Теплопроводность и теплоемкость: как передается тепло?

Теплопередача – это физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к менее горячему непосредственно при контакте или через разделяющую перегородку из какого-либо материала до наступления термодинамического равновесия.

Существуют следующие простые способы передачи тепла:

  • теплопроводность;
  • конвекция;
  • излучение.

Теплопроводность – это процесс распространения теплоты от более нагретых элементов материального тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температур. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур. При конвекции теплообмен осуществляется путем передачи внутренней энергии вещества струями и потоками.

Тепловое излучение – это электромагнитное излучение, испускаемое любыми нагретыми телами за счёт их внутренней энергии.

Теплообмен – это один из видов обмена энергией физического тела с окружающими телами, происходящий с помощью процессов теплопроводности, конвекции или излучения и не сопровождающийся изменением параметров системы.

Теплоемкость – это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус.

В предлагаемых проектах мы изучим более детально виды передачи тепла, проведем опыты по физике теплопроводности с разными материалами, узнаем больше про теплоизоляцию.

Проект «Передача тепла от лампы накаливания»

Да будет свет! Щелчок выключателя и электрическая лампочка может засветиться или осветить целое помещение, а что происходит еще? Один из основополагающих законов физики, закон сохранения энергии или закон сохранения тепла, говорит о том, что энергия не может быть ни создана, ни разрушена: скорее, она трансформируется из одной формы в другую. В случае с лампочкой электрическая энергия преобразовывается в свет и термальную (тепловую) энергию. Разная мощность и виды лампочек дают разное количество света и тепла. В этом научном проекте с электрическими лампочками вы будете работать с лампами накаливания и флюоресцентными лампами (компактными люминесцентными лампами).

Цель проекта – узнать, лампы какого вида и мощности производят больше всего тепла?

Что нам понадобится:

  • лампа на гусиной шее (убедитесь, что к этой лампе подойдут все перечисленные электрические лампочки!);
  • 6 лампочек накаливания: 25 ватт, 40 ватт, 60 ватт, 75 ватт, 100 ватт и 150 ватт;
  • 2 компактные флюоресцентные лампочки: 7 ватт, 23 ватт;
  • термометр;
  • рулетка или метровая линейка для измерения расстояния между термометром и лампой;
  • белое полотенце;
  • секундомер;
  • лист бумаги и карандаш для записывания наблюдений.

Ход эксперимента:

Предостережение! Во время проведения эксперимента следите за выполнением некоторых важных условий:

  • Всегда ждите, пока лампочка и термометр остынут, прежде чем тестировать новые лампочки!
  • Прежде чем менять лампочки, убедитесь, что лампа выключена и вилка отсоединена от розетки.
  • Убедитесь, что расстояние между лампой и термометром одинаковое во всех случаях тестирования разных лампочек.
  • Начальная температура всегда должна оставаться одинаковой в начале каждого этапа эксперимента.
  1. Расстелите белое полотенце на столе.
  2. Поставьте лампу с одной стороны полотенца.
  3. Убедитесь, что она отсоединена от розетки, вкрутите лампочку с самой маленькой мощностью (в ваттах) и оставьте ее выключенной.
  4. Поместите термометр с другой стороны полотенца.
  5. Измерьте расстояние между термометром и лампочкой.
  6. Проверьте и запишите начальную температуру термометра.
  7. Убедитесь, что лампа направлена на термометр, включите её и начните отсчёт времени по секундомеру.
  8. Когда пройдёт 5 минут, измерьте температуру и запишите результат.
  9. Полностью выключите лампу и подождите, пока она остынет.
  10. Убедитесь, что термометр тоже остыл до начальной отметки, которую вы записали.
  11. Повторите шаги 2-9, используя остальные лампочки с другим уровнем мощности.

Вывод:

Что вы увидели? Вы могли заметить, что чем выше мощность, тем выше температура. Лампочка накаливания 150 ватт обеспечила самую высокую температуру. Как вы думаете, почему? Флюоресцентные лампочки оставались намного холоднее. Почему? В чём разница?

Лампочки накаливания производят свет посредством нагревания маленькой спирали, которая называется «нить накала». Она окружена газами, которые нагреваются приблизительно до 2200 ºC! Обеспечивая много света, она отдаёт 90% своей энергии в виде тепла. В связи с этим она считается довольно неэффективной по сравнению с компактной флюоресцентной лампочкой.

Компактная флюоресцентная лампочка создает невидимый ультрафиолетовый свет, который взаимодействует с ее покрытием и производит видимый свет. Известно, что она более эффективна и долговечна (и, как вы, возможно, заметили, дольше нагревается).

Оба вида лампочек обладают абсолютно разными свойствами: технология накаливания работает на основе металла, газа и тепла, в то время как технология флюоресцентности зависит больше от реакции между внутренним и внешним материалами. По этой причине лампочка накаливания производит больше энергии тепла, чем компактная флюоресцентная лампочка.

Проект «Как передается тепло»

Энергия тепла постоянно передаётся от одной субстанции к другой. Она всегда перемещается от материалов с наибольшей температурой к более холодным. Когда вы держите кусочек льда, возникает ощущение, будто холод проникает в руку, но на самом деле всё совсем наоборот: происходит теплоотдача, во время которой тепло вашего тела переходит кубику льда. В результате этого лёд получает более высокую температуру и тает.

Проводимость – наиболее эффективная форма передачи тепла. При этом молекулы более тёплого вещества двигаются быстрее по сравнению с молекулами более холодного вещества. Когда более быстрые молекулы стакиваются с медленными молекулами холодного вещества, часть энергии от тёплой субстанции передаётся. Более холодные молекулы начинают двигаться быстрее и, когда они сталкиваются с окружающими их холодными молекулами, те тоже, в свою очередь, начинают двигаться быстрее. Проводимость представляет собой нечто похожее на игру в «телефон», когда сообщение передаётся всем игрокам, которые находятся вокруг.

Скорость передачи зависит от того, насколько отличается температура двух объектов, их отдалённости друг от друга и вида материалов. Например, проводимость металла намного лучше, чем пластика. Именно поэтому металл используется для приготовления пищи, а пластик – для изготовления одноразовых кофейных чашек.

Что нам понадобится:

  • замороженное масло или маргарин;
  • длинная металлическая ложка;
  • бисер;
  • большая стеклянная банка;
  • горячая вода из крана;
  • таймер.

Ход эксперимента:

  1. Используя маленькие кусочки холодного масла, прикрепите три бусинки на рукоятку ложки. Расположите их в ряд. Выскажите предположение, какая бусина упадёт с ложки первой.
  2. Пусть кто-то из взрослых наполнит банку горячей водой, чтобы только широкая часть ложки погрузилась в нее.
  3. Поместите в нее ложку, включите таймер и наблюдайте.

Вывод:

Вы заметили, что бусина А упала первой, а затем бусина Б и В. Время зависит от температуры воды, вида масла и ложки. Почему? Запомните, что проводимость подразумевает прямое столкновение молекул. В нашем конкретном эксперименте с теплопроводимостью, источником энергии тепла послужила горячая вода. Её молекулы вначале воздействовали на молекулы металла широкой части ложки. Молекулы этой части ложки начали двигаться выше, воздействуя вначале на нижнюю часть рукоятки ложки. На этой части ложки была прикреплена бусина А. Под воздействием тепла масло в этом месте размягчилось, и бусина упала. Затем то же самое произошло с бусинами Б и В.

Проект «Лучший металл-проводник»

Вы когда-нибудь прикасались к какому-то предмету, который только что был холодным, но внезапно очень нагрелся? Подобное происходит, например, когда вы металлической ложкой помешиваете суп, разогревающийся на плите, или жарите на костре зефир, нанизанный на металлические прутья. Безусловно, применение деревянной ложки для помешивания супа было бы лучшей идеей. Предметы, изготовленные из металла, могут быстро передать нежелательное тепло.

Так что же такое теплопроводность материалов? Этот вопрос изучали ученые в разные времена. Известно, что в свое время Галилео проводил эксперимент, чтобы изучить теплопроводность разных сфер.

При нагревании молекулы объекта приходят в движение. Они воздействуют на соседние молекулы, тем самым приводя их в движение аналогичным образом. Чем больше их приведено в движение, тем выше теплопроводность веществ. Хорошим примером послужит поджаривание зефира, кусочки которого нанизаны на металлический прут. В конечном счёте, весь прут становится очень горячим, так что к нему невозможно прикоснуться.

Цель проекта – определить теплопроводность металлов и выяснить, у какого металла она наиболее высокая.

Что нам понадобится:

  • 3 длинных металлических прута (длиной 30 см) или толстой проволоки: медь, сталь, латунь и другие металлы;
  • 8 идентичных стакана из пенопласта;
  • ёмкость для кипячения воды (чайник);
  • плита;
  • 4 цифровых термометра;
  • кувшин или другая большая ёмкость, которую можно будет поставить в холодильник;
  • вода;
  • блокнот и ручка.

Убедитесь, что вся проволока одинакового размера и толщины. Почему важно, чтобы толщина и размеры были одинаковыми?

Ход эксперимента:

  1. Заполните кувшин или другую большую ёмкость водой и кубиками льда. Позвольте ему остыть. Должно пройти не меньше получаса.
  2. Согните каждый металлический прут пополам дважды, чтобы сделать металлические мосты. Как вы думаете, почему нужно сгибать проволоку дважды? Если вы согнёте её только один раз, позволит ли это получить те же результаты?
  3. Согните проволоку два раза следующим образом:
    Металлический прут согнутый пополам
  4. Разделите стаканы по два. Три пары стаканов соедините мостиками из разных металлов. Одну пару оставьте без мостика. Это – контрольная группа.
  5. Поместите цифровые термометры в каждый стакан с холодной водой.
  6. Пусть кто-то из взрослых вскипятит воду. Пусть она немного остынет перед использованием.
  7. В каждой паре стаканов заполните один из них горячей водой (в равных количествах). Убедитесь, что вода покрывает конец проволоки.
  8. Аналогичным образом заполните второй стакан в каждой паре холодной водой. Как вы думаете, почему количество воды во всех стаканах должно быть одинаковым?
    Стаканы с холодной и горячей водой
  9. Измерьте начальную температуру холодной воды. Запишите результаты в таблицу, указывая время (в минутах) и температуру (в градусах Цельсия).
  10. Записывайте температуру воды в каждом стакане с холодной водой через каждые 5 минут на протяжении 30 минут. В вашей таблице должны быть следующие колонки: ничего, медь, сталь, латунь. А также время и ячейки для заполнения сведений о температуре. Как вы думаете, всё ли тепло перенесётся из стаканов с горячей водой в стаканы с холодной? Почему? Намёк: тепло не всегда направляется туда, куда мы хотим!
  11. Какой стакан с холодной водой показал самые значительные изменения температуры? Посчитайте разницу, вычитая начальный показатель от конечного.
  12. Составьте линейный график, чтобы упорядочить данные. На оси x укажите время (в минутах). На оси y укажите разницу температуры (в градусах Цельсия). Построив подобную диаграмму, вы сможете увидеть, какой металл обладает самой высокой теплопроводимостью. Также это позволит получить некоторую информацию, показывающую теплопроводимость каждого металла. Чем более стремительно поднимается кривая, тем выше теплопроводимость соответствующей проволоки. Объясните этот опыт, показывающий, что теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали.

Вывод:

Медь передаёт тепло лучше всего. Латунь – на втором месте. Сталь – хуже всего. Опыт показывает, что теплопроводность меди больше, чем теплопроводность стали. Теплопроводность является важным свойством металла. Мы должны помнить это, принимая решение о назначении того или иного материала. Приведём пример: благодаря тому, что медь является хорошим проводником, мы используем её для нагревания прутов и проволоки. А благодаря тому, что сталь обладает самым низким показателем теплопроводности и может выдерживать высокие температуры, мы используем её для построения двигателей самолётов.

Вспомните, как вы сгибали проволоку дважды. Как вы думаете, с какой целью это было сделано? Объясните опыт. Помните: чем больше молекул соприкасаются друг с другом, тем лучше проводимость. Двойное сгибание проволоки позволяет быстрее передать тепло горячей чашки к холодной. Если бы вы согнули проволоку только один раз, температурные изменения были бы менее заметными.

Почему количество воды во всех стаканах должно быть одинаковым? Чтобы получить точные данные, все стаканы с горячей водой должны содержать одинаковое количество тепла, а все стаканы с холодной – иметь одинаковую теплоёмкость. Понятие теплоёмкость говорит о том, сколько тепловой энергии нужно для изменения температуры определённого количества вещества. Подумайте: все четыре стакана наполнены одинаково, это значит, что каждый стакан с горячей водой содержит одинаковое количество тепловой энергии.

Поэтому, когда тепло уходит из стакана, действительно ли оно полностью проходит через металлический мост и попадает в стаканы с холодной водной? Нет, не все. Часть его теряется. И в данном случае оно уходит в воздух. Аналогичным образом, воздух в комнате утратит часть своего тепла, передавая его холодным стаканам. Мы попытались минимизировать потерю тепла, используя пенопластовые стаканы. Так как пенопласт является хорошим изолятором, обладающим слабой теплопроводимостью.

Попробуйте провести этот опыт с другими металлами! Серебро, золото и алюминий покажут разные результаты. Просто убедитесь, что соблюдаете все необходимые условия.

Проект «Теплопроводность жира»

Чтобы выжить в холодных морях и океанах, животным приходится применять различные стратегии. Некоторые животные являются холоднокровными, и их организм не нуждается в тепле. Другие – теплокровные. Они вынуждены сохранять тепло своего тела в холодной окружающей среде. Морские выдры взлохмачивают свой мех, чтобы насытить его воздухом. Это позволяет им создать изолирующий покров. Тюлени используют подкожный жир. Толстая жировая прослойка действует, как натуральный обогреватель. В ходе проекта вы сможете понять, как жир помогает животным сохранить тепло.

Этот опыт поможет узнать, как жир позволяет животным снижать теплопроводность и сохранять тепло.

Что нам понадобится:

  • 2 стакана шортенинга (кондитерского жира);
  • 2 чистых прозрачных пластиковых стакана;
  • 2 термометра;
  • 2 пары пластиковых перчаток;
  • кубики льда;
  • холодная вода;
  • 2 больших миски.

Ход эксперимента:

  1. Вначале заполните один стакан жиром, а второй – водой. Убедитесь, что содержимое обоих стаканов имеет комнатную температуру.
  2. Поместите термометр в середину каждого стакана. Запишите температуру.
  3. Поместите стаканы в холодильник на 30 минут.
  4. Через 30 минут достаньте стаканы и быстро измерьте температуру. В каком из них температура оказалась более низкой?
  5. Продолжите эксперимент ещё на 30 минут или до тех пор, пока температура в ёмкостях будет продолжать меняться.
  6. Теперь наполните пластиковую перчатку жиром из стакана.
  7. Заполните две большие миски холодной водой и добавьте кубики льда.
  8. Когда вода станет достаточно холодной, наденьте чистую пластиковую перчатку на одну руку, а перчатку, смазанную жиром, — на другую. Каковы ваши ощущения, когда вы обе руки опускаете в миску?
  9. Пусть ваш помощник поместит термометр в каждую перчатку и проследит изменения температуры на протяжении 3 минут.

Вывод:

Ёмкость, содержащая жир, будет иметь более высокую температуру, по сравнению со второй ёмкостью. Перчатка, смазанная жиром, позволила сохранить больше тепла, чем чистая перчатка. Почему? Жировая прослойка служит изоляционным слоем под кожей, поэтому благодаря низкой теплопроводности жиры предохраняют организм.

Несмотря на то, что животные, которые живут в холодных районах, не могут использовать тёплую одежду, они могут питаться и накапливать жировой слой, который позволяет им выжить. В глубинах океана температура достигает отметки 12ºC, и в таких условиях жировой подкожный слой помогает животным сохранить внутренние органы от переохлаждения. Тюлени и маленькие киты имеют толстый жировой слой (около 7-10 см), а у крупных китов его толщина достигает 30 см! Жировой слой особенно важен для морских млекопитающих, поскольку холодная вода приводит к более значительной потере тепла, нежели прохладный воздух. Жировая ткань также помогает сохранять энергию на тот случай, когда еды будет недостаточно.

Жировой слой – это изолятор, который не пропускает тепло. Когда вы поместили термометр в стакан с жиром, температура вещества в центре была комнатной. Жир не дал теплу уйти. Вода не настолько хороший изолятор, поэтому она остыла намного быстрее.

Действие изолятора становится более очевидным, если есть постоянный источник тепла. Во втором эксперименте это тепло исходило от рук, поскольку мы являемся теплокровными млекопитающими. Ваши руки передавали тепло, а жир позволил его сохранить. Когда вы поместили руки в воду, тепло от рук начало передаваться в воду, поскольку между вами окружающей средой не было изолятора. Это то же самое, что выйти на улицу в холодный день без свитера – ваш организм начинает отдавать тепло окружающей среде. Когда вы надеваете свитер, он предотвращает потерю тепла.

Проект «Какая одежда подходит для холодной зимы?»

Некоторые материалы изолируют лучше остальных. В этом научном проекте вы определите лучший теплоизоляционный материал, который можно использовать для зимнего пальто.

Как вы думаете, из какого материала может быть сшита самая теплая одежда на зиму? Хлопок? Шерсть? Протестируйте несколько вариантов. Вы узнаете, какой из них является лучшим изолятором.

Что нам понадобится:

  • теплоизоляционные материалы (например, ватные шарики, газеты, ткань, шерстяной шарф);
  • вода;
  • чайник;
  • стеклянные банки;
  • часы;
  • термометр.

Ход эксперимента:

  1. Возьмите разные изолирующие материалы в одинаковом количестве.
  2. Вскипятите достаточное количество воды, чтобы заполнить все банки.
  3. Наполните каждую банку горячей водой наполовину.
  4. Быстро приложите изолирующий материал к каждой банке. Например, одну банку обмотайте полотенцем, вторую поместите в коробку, заполненную ватными шариками. Убедитесь, что изолирующий материал покрывает банки снизу доверху. Одну банку оставьте без изолирующего материала, в качестве контрольной.
  5. Оставьте банки на 30 минут, не проверяя их, пока не истечёт время.
  6. Затем уберите изолирующие материалы как можно быстрее и измерьте температуру в каждой емкости. Запишите данные и внесите их в таблицу.
  7. Повторите тот же процесс через 60, 90 и 120 минут.
  8. Проанализируйте полученные данные и определите, какой материал является самым эффективным изолятором.

Вывод:

Какие утеплители являются самыми эффективными при создании одежды? Из какого материала получится создать самое тёплое пальто?

Проект «Как утеплить окна?»

Вы когда-нибудь интересовались, почему комнаты с толстыми занавесками сохраняют больше тепла в зимнее время? Если вы хотите снизить содержание углекислого газа в своём доме или просто помочь сэкономить деньги своей семьи, тогда знания о том, как работает теплоизоляция, очень важны! Какой тип оконного покрытия позволит сохранить тепло в комнате?

Цель проекта – выяснить, какие занавески позволяют поддерживать утепление окон лучше всего.

Что нам понадобится:

  • 4 маленькие картонные коробки одинаковых размеров;
  • 4 литровых бутылок с водой;
  • 4 недорогих термометра;
  • целлофан;
  • тонкий материал для занавесок;
  • плотный материал для занавесок;
  • линейка;
  • карандаш;
  • ножницы;
  • клейкая лента;
  • маленькая воронка;
  • двусторонняя клейкая лента;
  • изолента или упаковочный скотч;
  • кастрюля;
  • плита;
  • вода;
  • блокнот и ручка.

Ход эксперимента:

  1. Вырежьте большое «окно» с одной стороны в трёх коробках. Окна должны быть одинаковых размеров, поэтому, прежде чем отрезать, используйте линейку и нанесите контуры карандашом. В четвёртой коробке не вырезайте ничего – это модель комнаты без окон.
  2. Закройте внутреннюю часть окна целлофаном, прикрепив его при помощи клейкой ленты.
  3. Сделайте занавески из каждого материала. Они должны полностью закрыть окно. Прикрепите занавеску из тонкого материала с внутренней стороны одной коробки. Используйте двусторонний скотч. Аналогичным образом прикрепите плотный материал ко второй коробке. Третью коробку с окном оставьте в таком виде, ничего не прикрепляя.
  4. Налейте воду из пластиковых бутылок в кастрюлю и попросите кого-то из взрослых вскипятить ее. Пусть вода немного остынет, чтобы вы не обожглись, если она расплескается.
  5. При помощи воронки налейте горячую воду назад в каждую бутылку. Старайтесь, чтобы во всех бутылках было одинаковое количество воды. Часть ее испарилась во время кипячения, поэтому бутылки не будут полными.
  6. Замерьте термометром температуру воды в каждой бутылке и запишите результаты в блокнот.
  7. Поместите по одной бутылке в каждую коробку и запечатайте при помощи упаковочного скотча. Оставьте коробки на улице вечером. Лучше всего это делать перед заходом солнца. Помните, что ваша цель – определить, сколько тепла потеряет каждая коробка, поэтому ставить коробки на солнце вам не выгодно.
  8. Через три часа откройте коробки и измерьте температуру каждой бутылки. Обязательно записывайте результаты своих наблюдений.
  9. Что вы заметили? Насколько долго бутылки сохраняли тепло? Какие коробки оказались более эффективными в плане сохранения тепла?

Вывод:

Окно любого вида способствует тому, что часть тепла утрачивается, поэтому коробка без окна оказалась самой эффективной. Однако коробка с окном и занавеской из плотного материала оказалась эффективнее, по сравнению с занавеской из тонкого материала. Коробка с окном без занавесок потеряла тепло больше всего. Почему? Плотные занавески обеспечивают утепление окна более эффективно, нежели обычные занавески из тонкого материала. Почему? Один из способов перемещения тепла – через проводимость, когда энергия из более тёплого места перемещается в холодное. Однако плотные материалы являются хорошими изоляторами. Они формируют условия, при которых теплопередача ухудшается. Довольно интересно заметить, что в данном опыте лучший изолятор – отсутствие окон и занавесок. Потому что тепло не может передаваться в вакууме! Именно поэтому производители изолирующих контейнеров для еды и напитков изготавливают две фляги, помещают одну в другую, и извлекают весь воздух между ними. Тепло способно эффективно передаваться только к верхнему контейнеру. Поэтому проводимость в данном случае минимальна.

Так насколько меньше энергии может использовать среднестатистическая семья, если повесит более плотные занавески на окна? Окупится ли приобретение изолирующих занавесок? Изготовители занавесок оценивают, что каждый домовладелец может сэкономить до 25% тепла. Министерство энергетики России рекомендует использовать энергосберегающие окна и занавески для экономии денег. Можете ли вы найти какие-либо другие методы экономии? Задействуйте творческое мышление и применяйте на практике новые методы!

Проект «Угол падения солнечного луча и степень нагрева материала»

Всем известно, что средняя температура повышается по мере приближения к экватору. Однако многие люди не понимают, почему именно это происходит. Есть несколько причин, почему экваториальный регион отличается более тёплым климатом. Одна из главных причин этого феномена – это угол солнечного излучения. В этом опыте ученики будут тестировать влияние угла света на температуру. Ребёнок сможет определить, способен ли данный фактор объяснить глобальные различия климата.

Цель проекта – определить, как угол светового излучения меняет температуру.

Что нам понадобится:

  • 3 термометра;
  • чёрная плотная бумага;
  • рулетка или метровая линейка;
  • транспортир;
  • ножницы;
  • книги или другие предметы;
  • секундомер или таймер.

Ход эксперимента:

  1. Выскажите гипотезу. Как вы думаете, влияет ли угол падения солнечных лучей на поверхность Земли на температурные изменения? Почему?
  2. Подготовьтесь. Отрежьте несколько одинаковых прямоугольных кусочков чёрной плотной бумаги (около 5Х10 см каждый). Оберните каждый термометр кусочком чёрной бумаги наполовину и расположите в нужных местах. Установите лампу так, чтобы источник света находился на высоте 40 см от стола. Убедитесь, что свет направлен прямо вниз.
  3. Перед тем, как включить лампу, разместите три термометра под ней. Первый термометр должен располагаться на ровной поверхности стола (горизонтально). Второй – под углом 45 градусов (установите его в таком положении при помощи книг). Используйте транспортир, чтобы определить точный угол. Третий расположите под углом 90 градусов.
  4. Когда термометры размещены должным образом, убедитесь, что вы можете легко рассмотреть температуру на каждом из них. Вы не должны прикасаться к ним во время опыта, поэтому изначально расположите их правильно. Запишите начальный температурный показатель каждого термометра и внесите данные в таблицу.
  5. Включите лампу и таймер. Каждую минуту записывайте температуру. Обращайте внимание на все три термометра. Продолжайте эксперимент на протяжении 30 минут. Заполните таблицу.
  6. Используя результаты, постройте график с тремя линиями. На оси X укажите время, а на оси Y – температуру. Сравните полученные результаты со своими предположениями. Повлиял ли угол на температуру? Как это связано с разницей температуры на поверхности Земли?

Вывод:

Как угол падения солнечных лучей на поверхность Земли влияет на температурные изменения? Почему?

Проект «Теплопроводность воды. Нелопающийся шар»

Зовём всех научных детективов! Нужно раскрыть тайну. Сцена следующая: два шарика, оба находятся над пламенем, но реагируют по-разному. Как такое может быть? Постарайтесь провести эксперимент и посмотреть, сможете ли вы раскрыть тайну нелопающегося шарика?

Этот удивительный эксперимент показывает на реальном примере, что такое теплопередача, а также поможет не только углубить понимание важнейших научных понятий, но и даст возможность понаблюдать и проявить дедуктивные способности при решении сложной задачи. Ваши юные детективы будут заинтригованы.

Что нам понадобится:

  • зажигалка или свечка;
  • спички;
  • 2 средних или крупных надувных шарика;
  • вода (столько, сколько понадобится для заполнения шариков);
  • 2 пары защитных очков (одни для вас, другие для ребёнка).

Ход эксперимента:

  1. Предостережение! Этот проект требует использования открытого огня. Используйте защитные очки. Эксперимент должен проводиться под присмотром взрослых!
  2. Надуйте один шарик и дайте ребёнку. Пусть осторожно держит его подальше от себя.
  3. Зажгите свечку или зажигалку и приблизьте пламя к шарику, но не слишком близко (пламя не должно касаться его). Наблюдайте, что произойдёт.
  4. Пусть ребёнок наполнит второй шарик холодной водой, пока он не достигнет размера грейпфрута.
  5. Осторожно наполните шарик небольшим количеством воздуха.
  6. Пока ребёнок держит шарик, наполненный водой, повторите шаг 3. Что произошло на этот раз? Что вы видите на поверхности шарика?
  7. Пришло время раскрыть тайну! Спросите ребёнка, почему первый шар лопнул, а второй нет. Постарайтесь найти ключи и объединить их. Это поможет найти ответ. Например, вы можете понаблюдать, как первый шарик начинает таять и/или перенимать огонь, прежде чем лопнуть. В то время, как второй всего лишь начал обугливаться. Как вы думаете, почему это происходит? Если ваш ребёнок задействует свои дедуктивные способности, он поймёт, что второй шарик не лопнул, потому что вода начала нагреваться. Вы почти нашли разгадку!

Вывод:

Разгадка тайны нелопающегося шарика связана с тем, как происходит передача тепла. Когда что-то горячее (пламя) контактирует с чем-то холодным (шарик), тепловая энергия передаётся или происходит теплообмен.

Что это значит в нашем случае с двумя шариками? В первом эксперименте шарик поглотил всю интенсивность тепла пламени, потому что воздух внутри шарика оказывал незначительное влияние на передачу тепловой энергии. Поскольку шарик не мог выдержать интенсивного тепла, он начал таять, а затем буквально разрушился.

Почему во втором эксперименте вы получили совершенно иные результаты? Теплопроводность воды и воздуха разная. По сравнению с воздухом, вода довольно хорошо поглощает энергию тепла. Иными словами, вода обладает более высокой теплопроводимостью. Когда вы удерживали пламя вблизи шарика, вода внутри поглотила часть тепловой энергии. В первом эксперименте тепло не могло найти иного пути и проникло в шарик. Однако в данном случае тепло проникло внутрь и подействовало на воду. При этом интенсивность тепла, воздействующего на шарик, снизилась. Структурная целостность шарика осталась прежней, поскольку резина не получила достаточное количество тепла. Элементарно, мой дорогой Ватсон!

А что представляет собой эта черная субстанция, образовавшаяся на поверхности второго шарика? Это был углерод, который является побочным продуктом горения или сгорания. То же самое происходит, когда горит дерево в камине.

Заключение

Надеемся, что каждый опыт с теплопроводностью был интересным и показал вам, насколько разнообразно может проявляться это физическое явление. Подумайте, какие еще опыты можно провести на базе ваших знаний про теплопроводность.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector