урок посвящен защите учебных проектов. Мы повторим виды теплопередачи, познакомимся с проявлениями теплопроводности, конвекции, излучения в природе и технике. Три группы выбрали один из видов теплопередачи. Задание включало теорию, эксперимент и создание компьютерной презентации. По итогам защиты группа должна подготовить фотоотчет. Обратите внимание на то, что время защиты проекта не должно превышать 5-7мин.
4. Защита проектов.
1. О каком виде теплопередачи говорится в первой пословице?
Теплопроводность – явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.
Теплопроводность — вид теплообмена, при котором происходит передача внутренней энергии от частиц более нагретой части тела к частицам менее нагретой части.
Эксперимент
Демонстрация разной теплопроводности серебряной( деревянной) ложки и ложки из нержавеющей стали после нагревания их в горячей воде.
Разные вещества имеют разную теплопроводность. Теплопроводность у металлов хорошая. Например, медь используется при устройстве паяльников. Теплопроводность стали в 10 раз меньше теплопроводности меди. Малой теплопроводностью обладают древесина и некоторые виды пластмасс. Это их свойство используется при изготовлении ручек для нагревательных предметов, например, чайников, кастрюль и сковородок.
Плохой теплопроводностью обладают войлок, пористый кирпич шерсть, пух, мех (обусловленная наличием между их волокнами воздуха), поэтому эти материалы, наряду с древесиной, широко используются в жилищном строительстве.
Мы принесли различные теплоизоляционные материалы- паклю, пенопласт , которые применяют в строительстве. Регулирование теплообмена является одной из основных задач строительной техники. В тех случаях, когда теплообмен является нежелательным, его стараются уменьшить. Для этого используют теплоизоляцию.
Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена. Это говорит о том, что воздух обладает плохой теплопроводностью. У жидкостей и газов теплопроводность очень мала, но и а газах и в жидкостях может передаваться тепло.
Как вам ни покажется странным, но и, снег, особенно рыхлый, обладает очень плохой теплопроводностью. Этим объясняется то, что сравнительно тонкий слой снега предохраняет озимые посевы от вымерзания.
Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом.
(Сл.11) 2. А о каком виде теплопередачи говорится во второй пословице?
Конвекция – вид теплопередачи, при котором энергия переносится струями газа и жидкости.
Существует два вида конвекции: естественная и вынужденная.
Естественная конвекция – самопроизвольное охлаждение, нагревание, перемещение.
Вынужденная конвекция – перемещение с помощью насоса, мешалки и т.п.
В твердых телах конвекции нет, так как их частицы не обладают большой подвижностью.
Много проявлений конвекции можно обнаружить в природе и жизни человека. Конвекция также находит применение в технике.
Эксперимент
Демонстрация горения свечи, которую частично накрывают стеклянным цилиндром без дна (внизу оставляют свободное пространство); прекращение горения свечи при полном опускании стеклянного цилиндра.
Эксперимент
На столе два стакана с горячей водой, один стоит на льду, а на крышке другого лежит лед. Учащиеся объясняют, в каком стакане вода остынет быстрее (конвекция в жидкостях).
И чтобы кипяток быстрее остыл, мы ложечкой размешиваем (вынужденная конвекция)
Нагревание и охлаждение жилых помещений основано на явлении конвекции. Так охлаждающие устройства целесообразно располагать наверху, ближе к потолку, чтобы осуществлялась естественная конвекция. Обогревательные приборы располагают внизу.
Бриз – возникает на границе суши и воды, т.к. они нагреваются и остывают по-разному. Вода нагревается и остывает медленнее, чем земля(песок) в 5 раз. Из-за этого днём над сушей образуется область низкого давления, а над морем – область высокого давления. Возникает движение воздушных масс из области высокого давления в область низкого давления, что и называется дневным бризом. Ночью все происходит наоборот.
(Сл.19 ) 3. А о каком виде теплопередачи говорится в третьей пословице?
Излучение (лучистый теплообмен) – вид теплопередачи, при котором энергия переносится тепловыми лучами (электромагнитными волнами).
Происходит всегда и везде. Может осуществляться в полном вакууме.
Излучение происходит от всех нагретых тел ( от человека, костра, печи и т..д.)
Чем больше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.
Тела не только излучают энергию, но и поглащают.
Тела с темной поверхностью лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.
Солнце- источник энергии на Земле.
Как передается солнечное тепло на Землю? Ведь в космическом пространстве нет ни твердых, ни жидких, ни газообразных тел. Следовательно, космическое пространство не может передавать тепло Солнца на Землю ни путем теплопроводности, ни путем конвекции. Дело в том, что тепло от Солнца к Земле передается также как сигнал с радиостанции приемнику, - электромагнитными волнами.
Много проявлений теплового излучения можно обнаружить в природе и жизни человека. Тепловое излучение также находит применение в технике.
Способность тел по разному поглощать энергию излучения используется человеком.
Вспаханная почва, почва с растительностью (Слайд ). Днем почва поглощает энергию и нагревается излучением, но быстрее и охлаждается. На ее нагревание и охлаждение влияет присутствие растительности. Так, темная вспаханная почва сильнее нагревается излучением, но быстрее и охлаждается, чем почва, покрытая растительностью.
На теплообмен между почвой и воздухом влияет также погода. В ясные, безоблачные ночи почва сильно охлаждается – излучение от почвы беспрепятственно уходит в пространство. В такие ночи ранней весной возможны заморозки на почве. Если же погода облачная, то облака закрывают Землю и играют роль своеобразных экранов, защищающих почву от потери энергии путем излучения.
Какой из чайников быстрее остынет?
Для чего самолёты красят серебряной краской, а душ на даче в темный?
(Сл. 26) Термос (строение)
– Как уберечь энергию? (объясняют принцип действия и устройство термоса, акцентируя внимание на видах теплопередачи.)
Пробка (Закрепить конвекцию)
Вакуум (Долой теплопроводность)
Зеркало (Прочь излучение)
III. Заключение (3 мин)
Подведение итогов по всем этапам работы.
повторить § 3 - 6, продолжить заполнение табл. дома,
Оцените свою работу за урок.
Если вы поняли материал, можете его рассказать и объяснить, то поставьте себе “5”.
Если материал поняли, но есть некоторые сомнения в том, что вы сможете его воспроизвести, то “4”.
Если материал усвоен слабо, то “3”.
Поднимите «смайлики”. С каким настроением у нас закончился урок?
Рефлексия урока .
Учащимся предлагается заполнить листы рефлексии.
сегодня я узнал…
урок дал мне для жизни…
мне захотелось…и я
Подведение итогов урока, выставление отметок.
III. ЗАКЛЮЧИТЕЛЬНЫЙ ЭТАП (3 мин)
Цель: дать анализ и оценку успешности достижения цели и наметить перспективу последующей работы;; поблагодарить одноклассников, которые помогли получить результаты урока.
Выставление оценок за урок.
Д/З Заполнить таблицу:
Проверка таблицы (взаимопроверка)
Как осуществляется перенос энергии
В какой среде происходит?
Примеры в природе и технике
В результате взаимодействия частиц друг с другом
Металлы, твёрдые тела, жидкости, газы
Меховая и многослойная одежда.
Пористые материалы в строительстве.
Струями жидкости и газа
Жидкости и газы
Расположение вентиляции, кондиционеров и форточек у потолка, а батарей у пола
Цели: ознакомить учащихся с. видами теплообмена; научить их объяс¬нять тепловые явления на основании молекулярно-кинетической теории. Демонстрации: перемещение тепла по спицам из различных металлов; вращение вертушки над горящей лампой; нагревание раствора медного ^ку¬пороса в колбе; взаимодействие источника излучения с теплоприемником!
Содержимое разработки
Виды теплопередачи
Цели: ознакомить учащихся с. видами теплообмена; научить их объяснять тепловые явления на основании молекулярно-кинетической теории.
Демонстрации: перемещение тепла по спицам из различных металлов; вращение вертушки над горящей лампой; нагревание раствора медного ^купороса в колбе; взаимодействие источника излучения с теплоприемником!
Ход урока
I. Повторение. Проверка домашнего задания
Перед началом урока можно провести проверку выполнения домашнего задания. При этом один из учеников может ответить на вопросы в конце параграфа, а другой описать итог экспериментальной работы. При этом все неточности должны фиксироваться, причем не столько учителем, сколько учениками, которые принимают активное участие в работе.
II. Изучение нового материала
План изложения нового материала:
Явление конвекции в жидкостях и газах.
Учащиеся уже знают, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплообмена. Изменение внутренней энергии посредством теплообмена может производиться по-разному. Различают три вида
Способы изменения внутренней энергии
Теплопередача
теплопроводность
Лучистый теплообмен
1. Теплообмен посредством теплопроводности.
Теплопроводность - такой тип теплообмена, когда тепло перемещается от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения молекул.
Очевидно, что этот перенос энергии требует определенного времени.
Подготовив установку, чуть-чуть модифицированную по сравнению с той, что представлена на с. 1J учебника, ставим опыт, который показывает, что по разным материалам тепло перемещается с разной скоростью (рис. 1).
Для опыта необходимо взять два стержня одинаковой геометрии из меди и железа. На равных расстояниях по длине стержней укрепить кнопки на воске и свободные концы стержней начать нагревать от спиртовки.
Легко заметить, что первыми кнопки начнут падать с медного стержня. То есть тепло Рис. 2
быстрее перемещается по медному стержню.
Можно провести и еще один опыт: на деревянный цилиндр накалывается ряд кнопок, и цилиндр обертывается одним слоем бумаги (рис. 2). При кратковременном помещении цилиндра в пламя горелки происходит неравномерное обугливание бумаги.
Учитель задает вопрос:
- Почему бумага, прилегающая к кнопкам, обуглилась меньше?
Сразу можно акцентировать внимание учащихся на физическом содержании процесса. У пламени горелки молекулы, получив избыток энергии, начинают совершать колебания с большей амплитудой, передавая часть энергии при соударениях с соседними слоями.
Особенность теплопроводности в том, что само вещество не перемещается. Ясно, что чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла.
Все кристаллы имеют очень хорошую теплопроводность. И наоборот, те вещества, в которых расстояния между молекулами большие - плохие проводники тепла. Это - различные породы древесины, строительный кирпич, в котором есть поры, заполненные воздухом, различные газы. Плохая теплопроводность у шерсти и меха, так как между ворсинками также много воздуха. Именно наличие меха позволяет отдельным животным переносить зимнюю стужу.
2. Под конвекцией понимают перенос энергии струями жидкости или газа.
Включив лампу накаливания с отражателем и подставив над лампой бумажную вертушку, мы замечаем, что она начинает вращаться (этот опыт, проиллюстрирован в учебнике на с. 14). Объяснение этому факту может быть одно: холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается.
Плотность горячего воздуха или жидкости меньше, чем холодного, поэтому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплой жидкости поднимаются вверх, а на их место опускается холодная жидкость.
Замечено, что жидкость можно нагреть и при нагревании ее сверху, но это - длительный процесс. В данном случае нагрев происходит не за счет конвекции, а за счет теплопроводности.
Система отопления помещений основана именно на перемещении конвекционных потоков теплого и холодного воздуха: постоянное перемешивание воздуха приводит к выравниванию температуры по всему объему помещения.
Очевидно, что главным отличием конвекции от теплопроводности является то, что при конвекции происходит перенос вещества, имеющего большую внутреннюю энергию, а при теплопроводности вещество не переносится.
Холодные и теплые морские и океанские течения - примеры конвекции.
3. Под лучистым теплообменом, или просто излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн. Любое нагретое тело является источником излучения.
Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.
Если поставить опыт, описанный и проиллюстрированный в учебнике на с. 89, мы можем убедиться в том, что от излучателя лучистая энергия попадает на теплоприемник, и нагретый в колене манометра воздух увеличивает свое давление. Если темную мембрану теплоприемника заменить на зеркальную, то степень поглощения лучистой энергии станет заметно меньше, что видно по малому перепаду уровней жидкости в коленах манометра.
Темные тела не только лучше поглощают энергию, но и лучше ее отдают в окружающую среду. Два одинаковых тела, нагретые до одной температуры, остывают по-разному, если у них разный цвет поверхности. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию используют при строительстве самолетов; крыши высотных зданий в жарких странах также красят в светлые тона.
III. Закрепление изученного материала
С целью закрепления изученного материла можно провести в конце урока краткий опрос-беседу по следующим вопросам:
- Приведите примеры, какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?
- Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.
Почему конвекция невозможна в твердых телах?
Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются излучением, чем со светлой.
Домашнее задание
миг 4. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 956, 960, 970,979. Дополнительный материал Конвекция
С явлением конвекции связаны процессы горообразования. В первом приближении земной шар можно рассматривать как систему, состоящую из трех концентрических слоев. Внутри находится массивное ядро, состоящее в основном из металлов в виде очень плотной жидкой массы. Ядро окружают полужидкая мантия и литосфера. Самый верхний слой литосферы - земная кора.
Литосфера состоит из отдельных плит, которые плавают на поверхности мантии. Вследствие неравномерного разогрева отдельных участков мантии, а также разной плотности горных пород в различных участках мантии в ней возникают конвективные потоки. Они вызывают перемещения литосферных плит, несущих континенты и ложа океанов.
Там, где плиты расходятся, возникают океанские впадины. В других местах, где плиты сталкиваются, образуются горные массивы. Скорость перемещения конвективных потоков в мантин очень мала. Соответственно и плит 2-3 см в год. Однако за геологические эпохи плиты могут перемещаться на сотни и тысячи километров.
Чем же вызвана столь большая теплопроводность металлов, которая в сотни и тысячи раз больше, чем у изоляторов? Дело, очевидно, в структуре металлов, в особенностях металлической связи.
В самом деле, если бы теплопроводность металлов определялась только колебаниями частиц в узлах кристаллической решетки, то она бы не отличалась от теплопроводности изоляторов. Но в металлах есть еще множество свободных электронов -электронный газ, который и обеспечивает их высокую теплопроводность.
В участке металла с высокой температурой часть электронов приобретает большую кинетическую энергию. Так как масса электронов очень мала, то они легко проскакивают десятки промежутков между нонами. Говорят, что у электронов большая длина свободного пробега. Сталкиваясь с нонами, находящимися в более холодных слоях металла, электроны передают им избыток своей энергии, что приводит к повышению температуры этих слоев.
Чем больше длина свободного пробега электронов, тем больше теплопроводность. Именно поэтому у чистых металлов, где в кристаллической решетке дефектов относительно мало, теплопроводность велика. У сплавов, где дефектов решетки гораздо больше, длина свободного пробега меньше, соответственно меньше и теплопроводность.
Читайте также: