Теплопроводность опыты по физике 8 класс: Теплопроводность | 8 класс | Физика

Теплопроводность | 8 класс | Физика

Содержание

Внутренняя энергия тела может изменяться без совершения работы — за счет теплопередачи. Когда мы подносим металлическую палку к пламени свечи, ее конец тоже становится горячим.

На этом примере видно, что внутренняя энергия может передаваться от одних тел к другим. Также внутренняя энергия может передаваться от одной части тела к другой — ведь нижняя часть палки не касается свечи, но нагревается.

То же явления мы можем наблюдать, опустив железную ложку в кипяток. Вскоре конец ложки, не погружённый в воду, станет горячим (рисунок 1).

Рисунок 1. Пример теплопроводности

Одним из видов теплопередачи является теплопроводность. Именно его мы наблюдаем в приведенном примере. На данном уроке мы более подробно рассмотрим это явление.

Определение тепловодности

Теплопроводность — это явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте.  

• теплопроводность свойственна веществам во всех трех агрегатных состояниях: твердом, жидком и газообразном
• разные вещества обладают разной теплопроводностью

Рассмотрим подробнее последнее утверждение. Поднесем к огню конец деревянной палочки (рисунок 2). Он загорится. Тем не менее, другой ее конец останется холодным. Следовательно, дерево обладает плохой теплопроводностью.

Рисунок 2. Нагревание различных материалов для оценки их теплопроводности.

Если мы заменим деревянную палочку на металлическую, то она вся довольно быстро нагреется. Держа такой предмет, можно легко обжечься.

Это говорит о том, что металлы имеют большую теплопроводность. Серебро медь и золото имеют наибольшую теплопроводность.

Теплопроводность твердых тел

Рассмотрим опыт, изображенный на рисунке 3. 

Рисунок 3. Теплопроводность твердого тела.

Прикрепляем к штативу один конец толстой медной проволоки. Под другим концом проволоки расположим спиртовую горелку. К проволоке прикрепим с помощью воска небольшие гвоздики (рисунок 3, а).

Начнем нагревать свободный конец проволоки с помощью спиртовки (рисунок 3, б). Воск постепенно начнет таять.

Поочередно гвоздики начнут отваливаться, начиная с тех, что находятся ближе к огню спиртовки (рисунок 3, в).

Объясним происходящее со стороны физики:

1. Частицы металла находятся очень близко к друг другу. Они колеблются в определенных положениях
2. Скорость колебательного движения частиц при нагревании металла сначала увеличивается в той части проволоки, которая находится ближе к огню
3. За счет взаимодействия частиц металла друг с другом, увеличивается скорость движения соседних частиц
4. При увеличении скорости их движения, начинает подниматься температура

Этот процесс будет постепенно проходить по всей длине проволоки.

При теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Рассмотрим еще один опыт (рисунок 3). На этот раз с другой стороны подставим к горелке еще один штатив с закрепленной на нем проволокой. Различие будет в ее материале — проволока сделана из стали.

Рисунок 3. Теплопроводность различных металлов.

В процессе нагревания мы увидим, что гвоздики на медной проволоке отваливаются быстрее. Медь быстрее нагревается по всей длине. Это показывает нам, что тепловодность различных металлов неодинакова. Медь имеет большую тепловодность, чем сталь.

Теплопроводность жидкостей

Проведем простой опыт. Наполним пробирку водой и начнем подогревать ее верхнюю часть (рисунок 4).

Рисунок 4. Теплопроводность жидкости.

Вода в верхней части пробирки быстро закипит, а у дна просто нагреется. Это говорит о том, что у жидкостей теплопроводность невелика (исключение составляют ртуть и расплавленные металлы).

Причина небольшой теплопроводности жидкостей — расположение молекул в их строении. Расстояние между молекулами жидкости больше, чем в твердых телах. 

Теплопроводность газов

Исследуем на опыте теплопроводность газов. Наденем на палец пробирку. Будем нагревать ее дно в пламени спиртовки (рисунок 5).

Рисунок 5. Теплопроводность газа.

Нам придется долго ждать, чтобы почувствовать тепло нагретого в пробирке воздуха. Расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел. Значит, теплопроводность газов еще меньше.

Волосы, шерсть, перья птиц обладают плохой теплопроводностью. Причина этому — между волокнами этих веществ содержится воздух. 

Теплопроводность объясняется переносом энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии частиц вещества. Чем больше расстояние между частицами и слабее взаимодействие между ними, тем меньшей теплопроводностью обладает тело. Поэтому наименьшей теплопроводностью обладает вакуум (безвоздушное пространство). Нет частиц — нет теплопроводности.

Применение

Иногда необходимо предохранить тело от нагревания или охлаждения. Для этого используют тела с малой теплопроводностью. Если кастрюли и сковородки делают из металла (позволяет быстрее нагреваться), то их ручки делают из дерева или пластмассы. Это позволяет нам не обжигаться. По этой же причине кружки и стаканы изготавливают преимущественно из пластмассы, стекла, фарфора.

Материалы, которые используют при строительстве домов (бревна, кирпичи, бетон) обладают плохой теплопроводностью. Таким образом строения меньше охлаждаются.

В устройстве термоса тоже применяется явление теплопроводности (рисунок 6). Из пространства между колбой и кожухом выкачан воздух, так почти не осуществляется теплопередача.

Рисунок 6. Устройство термоса.

Снежный покров имеет плохую теплопроводность. Это имеет огромное значение для живых организмов: многие зимующие растения защищены от вымерзания; крупные животные ночуют, зарывшись в снег; мелкие могут вести активную жизнь в норах, вырытых под снегом.

Теплопроводность | Частная школа. 8 класс

Конспект по физике для 8 класса «Теплопроводность». ВЫ УЗНАЕТЕ: Что такое теплопроводность. Как различаются теплопроводности веществ.

Конспекты по физике    Учебник физики    Тесты по физике

---

Теплопередача является одним из способов передачи внутренней энергии от одного тела к другому. Существует три вида теплопередачи.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ

Когда вы опускаете чайную ложку в стакан с горячим чаем, то нагревается не только часть ложки, опущенная в воду, но постепенно и та часть ложки, которая находится над водой. Значит, внутренняя энергия может переходить не только от одного тела к другому, но и от одной части тела к другой части того же тела.

Проведём следующий опыт. В штативе закрепим толстую металлическую проволоку, к которой при помощи воска прикрепим несколько гвоздиков. Нагреем свободный конец проволоки. Сначала от нагревания размягчается воск, который удерживает ближайший от пламени гвоздик. Спустя некоторое время этот гвоздик отрывается от стержня и падает. Затем падает второй гвоздик, третий и т. д. Следовательно, стержень проводит тепло.

Как объясняется это явление? В проволоке, как и во всех твёрдых телах, атомы совершают колебательные движения около некоторых положений равновесия. При нагревании проволоки в месте её контакта с горелкой скорость колебательного движения атомов металла увеличивается. Эти атомы, взаимодействуя с соседними атомами, передают им часть своей энергии. Таким образом, в результате теплопередачи постепенно нагревается вся проволока.

Важно отметить, что в твёрдых телах сами атомы, передавая кинетическую энергию, не меняют своё местоположение, т. е. само вещество не перемещается.

Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называют теплопроводностью. При теплопроводности само вещество не перемещается от одной части тела к другой.

Когда хотят вскипятить воду на костре, котелок с водой вешают на деревянную палку. Именно благодаря низкой теплопроводности дерева мы можем спокойно снять котелок с кипящей водой с костра и не обжечься. Низкая теплопроводность дерева используется с древности при изготовлении, например, факелов.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Разные вещества имеют неодинаковую теплопроводность. Если один конец деревянной сухой палки держать в руке, а второй конец опустить в костёр, мы не почувствуем нагрева палки до тех пор, пока огонь не коснётся руки. Если же в этом опыте вместо палки взять металлический прут, то свободный конец достаточно быстро станет очень горячим и держать его в руке мы уже не сможем. Всё дело в том, что металлы обладают гораздо большей теплопроводностью, чем дерево.

Рассмотрим следующий опыт. Верхние концы стержней одинакового размера из меди, алюминия, железа, стекла и дерева прогреваются горячей водой. К нижним концам этих стержней прикреплены воском гвоздики. Быстрее всего гвоздик отпадает от медного стержня, значит, медь очень хороший проводник тепла. Через некоторое время гвоздик отпадает от алюминиевого стержня, затем — от железного, и только потом от стеклянного. От деревянного стержня, имеющего низкую теплопроводность, гвоздик не отпадёт.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ЖИДКОСТЕЙ И ГАЗОВ

Возьмём пробирку с водой и погрузим в неё кусочек льда, а чтобы он не всплыл вверх (лёд легче воды), придавим его медным грузиком. Но при этом вода должна иметь свободный доступ ко льду. Начнём нагревать верхнюю часть пробирки. Вскоре вода у поверхности закипит, выделяя клубы пара. Но при этом лёд на дне пробирки так и не растает. Это означает, что у жидкостей теплопроводность невелика (за исключением ртути и расплавленных металлов).

У газов теплопроводность ещё меньше. Это можно проверить на следующем опыте. В сухую пробирку, закрытую резиновой пробкой с маленьким отверстием, вставим металлическую спицу. Держа спицу в руке, нагреем пробирку в пламени спиртовки донышком вверх. Несмотря на высокую теплопроводность металла, рука долго не почувствует тепла, так как воздух в пробирке имеет очень низкую теплопроводность и спица практически не нагреется.

Уменьшение теплопроводности газов по сравнению с твёрдыми телами связано с увеличением расстояния между молекулами. Так как передача тепла обусловлена передачей кинетической энергии между молекулами, с увеличением межмолекулярного расстояния эта передача становится всё более затруднительной.

Вещества с плохой теплопроводностью одинаково хорошо могут использоваться для поддержания тел как в холодном состоянии, так и в нагретом.

Плохая теплопроводность снега позволяет сохранить озимые растения в холодные зимы. Поэтому в бесснежные зимы часто происходит вымерзание озимых посевов на полях. Низкая теплопроводность воздуха, заключённого между перьями птиц, шерстинками меха животных, обеспечивает им эффективную защиту от холода. Низкой теплопроводностью обладают все пористые вещества, например пробка или бумага.

Вещества с низкой теплопроводностью широко применяются в быту и технике. Для защиты от холода люди с древности возводили жилища из дерева и камня. Для защиты от ожога на металлических кастрюлях и чайниках делаются пластиковые или деревянные ручки. Хорошая теплопроводность металлов, таких, как алюминий и медь, используется при изготовлении деталей охлаждающих устройств.

Способностью передавать тепло, или теплопроводностью, обладают все вещества: и твёрдые, и жидкие, и газообразные. Однако теплопроводность различных веществ неодинакова. Лучшими проводниками тепла являются металлы. Хуже всего проводят тепло газы. Известно, что теплопроводность воздуха в 20 000 раз меньше теплопроводности меди.

Самую низкую теплопроводность имеет вакуум. Так называют пространство, в котором отсутствуют атомы и молекулы. Теплопроводность вакуума близка к нулю.

 

---

Вы смотрели Конспект по физике для 8 класса «Теплопроводность».


Вернуться к Списку конспектов по физике (Оглавление).



Просмотров:
6 065

Эксперименты по теплопроводности – Сопротивление: Материалы

Безопасность: Пожалуйста, примите все необходимые меры предосторожности

Реферат

Теплопроводность является важным свойством материала в промышленности и повседневных ситуациях, таких как знание того, какую кухонную посуду выбрать или какую одежду надевать для покинуть дом. Это свойство описывается в ваттах на метр Кельвина и в установившемся режиме может быть рассчитано путем измерения теплового сопротивления. Как теплопроводность, так и тепловое сопротивление будут влиять на количество тепла, проходящего через систему. В этом эксперименте будет использоваться простая установка для наблюдения за изменением теплового потока.

Введение

Целью данного эксперимента является демонстрация влияния различной теплопроводности на тепловой поток через данный материал. В конечном итоге это обеспечит лучшее понимание как теплопроводности, так и теплового сопротивления. . Тепловое сопротивление аналогично электрическому сопротивлению в том смысле, что оно обратно пропорционально потоку тепла. В лабораторных условиях тепловое сопротивление рассчитывается при определенных обстоятельствах, что позволяет затем получить теплопроводность на основе полученных результатов.

Уравнение теплового потока Q = ΔT / RΘ

• Q = тепловой поток в ваттах
• ΔT = разница температур в градусах Цельсия
• RΘ = тепловое сопротивление (л/к ⋅ А)
• l = длина материала в метрах
• k = константа теплопроводности в Вт/м-K
• A = площадь поверхности в квадратных метрах

В этом эксперименте выделенная жирным шрифтом константа будет варьироваться в разных образцах.

Этот эксперимент был разработан для сравнения теплопроводности, поэтому площадь поверхности, длина и разница температур должны оставаться одинаковыми в каждом тесте. Однако для этого эксперимента можно использовать неметаллы, что может привести к длительному времени тестирования или потенциальному незавершению. Поэтому рекомендуется использовать металлы. Список распространенных металлов можно найти в разделе сравнения.

Материалы

Материал	Цена	Место покупки
Проводка (тот же диаметр, 1,1 м) • Медь • Алюминий • Сталь	От 5 до 10$ за штуку, всего 15-30$.	Амазонка
Свечи x15	1$	Амазонка
Инфракрасный термометр	23$	Амазонка
Стакан x2 (50 мл)	3$	Инструменты индиго
Линейка	2$	Амазонка
Горячая плита	15$	Амазонка
Секундомер	4$	Амазонка
Итого	63-78$

Процедура

1. 1. Возьмите два стакана (одинакового или разного размера), наполните один водой и поставьте на плиту.
   2. Поместите другую мензурку на предмет такого же размера, как и на плитке, чтобы края обоих мензурок находились на одной высоте (или используйте более высокую мензурку)
   3. Согните все провода под углом 90° с обоих концов, образуя плечи длиной 50 мм, и убедитесь, что 1 м провода остается прямым
   4. Убедитесь, что изогнутый конец провода погружен в воду
   5. Поместите все три выбранных провода на края обоих стаканов, чтобы соединить оба стакана
1. Используйте маркер, чтобы отметить каждый провод через каждые 200 мм или, если используете свечи, расплавьте дно каждой свечи, используя какой-либо источник тепла, и поместите свечи с интервалом 200 мм вдоль провода
2. Нагревайте воду на нагревательной плите в течение 15 минут, затем измеряйте температуру через каждые 200 мм

*при необходимости можно использовать более короткие провода для ускорения эксперимента, просто проведите измерение на каждой 1/5 длины провода*

Наблюдение

Существует два способа визуализировать распространение тепла по проводам. Первоначально можно наблюдать степень расплавления свечей на каждом интервале 200 мм. Провод с наибольшей теплопроводностью будет иметь наибольшую тяжесть расплавленной свечи, тогда как; провод с наименьшей теплопроводностью будет иметь самую слабую остроту расплавленных свечей вблизи источника тепла. Можно также использовать инфракрасный термометр для измерения каждого 200-миллиметрового интервала вдоль провода и отображать записанные данные в зависимости от расстояния до кипящей воды. Участок с наибольшей разницей между 0 мм и 1000 мм, скорее всего, будет худшим проводником тепла. Полученный график должен выглядеть примерно так, как показано ниже.

Сравнение

Ниже приведен список металлов вместе с их значением теплопроводности. Чем выше показатель теплопроводности, тем лучше будет теплопроводность материала.

Материал	Значение теплопроводности (Вт/м⋅K)
Медь	397,48
Алюминий	225,94
Вольфрам	196,65
Цинк	111,8
Бронза	104,6
Никель	87,86

*Для других значений теплопроводности посетите: https://thermtest. com/materials-database

Заключение

Металлы передают тепло за счет накопленной энергии в свободных электронах атомов металла, эти электроны будут сталкиваться друг с другом передают свою кинетическую энергию. Это бильярдное взаимодействие будет распространяться по всему металлу до тех пор, пока энергия не будет распределена равномерно. Медь обычно считается лучшим теплопроводником по соотношению теплопроводности к цене. Единственным металлом, превосходящим медь, является серебро с теплопроводностью 429.0,77 Вт/м·К. Имея это в виду, неудивительно, если окажется, что медная проволока имеет самую высокую температуру на всех 200-миллиметровых интервалах и самую высокую степень плавления свечей. Во второй части этой серии экспериментов будут рассмотрены изменения теплопроводности в зависимости от длины данного материала.

Для получения дополнительной информации посетите:
https://thermtest.com/what-is-thermal-conductivity
https://thermtest.com/thermal-resources/energy2d-heat-transfer-simulations/
https://en. wikipedia.org/wiki/Thermal_conductivity

Эксперимент по теплопроводности — уровни обучения

Это исследование предназначено для всех возрастов, как показывают цветные смайлики. Вы можете провести эксперимент по теплопроводности всей семьей!

с 1 по 4 классы с 5 по 8 классы с 9 по 12 классыБлок 2-12: Восточная Европа, Венгрия, Металлы, Гравюра

Эксперимент по теплопроводности — это урок химии из Layers of Learning Unit 2-12 о свойствах металлов. Layers of Learning предлагает практические эксперименты в каждом разделе этой семейной учебной программы. Узнайте больше о слоях обучения.

Тепло передается через материал, такой как ложка, за счет вибрации и столкновения молекул в ложке. Чем выше температура, тем выше вибрации. Тепло также может передаваться от одного материала к другому, как вода к ложке, через молекулы воды, вибрирующие относительно молекул ложки.

Некоторые материалы лучше проводят тепло, чем другие. В этом эксперименте вы увидите, как пластик, металл и дерево сравниваются по своей способности проводить тепло.

Шаг 1: Исследование библиотеки

Прежде чем приступить к изучению, прочитайте книгу или посмотрите видео о теплопроводности. Вот несколько предложений, но если вы не можете их найти, поищите в своей библиотеке книги о теплопроводности. Цветные смайлики над каждой книгой сообщают вам, для какого возраста они рекомендованы.

Поскольку мы являемся аффилированными лицами Amazon, рекомендуемые ниже книги и продукты возвращают нам небольшой процент от вашей покупки. Это не влияет на ваши расходы и помогает нам в работе нашего веб-сайта. Мы благодарим Вас!

Энергия, которая согревает нас

Дженнифер Бутройд

Объясняет, что такое тепло и как оно может передаваться через материалы и между ними.

Теплопередача

Ускоренный курс

Теплопроводность, конвекция и излучение

Академия Хана

Шаг 2: Эксперимент по теплопроводности

ВНИМАНИЕ! В этом эксперименте используется очень горячая вода и горячая горелка. Маленьких детей следует держать в стороне, пока ребенок постарше (уже обученный обращению с горячими плитами и технике безопасности) или взрослый проводит эксперимент.

Для этого эксперимента вам понадобится плита или электроплитка, кастрюля с водой, три ложки из разных материалов: металла, пластика и дерева, а также масло или маргарин.

Для начала поставьте кастрюлю с водой на горячую плиту. Как только вода станет хорошей и горячей (закипит или почти закипит), осторожно поместите в кастрюлю 3 разные ложки — одну металлическую, одну пластиковую или резиновую и одну деревянную. Подождите несколько минут, пока ложки нагреются.

Итак, у нас не было деревянной ложки, и вместо нее мы использовали деревянную линейку.

Следующий шаг — сделать предсказание или гипотезу о том, что произойдет, если положить на каждую ложку по кусочку масла. Предложите детям записать свои предположения. Вот лист эксперимента по научному методу, который можно использовать для этого эксперимента.

Настоящий эксперимент происходит очень быстро, поэтому убедитесь, что все готовы и смотрят, когда вы положите на каждого по кусочку масла.

Масло на металлической ложке почти сразу растаяло; масло на деревянной ложке немного растаяло; Между тем, масло на пластиковой ложке оставалось твердым намного дольше. Тепло передавалось движущимися молекулами внутри ложек.

Металл лучше проводит тепло, чем пластик или дерево.

Заполните листы эксперимента маркированным чертежом эксперимента, описанием использованного метода и результатами.

Шаг 3: Покажите, что вы знаете

Теперь, когда вы знаете, что металл является лучшим проводником тепла, чем пластик или дерево, спланируйте эксперимент, чтобы сравнить другие материалы с металлом, например стеклом, керамикой или тканью. Но на этот раз не используйте кастрюлю с кипящей водой. Запишите свою гипотезу, материалы, метод и результаты.

Дополнительные слои

Дополнительные слои — это дополнительные действия, которые вы можете выполнять, или тангенсы, с которых вы можете начать. Вы найдете их на боковых панелях каждого блока Layers of Learning. Они необязательны, поэтому просто выберите то, что вас интересует.

В Интернете

Посетите этот интерактивный веб-сайт, чтобы узнать о трех способах передачи тепла — проводимости, конвекции и излучении — и в чем разница между ними.

Дополнительный слой

Некоторые дети могут спросить, проводится ли простуда. Ответ — нет. С научной точки зрения холод — это отсутствие тепла, поэтому проводится только тепло. Если что-то кажется холодным, это потому, что оно отводит ваше тепло от тела.

Глубокие мысли

Является ли одеяло на вашей кровати хорошим проводником тепла? Это не значит: «Это согревает тебя?» Это означает: «Передается ли тепло через одеяло быстро и легко?»

Иногда вещи полезны для нас, потому что они хорошо проводят тепло, а некоторые вещи более полезны для нас, потому что они этого не делают.