Сочинение теплопередача в моем доме

Обновлено: 18.05.2024

Передача тепла в бытовых условиях происходит тремя путями: за счет теплопроводности, излучения или конвекции. При теплопроводности энергия передается от более нагретой части к менее нагретой. Она характерна для твердых тел. Все металлические предметы имеют высокую теплопроводность. Поэтому ложка, вилка или нож, опущенный в горячую жидкость, постепенно прогреваются по всей длине. Именно из-за этого нельзя трогать руками без прихваток ручки металлической сковороды или кастрюли, которая стоит на огне. Они очень горячие, хотя подогревается непосредственно только дно посуды. Чтобы сделать ручки безопасными, их покрывают полимерными материалами, не способными проводить тепло.

За счет низкой теплопроводности человек не мерзнет в шерстяной одежде, шубах, куртках с синтепоном. Кирпичи, специальные утеплители (пенопласт, минеральная вата) защищают дома от промерзания, они плохо проводят тепло.

При конвекции тепло переносится потоками вещества, этот вид теплопередачи характерен для газов и жидкостей. Примером в быту служит холодильник. Хладагент перемещается по трубкам и охлаждает воздух, который в свою очередь понижает температуру помещенных в холодильник продуктов. В холодное время года батареи передают тепло воздуху, за счет которого обогревается помещение. При этом холодный воздух всегда опускается вниз, а теплый поднимается вверх. Обычный теплый или холодный ветер также является примером конвекции.

Тепло от огня (костер, печка, камин) передается греющемуся возле него человеку именно за счет конвекции. Тяга, образующаяся в дымоходе – это тоже пример конвекции. Теплый дым поднимается вверх, поскольку он легкий.

При излучении энергия передается за счет волн, чаще всего инфракрасного излучения. Так одежда темного цвета больше нагревается на солнце и в ней зимой теплее, а летом очень жарко и можно получить тепловой удар. Светлые поверхности отражают волны, поэтому они так сильно не нагреваются. В белой одежде летом не так жарко. Из-за этого свойства самолеты окрашивают в светлый цвет, иногда дома и крыши в жарких странах. Под действием излучения Солнца, проходящего сквозь стекло, нагреваются помещения.

Благодаря теплопередаче обустраивают теплицы, в том числе и маленькие для комнатных растений. Излучение Солнца проникает сквозь пленку или банку, нагревает черный грунт, но теплый воздух не может покинуть теплицу. Вот и получается парниковый эффект. Теплопередача нашла широкое применение в быту.

Виды теплопередачи в быту

Наверное, нет такой профессии, которая была бы не нужна человеку. А вот без помощи электрика вы не сможете включить ни один прибор, и придется сидеть в темноте. У него должно быть острое мышление, зоркий глаз и самое главное,

В творчестве А.С. Пушкина отмечают несколько периодов его творчества, но одним из плодотворных считают поздний период. Именно в этот период ему пришлось приехать в село Болдино для решения своих проблем перед свадьбой.

Якутия или Республика Саха представляет собой самый большой регион в России и располагается в Дальневосточном Федеральном округе. Ее местность соседствует с Красноярском, Хабаровском, Иркутской, Читинской, Амурской,

Тепловая энергия является термином, который мы используем для описания уровня активности молекул в объекте. Повышенная возбужденность, так или иначе, связана с увеличением температуры, в то время как в холодных объектах атомы перемещаются намного медленней.

Примеры теплопередачи можно встретить повсюду - в природе, технике и повседневной жизни.

Примеры передачи тепловой энергии

Самым большим примером передачи тепла является солнце, которое согревает планету Земля и все, что на ней находится. В повседневной жизни можно встретить массу подобных вариантов, только в гораздо менее глобальном смысле. Итак, какие же примеры теплопередачи можно наблюдать в быту?

Вот некоторые из них:

Газовая или электрическая плита и, например, сковорода для жарки яиц.
Автомобильные виды топлива, такие как бензин, являются источниками тепловой энергии для двигателя.
Включенный тостер превращает кусок хлеба в тост. Это связано с лучистой тепловой энергией тоста, который вытягивает влагу из хлеба и делает его хрустящим.
Горячая чашка дымящегося какао согревает руки.
Любое пламя, начиная от спичечного пламени и заканчивая массивными лесными пожарами.
Когда лед помещают в стакан с водой, тепловая энергия из воды его плавит, то есть сама вода является источником энергии.

Тепло - это движение

Тепловые потоки находятся в постоянном движении. Основными способами их передачи можно назвать конвенцию, излучение и проводимость. Давайте рассмотрим эти понятия более подробно.

Что такое проводимость?

Возможно, многие не раз замечали, что в одном и том же помещении ощущения от прикосновения с полом могут быть совершенно разные. Приятно и тепло ходить по ковру, но если зайти в ванную комнату босыми ногами, ощутимая прохлада сразу дает чувство бодрости. Только не в том случае, где есть подогрев полов.

Так почему же плиточная поверхность мерзнет? Это все из-за теплопроводности. Это один из трех типов передачи тепла. Всякий раз, когда два объекта различных температур находятся в контакте друг с другом, тепловая энергия будет проходить между ними. Примеры теплопередачи в этом случае можно привести следующие: держась за металлическую пластину, другой конец которой будет помещен над пламенем свечи, со временем можно почувствовать жжение и боль, а в момент прикосновения к железной ручке кастрюли с кипящей водой можно получить ожог.

Факторы проводимости

Хорошая или плохая проводимость зависит от нескольких факторов:

Вид и качество материала, из которого сделаны предметы.
Площадь поверхности двух объектов, находящихся в контакте.
Разница температур между двумя объектами.
Толщина и размер предметов.

В форме уравнения это выглядит следующим образом: скорость передачи тепла к объекту равна теплопроводности материала, из которого изготовлен объект, умноженной на площадь поверхности в контакте, умноженной на разность температур между двумя объектами и деленной на толщину материала. Все просто.

Примеры проводимости

Прямая передача тепла от одного объекта к другому называются проводимостью, а вещества, которые хорошо проводят тепло, называются проводниками. Некоторые материалы и вещества плохо справляются с этой задачей, их называют изоляторами. К ним относят древесину, пластмассу, стекловолокно и даже воздух. Как известно, изоляторы фактически не останавливают поток тепла, а просто его замедляют в той или иной степени.

Конвекция

Такой вид теплопередачи, как конвекция, происходит во всех жидкостях и газах. Можно встретить такие примеры теплопередачи в природе и в быту. Когда жидкость нагревается, молекулы в нижней части набирают энергию и начинают двигаться быстрее, что приводит к уменьшению плотности. Теплые молекулы текучей среды начинают двигаться вверх, в то время как охладитель (более плотная жидкость) начинает тонуть. После того как прохладные молекулы достигают дна, они опять получают свою долю энергии и снова стремятся к вершине. Цикл продолжается до тех пор, пока существует источник тепла в нижней части.

Примеры теплопередачи в природе можно привести следующие: при помощи специального оборудованной горелки теплый воздух, наполняя пространство воздушного шара, может поднять всю конструкцию на достаточно большую высоту, все дело в том, что теплый воздух легче холодного.

Излучение

Когда вы сидите перед костром, вас согревает исходящее от него тепло. То же самое происходит, если поднести ладонь к горящей лампочке, не дотрагиваясь до нее. Вы тоже почувствуете тепло. Самые крупные примеры теплопередачи в быту и природе возглавляет солнечная энергия. Каждый день тепло солнца проходит через 146 млн. км пустого пространства вплоть до самой Земли. Это движущая сила для всех форм и систем жизни, которые существуют на нашей планете сегодня. Без этого способа передачи мы были бы в большой беде, и мир был бы совсем не тот, каким мы его знаем.

Излучение - это передача тепла с помощью электромагнитных волн, будь то радиоволны, инфракрасные, рентгеновские лучи или даже видимый свет. Все объекты излучают и поглощают лучистую энергию, включая самого человека, однако не все предметы и вещества справляются с этой задачей одинаково хорошо. Примеры теплопередачи в быту можно рассмотреть при помощи обычной антенны. Как правило, то, что хорошо излучает, также хорошо и поглощает. Что касается Земли, то она принимает энергию от солнца, а затем отдает ее обратно в космос. Эта энергия излучения называется земной радиацией, и это то, что делает возможной саму жизнь на планете.

Примеры теплопередачи в природе, быту, технике

Передача энергии, в частности тепловой, является фундаментальной областью исследования для всех инженеров. Излучение делает Землю пригодной для обитания и дает возобновляемую солнечную энергию. Конвекция является основой механики, отвечает за потоки воздуха в зданиях и воздухообмен в домах. Проводимость позволяет нагревать кастрюлю, всего лишь поставив ее на огонь.

Многочисленные примеры теплопередачи в технике и природе очевидны и встречаются повсюду в нашем мире. Практически все из них играют большую роль, особенно в области машиностроения. Например, при проектировании системы вентиляции здания инженеры высчитывают теплоотдачу здания в его окрестностях, а также внутреннюю передачу тепла. Кроме того, они выбирают материалы, которые сводят к минимуму или максимизируют передачу тепла через отдельные компоненты для оптимизации эффективности.

Испарение

Когда атомы или молекулы жидкости (например, воды) подвергаются воздействию значительного объема газа, они имеют тенденцию самопроизвольно войти в газообразное состояние или испариться. Это происходит потому, что молекулы постоянно движутся в разных направлениях при случайных скоростях и сталкиваются друг с другом. В ходе этих процессов некоторые из них получают кинетическую энергию, достаточную для того, чтобы отталкиваться от источника нагревания.

Однако не все молекулы успевают испариться и стать водяным паром. Все зависит от температуры. Так, вода в стакане будет испаряться медленнее, чем в нагреваемой на плите кастрюле. Кипение воды значительно увеличивает энергию молекул, что, в свою очередь, ускоряет процесс испарения.

Основные понятия

Проводимость - это передача тепла через вещество при непосредственном контакте атомов или молекул.
Конвекция - это передача тепла за счет циркуляции газа (например, воздуха) или жидкости (например, воды).
Излучение - это разница между поглощенным и отраженным количеством тепла. Эта способность сильно зависит от цвета, черные объекты поглощают больше тепла, чем светлые.
Испарение - это процесс, при котором атомы или молекулы в жидком состоянии получают достаточно энергии, чтобы стать газом или паром. - это газы, которые задерживают тепло солнца в атмосфере Земли, производя парниковый эффект. Выделяют две основные категории - это водяной пар и углекислый газ. - это безграничные ресурсы, которые быстро и естественно пополняются. Сюда можно отнести следующие примеры теплопередачи в природе и технике: ветры и энергию солнца.
Теплопроводность - это скорость, с которой материал передает тепловую энергию через себя.
Тепловое равновесие - это состояние, в котором все части системы находятся в одинаковом температурном режиме.

Применение на практике

Многочисленные примеры теплопередачи в природе и технике (картинки выше) указывают на то, что эти процессы должны быть хорошо изучены и служили во благо. Инженеры применяют свои знания о принципах передачи тепла, исследуют новые технологии, которые связаны с использованием возобновляемых ресурсов и являются менее разрушительными для окружающей среды. Ключевым моментом является понимание того, что перенос энергии открывает бесконечные возможности для инженерных решений и не только.

Исследовательская работа была представлена на НПК разного уровня и рассказывает о том, что такое теплопередача, о видах теплопередачи и о том, как они применяются в современных условиях жизни.

Вложение	Размер
teploperedacha.docx	23.79 КБ
prilozheniya.docx	1.11 МБ

Предварительный просмотр:

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА В НАШЕЙ ЖИЗНИ

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

Саратов 2015 ОГЛАВЛЕНИЕ

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

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

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

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.

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].

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.

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.

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.

Теплопроводность в жизни человека

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

С давних времен и до сегодняшнего дня люди задаются вопросом, как сохранить тепло. Проблемы поддержания температурного режима в доме, проблемы, связанные с теплой одеждой и посудой, наиболее часто становились причиной различных болезней, плохого питания и неспособности противостоять природным условиям. Решение этих проблем напрямую связано с теплопроводностью. Человеку важно знать, из какого материала состоит тот или иной предмет, понимать, от чего зависит его теплопроводность и быть готовым к его реакции в разных температурных условиях. В данной работе мы постараемся разобраться в этом, а также ответить на вопрос, почему некоторые предметы имеют хорошую теплопроводность, а некоторые совсем не проводят тепло?

Объектом исследования является явление теплопроводности.

Предметом исследования являются кухонная посуда, строительные материалы, ткани, снег.

Цель работы заключается в экспериментальном изучении теплопроводности тканей, кухонной посуды, строительных материалов и снега.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

Изучить информацию о теплопроводности;

Исследовать теплопроводность различных веществ и материалов;

Объяснить наблюдаемые явления, основываясь на физических законах;

Представить свои примеры теплопроводности;

Описать роль теплопроводности в повседневной жизни и в строительстве.

Основными методами исследования являются:

Изучение литературы по теплопроводности материалов;

Проведение экспериментов по изучению теплопроводности;

Анализ полученных результатов.

Актуальность данной работы заключается в том, что она может стать полезным источником для изучения теории на уроках физики, а также пробудить в учениках интерес и любовь к физике. Кроме того, данная работа представляет собой первые шаги на пути к серьезным открытиям в сфере теплопроводности, способным изменить нашу жизнь в лучшую сторону.

Глава 1. Из истории открытия теплопроводности Явление теплопередачи

В современной жизни материальный комфорт в каждом доме связан с тепловыми явлениями. Без теплоты в доме, без посуды, удерживающей тепло, без теплой одежды зимой и без многого другого сейчас невозможно представить жизнь. В древности люди тоже не могли обойтись без теплой одежды и предметов быта. Поэтому многие ученые и философы начали интересоваться тепловыми явлениями еще в древние времена.

Явление теплопередачи изучалось несколько веков. Но, ни в древности, ни в средние века оно не было изучено до конца. Были лишь простые и единые описания теплопередачи. Ученые утверждали, что если температура вещества повышается, то оно получает теплоту, а если температура понижается, то вещество выделяет теплоту в окружающую среду.

На протяжении многих веков ученые изучали тепловые явления, однако их деятельность получила развитие только в XVIII веке благодаря изобретенному Галилеем термометру. Первые исследования с помощью термометра были посвящены калориметрии - методу измерения количества теплоты, изучению теплового расширения тел, явлений теплопроводности. Поэтому, можно считать, что основные понятия о теплоте появились именно в XVIII веке.

Дальнейшие исследования передачи теплоты показали, что процесс охлаждения осуществляется различными способами, которые имеют разную физическую силу. Так возникли излучение теплопроводности и тепловое излучение. Эти два самостоятельных направления отличаются друг от друга тем, что тепловое излучение может осуществляться даже в полном вакууме, а излучение теплопроводности нет, также первое не требует прямого контакта при теплопередаче, а для второго оно необходимо. При теоретическом анализе, основанного на законе охлаждения Ньютона, произошли некоторые трудности, но Фурье сформулировал, что поток тепла пропорционален разности градиенту температуры, таким образом, он сформулировал закон теплопроводности. Закон Фурье показывает, что количество теплоты Q, проходящее через площадку S, за время T, вдоль направления X определяется по формуле:

где dT/dx - изменение температуры на единицу длины, k - коэффициент теплопроводности.

В конце XVIII века английский физик Румфорд доказал правильность идеи Ломоносова. К такому выводу Румфорд пришел, когда наблюдал за изготовлением пушек. Он обратил внимание на то, что при сверлении ствола пушки сверло сильно нагревается. Это означало, что при трении тела нагреваются. Данное явление было известно еще в начале истории человечества. Древние люди с помощью трения добывали огонь, но они не смогли увидеть за этим явлением закон природы. Румофорд стал первым исследователем, кому это оказалось посильным. При наблюдении за сверлением ствола пушки у физика появился вопрос: отчего происходит нагревание тела? Не происходит ли нагревание оттого, что металлические опилки, полученные при сверлении, обладают меньшей теплоемкостью, чем сам ствол пушки? Ответ заключается в том, что количество теплоты металла при переходе в опилки может уместиться в них, только если будет повышение температуры.

Глава 2. Теплопроводность 2.1. Определение теплопроводности

Различают три вида теплопередачи: конвенция, излучение и теплопроводность. Конвенция - процесс передачи тепла движущими массами жидкости и газа. Тепловое излучение - перенос тепла в газообразной середе или вакууме в виде электромагнитных волн. Теплопроводность - способность материалов передавать через свою толщину тепловой поток. Тепловой поток возникает из-за разности температур на противоположных поверхностях.

Мы остановимся на третьем виде теплопередачи и узнаем о теплопроводности немного больше. Теплопроводность больше проявляется в сплошных твердых телах, а также теплопроводность находится и в капельках жидкостях и газах. В твердых материалах основным видом теплообмена является теплопроводность. Теплопроводность материалов зависит от средней плотности и химико-минерального состава, влажности, структуры и средней температуры материала. Известно, что чем меньше средняя плотность материала, тeм ниже его теплопроводность. Тeплопроводность увеличивается тогда, кoгда увеличивается влажность материала. Рaзличные материалы имеют разную теплопроводность, одни медленно проводят теплоту, другие - быстрeе. Поэтому и количественный показатель теплопроводности - коэффициент теплопроводности (λ (лямбда)) - бyдeт y всех материалов свой. С увеличением плотности, влажности и температуры материала повышается λ. Коэффициент теплопроводностизaвисит oт плотности, влaжности, тeмпературы и cтруктуры материала.

2.2. Суть теплопроводности

Теплопроводность происходит из-за движения тепла и взаимодействия его составляющих частиц друг с другом. Процесс теплопроводности стремиться сделать температуру всего тела одинаковой. Теплопроводность - это свойство тел проводить тепло, основанное на теплообмене, которое происходит между атомами и молекулами тела. Однако, при теплопроводности не происходит перенос вещества от одного конца тела к другому. Все потому, что у жидкостей теплопроводность небольшая. Газы тоже имеют маленькую теплопроводность.

Теплопроводность жидкости намного меньше теплопроводности твердого тела. Это зависит от молекул, которые наводятся в том или ином теле и от плотности. Жидкости имеют маленькую теплопроводность из-за того, что молекулы в ней расположены далеко друг от друга, в отличие от молекул твердого тела. Плотность газа меньше плотности жидкости, следовательно, молекулы газа находятся на большом расстоянии друг от друга, а это значит, что газы имеют теплопроводность меньше, чем любые жидкости.

Плохой теплопроводностью обладают не только газы и жидкости, но и волосы, шерсть, перья и бумага. Известно, что между волокнами этих веществ расположен воздух, а это преграда для передачи тепла. Поэтому шерсть обладает плохой теплопроводностью, а значит, что она не пропускает холод и способна удерживать тепло, поэтому в мороз смело можно надевать шерстяную кофту и не волноваться о том, что можно замерзнуть. Теперь нам известно, что благодаря плотно соединенным шерстяным волоскам кофта обладает плохой теплопроводность и не пропускает холод.

Глава 3. Экспериментальные работы по изучению и созданию теплопроводности различных материалов

В России в зимнее время года, температура на улице становится все ниже. Известно, что самые холодные зимы именно в нашей стране. Однако низкие температуры не останавливают отважных ребят, которые, несмотря на мороз, выходят слепить снеговиков и покататься на санках. В некоторых случаях через определенное время дети жалуются на озябшие руки и ноги. В то же время другие ребята продолжают играть и веселиться, несмотря на холод. Нам стало интересно, почему некоторые дети в одинаковой по внешнему виду одежде замерзают, а некоторые продолжают гулять, не обращая внимания на мороз. Мы попробовали разобраться в этом и изучить свойства различных тканей с точки зрения физики. Чтобы решить проблему с теплой одеждой, нам необходимо исследовать некоторые виды тканей на теплопроводность.

Опыт №1 Изучение теплопроводности тканей

Необходимые приборы и материалы:

Полиэтиленовые пакетики 7х5 см.

Флисовая ткань10х10 см.

Синтетическая ткань 10х10 см.

Фланелевая ткань 10х10 см.

Хлопковая ткань 10х10 см.

Болоньевая ткань 10х10 см.

Трикотажная ткань 10х10 см.

Подготовить лед и кусочки ткани одинакового размера.

Завязать ткани со льдом так, чтобы воздух не попадал внутрь ткани.

Через 1 час измерить температуру льда во всех пакетиках с тканью.

Спустя 1 час лед во всех тканях растаял. Только в пакетике с флисовой тканью (№2) остался лед. Это означает, что флисовая ткань не пропускает тепло и обладает плохой теплопроводностью, а значит, во флисовой одежде зимой замерзнешь намного позже, чем, например, в болоньевой. Любая ткань в своем составе имеет волокна с воздухом, которые способные удерживать тепло. Если волокна с воздухом далеко расположены друг от друга, то ткань будет пропускать тепло. Если же волокна расположены близко, ткань наоборот будет удерживать тепло.

Участник:Капуста Даниил Александрович
Руководитель:Капуста Анна Николаевна

теплопроводностью;
конвекцией;
излучением.

Вот способы теплопередачи меня и заинтересовали. Всем известно, что любой мужчина должен сделать три вещи в жизни: посадить дерево, воспитать сына и построить дом. Вот как раз, чтобы построить себе дом, мне понадобятся знания полученные при изучении данной темы.

При выборе кирпича для своего дома, я воспользуюсь теплопроводностью.

На современном рынке выбор кирпича разнообразен. С какого из них построить мне дом, чтобы было в нем тепло? Давайте внимательно посмотрим на таблицу.

Сейчас почти в каждом доме стоят стеклопакеты. Если присмотреться на них внимательно, то в них между стёклами тоже находится ВОЗДУХ! Иногда его даже откачивают, создавая вакуум (освобожденное от воздуха пространство), который обладает самой низкой теплопроводностью. Его плохая теплопроводность препятствует теплообмену между холодным воздухом на улице и тёплым воздухом в комнате. Кроме того, стеклопакеты снижают уровень шума.

Раньше не было стеклопакетов, но мне рассказывала бабушка, что в старых домах окно состояло из двух рам. Расстояние между которыми было примерно сантиметров десять. Принцип тот же. Между рамами – ВОЗДУХ, который и сохранял тепло в доме.

Где разместить правильно форточку?

Чтобы ответить на этот вопрос, надо разобраться с другим видом теплопередачи – конвекция.

Холодный воздух, который входит в окно – тяжелый и следовательно он опускается вниз, а теплый воздух – легкий, он поднимается вверх и выходит в форточку.

Явление конвекции также отвечает на вопрос, почему батареи отопления надо располагать внизу, а не в верхней части комнаты? Дело в том, что нагретый воздух, поднимается вверх, а холодный опускается вниз комнаты, где он нагревается от батареи и опять поднимается вверх. Со временем благодаря конвекции обогревается комната.

Подведу первые итоги:

дом буду строить из пустотелого кирпича;
стеклопакеты должны состоять из двух стекол, между которыми находится воздух;
форточки надо расположить в верхней части окна;
батареи отопления в нижней части комнаты.

А вечером с родными буду пить чай! И опять без знания физики – никуда!

Какого цвета надо купить чайник, чтобы он быстро не остывал?

На этот вопрос нам даст ответ, третий вид теплопередачи – излучение. Белый цвет плохо поглощает энергию и также плохо её отдаёт, а черный цвет хорошо поглощает энергию и также быстро её отдаёт. Значит, чайник нужно купить белого цвета.

Для себя я сделал вывод, что с помощью физики можно ответить на многие вопросы и я буду изучать её дальше.

Читайте также: