Теплопроводность - способ переноса тепла от более нагретых частей тела к менее нагретым частям, приводящий к выравниванию температуры тела

, где ΔТ - разность температур внутренней и наружной поверхности стены, S – площадь поверхности, - толщина стены, - коэффициент теплопроводности.

Вещество	, Вт/(м·К)
Кирпич красный Древесина (сосна) Древесина (сосна) Пенопласт Железобетон Снег (неуплотненный) Снег (уплотненный) Воздух	0,77 0,15 (поперек волокон) 0,36 (вдоль волокон) 0,035 2,33 0,11 0,48 0,025

Измерение количества теплоты. Калориметр. Уравнение теплового баланса:

Вывод: Количество теплоты - характеристика способа передачи энергии. Нагревая тело, мы всегда передаем ему неупорядоченное движение.

Количества теплоты (Q) – свойство тела передавать хаотическое движение другим телам при теплообмене, приводящее к изменению его внутренней энергии, измеряемое при нагревании произведением теплоемкости тела на изменение его температуры.

IV. Задачи:

1. Смешали 60 кг воды при 90⁰С и 40 кг спирта при 23⁰С. Какова температура смеси (самопала)?

2. В калориметре находится 2 кг воды при температуре 5⁰С. Туда опускают кусок льда массой 5 кг при температуре - 40⁰С. Какая температура установится в состоянии теплового равновесия? Сколько льда будет в калориметре?

3. Вода при соблюдении необходимых предосторожностей может быть переохлаждена до температуры – 10⁰С. Какая масса льда образуется из 1 кг такой воды, если бросить в нее маленький кусок льда и тем вызвать замерзание (обледенение самолетов, попавших в облако, состоящее из переохлажденной воды; гололед; обледенение проводов и ветвей деревьев). Какую температуру должна иметь переохлажденная вода, чтобы целиком превратиться в лед?

4. При температуре на улице -20⁰С работающая батарея поддерживает в комнате температуру 16⁰С. Когда кроме батареи включили электроплитку мощностью 1 кВт. В комнате установилась температура 22⁰С. Определите тепловую мощность батареи.

Вопросы:

1. Верно ли, что при теплообмене тепло всегда передается от тела с большей внутренней энергией к телу с меньшей внутренней энергией?

2. Назовите хотя бы две причины, почему калориметры делают из металла, а не из стекла.

3. Можно ли довести воду до кипения, подогревая ее стоградусным паром при нормальном атмосферном давлении?

4. Почему теплоизоляционные свойства пенопласта почти в 20 раз лучше, чем кирпича?

5. На одинаковые плитки поставили две одинаковые кастрюли с равным количеством воды при одной и той же температуре. Через некоторое время в первую кастрюлю долили немного воды из кипящего чайника. В какой из кастрюль вода закипит быстрее?

6. Какая печь лучше – железная или кирпичная?

7. Чем меньше температура нагретого тела, тем медленнее идет его охлаждение. Почему?

8. Почему процесс остывания чая в чашке очень трудно рассчитать?

9. Почему теплопроводность древесины поперек волокон почти в два раза меньше. Чем вдоль волокон?

10. Почему скорость остывания стакана с кипятком в диапазоне температур 75 – 100⁰С заметно больше, чем, например, в диапазоне 75 – 50⁰С?

11. Какие явления будут наблюдаться, если стакан с водой выставить на солнечный свет?

12. Выведите формулу для скорости остывания нагретого тела.

13. В сосуде находятся в тепловом равновесии лед и вода одной и той же массы. В сосуд впускают пар при температуре 100⁰С и в том же количестве. Какая установится конечная температура? Потерями тепла пренебречь.

V. §25 Упр. 6, № 5, 13, 14

1. Составить обобщающую таблицу "Количество теплоты", используя рисунки, чертежи и текстовый материал.

2. Построить график зависимости температуры плавления элемента от его порядкового номера и периодической таблице и попытайтесь объяснить эту зависимость на основе известных вам сведений о строении атома.

3. Оцените высоту падения, на которой застывает расплавленная свинцовая капля.

4. До какой минимальной температуры можно охладить пластиковую бутылку с кипяченой водой, не превращая ее в лед? Если встряхнуть бутылку с переохлажденной водой и слить незамерзшую воду через марлю, то, измерив массу льда, можно оценить эту температуру. Попробуйте это сделать.

5. Почему вода в пластиковой бутылке, выставленной на холод, начинает замерзать от стенок? Почему цепочка воздушных пузырьков в воде, замерзшей в пластиковой бутылке, тянется от стенок бутылки почти до ее середины?

6. Температура воздуха над гладкой поверхностью водоема понизилась настолько, что вода покрылась корочкой льда. По какому закону должна изменяться температура воздуха надо льдом, чтобы толщина льда увеличивалась со временем равномерно?

"Из таких же исследований всех других известных физических и химических процессов следует вывод, что природа как целое содержит определенный запас энергии, который не может быть ни уменьшен, ни увеличен; и что поэтому количество энергии в природе вечно и неизменно"

Гельмгольц

Урок 4. ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

ЦЕЛЬ УРОКА: Познакомить учеников с содержанием и дать формулировку первого закона термодинамики, научить учеников применять его для решения задач.

ТИП УРОКА: Комбинированный.

ОБОРУДОВАНИЕ: Термометр электрический, наковальня, молоток, свинцовая пластинка, тонкий картон, две одинаковые пробирки с водой. Трубка латунная, шнур, эфир, диафильм "Закон сохранения энергии в тепловых процессах".

ПЛАН УРОКА:

1. Вступительная часть 1-2 мин

2. Опрос 15 мин

3. Объяснение 15 мин

4. Закрепление 5 мин

5. Задание на дом 2-3 мин

II. Опрос фундаментальный:

1. Количество теплоты.

2. Уравнение теплового баланса.

Задачи:

1. В двух сосудах объемом 1 л и 2 л содержится один и тот же газ с одной и той же концентрацией молекул. В первом сосуде температура 300 К, во втором - 350 К. Определить, какая установится температура, если сосуды привести в тепловой контакт. Теплообмена с окружающей средой нет.

2.

3.

Вопросы:

1. Почему сырые дрова горят хуже сухих и дают меньше тепла?

2. Каким кипятильником можно вскипятить воду в кастрюле с меньше затратой энергии: шестисотваттным или киловаттным?

3. Можно ли ускорить закипание воды в чайнике, долив в неё горячей воды?

4. Почему теплота испарения вещества больше его теплоты плавления?

5. Чем отличаются различные способы изменения внутренней энергии тела и что между ними общего?

6. Что происходит, когда изменяется температура, а что – когда сообщается тепло?

7. От чего зависит количество переданной теплоты от нагретого тела в окружающую среду?

8. Что охлаждается быстрее – ванна, наполненная горячей водой, или стакан с горячим чаем?

9. Почему в приморских странах климат всегда умереннее и ровнее, чем в странах, лежащих внутри материков?

10. Если в стакан кипятка налить тонкий слой масла, то скорость остывания воды значительно уменьшается. Почему?

11. Конькобежец решил затормозить и свел вместе пятки, а носки расставил врозь (обычно тормозят наоборот). Как он будет двигаться дальше, если будет удерживать ступни в этом положении?

III. "...вещи не могут ни создаваться из ничего, ни однажды возникнув вновь обращаться в ничто..."

Лукреций

Демонстрация нагревания свинцовой пластинки молотком и электроплиткой. Нагревание воды во время шторма (Майер). Сверление пушечных стволов (При сверлении тупым сверлом совершалась большая работа и, следовательно, сильнее нагревалась деталь). Механический эквивалент теплоты (Джоуль). Демонстрация.

"...повсюду, где происходит уничтожение движущей силы, возникает одновременно теплота в количестве, пропорциональном количеству исчезнувшей движущей силы".

С. Карно