Toplotna provodljivost je prijenos delta Q energije sa više zagrijanih T1 dijelova tijela na manje zagrijane T2.
Zakon toplotne provodljivosti: toplotna delta Q koja se prenosi kroz element površine delta S tokom vremena delta t proporcionalna je temperaturnom gradijentu dT/dx, oblasti delta S i vremenu delta t
Delta Q = -X * (dT/dx) * delta S * delta t
X - koeficijent toplotne provodljivosti.
Suština toplotne provodljivosti
Toplotno provođenje nastaje zbog kretanja topline i interakcije njenih sastavnih čestica jedna s drugom. Proces toplotne provodljivosti uzrokuje da temperatura cijelog tijela bude ista.
Tipično, energija koju treba prenijeti definira se kao gustina toplotnog toka proporcionalna temperaturnom gradijentu. Ovaj koeficijent proporcionalnosti naziva se koeficijent toplotne provodljivosti.
Toplotna provodljivost je svojstvo tijela da prenosi toplinu, zasnovano na razmjeni topline koja se javlja između atoma i molekula tijela.
Kod toplinske provodljivosti nema prijenosa tvari s jednog kraja tijela na drugi. Tečnosti imaju nisku toplotnu provodljivost, sa izuzetkom žive i rastopljenih metala.
Sve je to zbog činjenice da se molekuli nalaze daleko jedan od drugog, za razliku od čvrstih tvari. Gasovi imaju još manju toplotnu provodljivost jer njegovi molekuli su na još većoj udaljenosti od molekula tečnosti.
Vuna, kosa i papir imaju slabu toplotnu provodljivost. To je zbog činjenice da između vlakana ovih tvari postoji zrak. Toplotna provodljivost različitih supstanci je različita
Kuće se grade od cigle i trupaca jer imaju slabu toplotnu provodljivost i mogu održavati prostoriju hladnom ili toplom. Plastične ručke su napravljene za tiganje da se ljudi ne opeku, jer imaju slabu toplotnu provodljivost.
Suština konvekcije
Konvekcija je još jedna vrsta prijenosa topline u kojoj se energija prenosi samim mlazovima tekućina i plinova.
Primjer: u zagrijanoj prostoriji, zbog konvencije, topli zrak se diže, a hladan pada dolje.
Toplotni tok Q - količina toplote W, J koja prolazi kroz datu površinu u pravcu normale na nju tokom vremena T, C
Ako je količina prenešene toplote W povezana sa površinom F i vremenom T, dobijamo vrednost:
Gustina toplotnog toka mjeri se u W/m2
Postoje dvije vrste konvekcije - prirodna i prisilna.
Ka prirodnoj konvekciji odnosi se na grijanje prostorije, zagrijavanje tijela tokom vrućine (prirodno).
Prema prisilnoj konvekciji Ovo uključuje miješanje čaja žličicom, korištenje ventilatora za hlađenje prostorije (neprirodno)
Do konvekcije ne dolazi ako se tečnosti zagrevaju odozgo (ispravno odozdo), jer zagrejani slojevi ne mogu pasti ispod hladnih jer oni su teži.
PRENOS TOPLOTE (ili razmena toplote) je jedan od načina promene unutrašnje energije tela (ili sistema tela), dok se unutrašnja energija jednog tela prenosi u unutrašnju energiju drugog tela bez vršenja mehaničkog rada.
Razmjena topline između dva medija odvija se kroz čvrsti zid koji ih razdvaja ili kroz međuprostor između njih.
Toplota se može preneti samo sa tela sa višom temperaturom na telo sa nižom temperaturom.
Izmjena toplote uvijek se odvija tako da je smanjenje unutrašnje energije nekih tijela uvijek praćeno istim povećanjem unutrašnje energije drugih tijela koja učestvuju u razmjeni topline.
Postoje tri vrste prijenosa topline: provodljivost, konvekcija i zračenje.
TOPLOTNA PROVODNOST - prijenos energije sa više zagrijanih dijelova tijela na manje zagrijane kao rezultat toplinskog kretanja i interakcije mikročestica (atoma, molekula, jona itd.).
Dovodi do izjednačavanja telesne temperature. Nije praćeno prijenosom tvari!
Ovakav način prijenosa unutrašnje energije karakterističan je i za čvrsta tijela i za tekućine i plinove.
Toplotna provodljivost različitih supstanci je različita.
Postoji ovisnost toplinske provodljivosti o gustoći tvari.
KONVEKCIJA je prijenos energije mlazovima tekućine ili plina.
Konvekcija nastaje zbog miješanja tvari u tekućem ili plinovitom mediju.
Konvekcija je nemoguća u čvrstim materijama.
Postoji ovisnost brzine konvekcije o gustini tvari i o temperaturnoj razlici između tijela u kontaktu.
Konvekcija može biti prirodna ili prisilna, na primjer, pomoću ventilatora.
ZRAČENJE
Svi objekti oko nas emituju toplotu u ovom ili onom stepenu. Emitujući energiju, tijela se hlade.
Što je tjelesna temperatura viša, toplinsko zračenje je intenzivnije.
Toplotno (infracrveno) zračenje ne percipira oko.
Prijenos topline zračenjem moguć je u bilo kojoj tvari iu vakuumu.
Tela su sposobna ne samo da emituju, već i da apsorbuju toplotno zračenje i pri tome se zagrevaju.
Tamna tijela bolje apsorbiraju zračenje od svijetlih tijela ili onih sa zrcalnom ili uglačanom površinom i bolje zrače.
Kako bi fantastično izgledao svijet oko nas kada bismo mogli vidjeti toplinsko zračenje drugih tijela koje je našim očima nedostupno!
Para je gasovito stanje supstance pod uslovima u kojima gasovita faza može biti u ravnoteži sa tečnom ili čvrstom fazom iste supstance. Proces nastajanja pare iz tečne (čvrste) faze naziva se "vaporizacija". Obrnuti proces naziva se kondenzacija. Pri niskim pritiscima i visokim temperaturama, svojstva pare se približavaju svojstvima idealnog gasa. U kolokvijalnom govoru, riječ "para" se gotovo uvijek odnosi na vodenu paru. Parovi drugih supstanci su eksplicitno navedeni.
Izmjena topline je proces promjene unutrašnje energije bez vršenja rada na tijelu ili samom tijelu.
Izmjena toplote se uvijek odvija u određenom smjeru: od tijela sa višom temperaturom do tijela sa nižom temperaturom.
Kada se tjelesne temperature izjednače, izmjena toplote prestaje.
Izmjena toplote se može izvesti na tri načina:
- toplotna provodljivost
- konvekcija
- radijacije
Toplotna provodljivost
Toplotna provodljivost- fenomen prenosa unutrašnje energije sa jednog dela tela na drugi ili sa jednog tela na drugo pri njihovom direktnom kontaktu.
Metali imaju najveću toplotnu provodljivost- imaju ga stotine puta više od vode. Izuzetak su živa i olovo., ali ovdje je toplinska provodljivost desetine puta veća od vode.
Kada se metalna igla za pletenje spusti u čašu vrele vode, vrlo brzo se i kraj igle za pletenje ugrijao. Shodno tome, unutrašnja energija, kao i svaka vrsta energije, može se prenijeti s jednog tijela na drugo. Unutrašnja energija se može prenositi s jednog dijela tijela na drugi. Tako, na primjer, ako se jedan kraj nokta zagrije u plamenu, onda će se njegov drugi kraj, koji se nalazi u ruci, postepeno zagrijati i spaliti ruku.
Zagrijavanje posude na električnoj peći odvija se kroz toplinsku provodljivost.
Proučimo ovaj fenomen izvodeći niz eksperimenata s čvrstim tvarima, tekućinama i plinovima.
Stavimo kraj drvenog štapa u vatru. Zapaliće se. Drugi kraj štapa, koji se nalazi napolju, biće hladan. znači, drvo ima slabu toplotnu provodljivost.
Prinesimo kraj tanke staklene šipke plamenu alkoholne lampe. Nakon nekog vremena će se zagrijati, ali će drugi kraj ostati hladan. Stoga i staklo ima slabu toplotnu provodljivost.
Ako zagrijemo kraj metalne šipke u plamenu, vrlo brzo će cijeli štap postati jako vruć. Više ga nećemo moći držati u rukama.
znači, metali dobro provode toplotu, odnosno imaju visoku toplotnu provodljivost. Srebro i bakar imaju najveću toplotnu provodljivost.
Toplotna provodljivost različitih supstanci je različita.
Vuna, kosa, ptičje perje, papir, pluta i druga porozna tijela imaju slabu toplotnu provodljivost. To je zbog činjenice da se između vlakana ovih tvari nalazi zrak. Vakuum (prostor oslobođen od vazduha) ima najmanju toplotnu provodljivost. To se objašnjava činjenicom da je toplinska provodljivost prijenos energije s jednog dijela tijela na drugi, koji se javlja tijekom interakcije molekula ili drugih čestica. U prostoru u kojem nema čestica ne može doći do toplotne provodljivosti.
Ako postoji potreba da se tijelo zaštiti od hlađenja ili zagrijavanja, tada se koriste tvari niske toplinske provodljivosti. Dakle, za lonce i tave ručke su napravljene od plastike. Kuće se grade od balvana ili cigle, koje imaju slabu toplotnu provodljivost, što znači da su zaštićene od hlađenja.
Konvekcija
Konvekcija je proces prijenosa topline koji se izvodi prijenosom energije tokovima tekućine ili plina.
Primjer fenomena konvekcije: mali papirni točak postavljen iznad plamena svijeće ili sijalice počinje da se okreće pod utjecajem zagrijanog zraka koji se diže. Ovaj fenomen se može objasniti na ovaj način. Vazduh koji dolazi u kontakt sa toplom lampom se zagreva, širi i postaje manje gust od hladnog vazduha koji ga okružuje. Arhimedova sila, koja na topli vazduh deluje sa strane hladnog odozdo prema gore, veća je od sile gravitacije koja deluje na topli vazduh. Kao rezultat toga, zagrijani zrak "pluta", podiže se, a hladni zrak zauzima njegovo mjesto.
Tokom konvekcije, energija se prenosi samim mlazovima gasa ili tečnosti.
Postoje dvije vrste konvekcije:
- prirodno (ili besplatno)
- prisiljen
Da bi došlo do konvekcije u tekućinama i plinovima, moraju se zagrijati odozdo.
Konvekcija se ne može dogoditi u čvrstim materijama.
Radijacija
Radijacija- elektromagnetno zračenje koje emituje zbog unutrašnje energije supstanca koja se nalazi na određenoj temperaturi.
Snaga toplotnog zračenja objekta koji ispunjava kriterijume crnog tela opisuje se pomoću Stefan-Boltzmannov zakon.
Opisan je odnos između emisione i apsorpcijske sposobnosti tijela Kirchhoffov zakon zračenja.
Prijenos energije zračenjem razlikuje se od ostalih vrsta prijenosa topline: it može se izvesti u potpunom vakuumu.
Sva tijela emituju energiju: i jako zagrijana i slabo zagrijana, na primjer ljudsko tijelo, štednjak, električna sijalica itd. Ali što je temperatura tijela viša, to više energije prenosi zračenjem. U ovom slučaju ova tijela djelomično apsorbuju energiju, a djelimično reflektiraju. Kada se energija apsorbira, tijela se različito zagrijavaju, ovisno o stanju površine.
Tijela sa tamnom površinom apsorbiraju i emituju energiju bolje od tijela sa svijetlom površinom. Istovremeno, tijela sa tamnom površinom hlade se brže zračenjem od tijela sa svijetlom površinom. Na primjer, u čajniku svijetle boje topla voda ostaje na visokoj temperaturi duže nego u tamnom.
Predavanje 11. Metode prenosa toplote. Temperaturno polje. Toplotna provodljivost. Konvekcija. Radijacija. Izmjena topline. Prijenos topline.
1. Latypov R.Sh., Sharafiev R.G. Tehnička termodinamika i energetska tehnologija hemijske proizvodnje.-M.: Energoatomizdat, 1998.-344 str.
2. Baskakov A.P. Toplotna tehnika.-M.: Energoatomizdat, 1991.-244 str.
3. Alabovski A.N., Konstantinov S.M., Neduzhiy A.N. Toplotna tehnika.-Kijev: Vyshcha Shkola, Head Publishing House, 1986.-255 str.
4. Aleksandrov A.A., Grigoriev B.A. Tabele termofizičkih svojstava vode i vodene pare. Imenik.-M.: Izdavačka kuća MPEI, 1994.- 168 str.
5. Larikov N.N. Toplotna tehnika: Udžbenik za univerzitete. -3. izd., revidirano. i dodatni - M.; Stroyizdat, 1985 -432 str.
Predavanje 11. Metode prenosa toplote. Temperaturno polje. Toplotna provodljivost. Konvekcija. Radijacija. Izmjena topline. Prijenos topline.
toplina - kinetički dio unutrašnje energije tvari, određen intenzivnim haotičnim kretanjem molekula i atoma od kojih se ova supstanca sastoji. Temperatura je mjera intenziteta molekularnog kretanja. Količina toplote koju poseduje telo na datoj temperaturi zavisi od njegove mase; na primjer, pri istoj temperaturi, velika šolja vode sadrži više toplote nego mala, a kofa hladne vode može sadržati više toplote nego šolja tople vode (iako je temperatura vode u kanti niža) . Toplina igra važnu ulogu u ljudskom životu, uključujući i funkcioniranje njegovog tijela. Deo hemijske energije sadržane u hrani pretvara se u toplotu, čime se održava telesna temperatura oko 37 stepeni Celzijusa. Toplotni bilans ljudskog tijela ovisi i o temperaturi okoline, pa su ljudi primorani da troše mnogo energije na grijanje stambenih i industrijskih prostorija zimi i hlađenje ljeti. Najveći dio ove energije dobivaju toplinski motori, kao što su kotlovi i parne turbine u elektranama koje sagorevaju fosilna goriva (ugalj, naftu) i proizvode električnu energiju.
Sve do kraja 18. vijeka. toplina se smatrala materijalnom supstancom, vjerujući da je temperatura tijela određena količinom “kalorične tekućine” ili “kalorične” koju sadrži. Kasnije su B. Rumford, J. Joule i drugi fizičari tog vremena, genijalnim eksperimentima i rasuđivanjem, opovrgli „kalorijsku“ teoriju, dokazujući da je toplota bestežinska i da se može dobiti u bilo kojoj količini jednostavnim mehaničkim kretanjem. Toplina sama po sebi nije tvar - to je samo energija kretanja njenih atoma ili molekula. Upravo takvog shvatanja toplote se pridržava savremena fizika.
Prijenos topline je proces prijenosa topline unutar tijela ili s jednog tijela na drugo uzrokovan temperaturnom razlikom. Intenzitet prijenosa topline ovisi o svojstvima tvari, temperaturnoj razlici i pokorava se eksperimentalno utvrđenim zakonima prirode. Da biste kreirali efikasno operativne sisteme grejanja ili hlađenja, razne motore, elektrane i sisteme toplotne izolacije, morate poznavati principe prenosa toplote. U nekim slučajevima izmjena topline je nepoželjna (toplotna izolacija peći za topljenje, svemirskih brodova i sl.), dok u drugima treba biti što veća (parni kotlovi, izmjenjivači topline, kuhinjski pribor).
Prijenos topline je izmjena topline između dva rashladna sredstva kroz čvrsti zid koji ih razdvaja ili kroz međuprostor između njih. Prijenos topline uključuje prijenos topline sa toplijeg fluida na zid, toplinsku provodljivost V zid, prenos toplote sa zida na hladniji pokretni medij. Intenzitet prijenosa topline tokom prijenosa topline karakterizira koeficijent prijenosa topline k, brojčano jednak količini toplote koja se prenosi kroz jedinicu površine zida u jedinici vremena sa temperaturnom razlikom između tečnosti od 1 K; dimenzija k- uto/(m 2 ․K) [ kcal/m 2 ․°C)]. Magnituda R, recipročna vrijednost koeficijenta prijenosa topline naziva se ukupni toplinski otpor. Na primjer, R jednoslojni zid
Gdje α 1 i α 2 - koeficijenti prolaza toplote od tople tečnosti do površine zida i od površine zida do hladne tečnosti; δ - debljina zida; λ - koeficijent toplotne provodljivosti.
Postoji tri glavne vrste prenosa toplote: toplinska provodljivost, konvekcija i prijenos topline zračenja.
Toplotna provodljivost. Ako unutar tijela postoji temperaturna razlika, tada se toplinska energija kreće iz toplijeg dijela tijela u hladniji dio. Ova vrsta prijenosa topline, uzrokovana toplinskim kretanjem i sudarima molekula, naziva se toplinska provodljivost; na dovoljno visokim temperaturama u čvrstim materijama može se uočiti vizuelno. Dakle, kada se čelična šipka zagrije s jednog kraja u plamenu plinskog gorionika, toplinska energija se prenosi duž štapa, a sjaj se širi na određenoj udaljenosti od zagrijanog kraja (sve manje intenzivan s udaljenosti od mjesta zagrijavanja ). Intenzitet prenosa toplote usled toplotne provodljivosti zavisi od gradijenta temperature, tj. odnos D T/D x temperaturnu razliku na krajevima štapa do udaljenosti između njih. Također ovisi o površini poprečnog presjeka šipke (u m2) i koeficijentu toplinske provodljivosti materijala [u odgovarajućim jedinicama W/(mDK)]. Odnos između ovih veličina izveo je francuski matematičar J. Fourier i ima sljedeći oblik:
Gdje q– protok toplote, k je koeficijent toplotne provodljivosti, i A– površina poprečnog presjeka. Ovaj odnos se zove Fourierov zakon toplotne provodljivosti; znak minus u njemu označava da se toplina prenosi u smjeru suprotnom od temperaturnog gradijenta. Za zgrade u zimskim uvjetima, posljednje vrijednosti su praktički konstantne, pa stoga, za održavanje željene temperature u prostoriji, ostaje smanjiti toplinsku provodljivost zidova, tj. poboljšati njihovu toplinsku izolaciju.
Toplotna provodljivost metala je posljedica vibracija kristalne rešetke i kretanja velikog broja slobodnih elektrona (ponekad se nazivaju elektronski plin). Kretanje elektrona je također odgovorno za električnu provodljivost metala, pa nije iznenađujuće da su dobri provodnici topline (na primjer, srebro ili bakar) i dobri provodnici električne energije. Toplotni i električni otpor mnogih supstanci naglo opada kako temperatura pada ispod temperature tekućeg helijuma (1,8 K). Ovaj fenomen, nazvan superprovodljivost, koristi se za poboljšanje efikasnosti mnogih uređaja, od mikroelektronskih uređaja do dalekovoda i velikih elektromagneta.
Konvekcija. Kao što smo već rekli, kada se toplota dovodi u tečnost ili gas, intenzitet molekularnog kretanja se povećava, a kao rezultat, povećava se pritisak. Ako tekućina ili plin nisu ograničeni u volumenu, onda se šire; lokalna gustina tečnosti (gasa) postaje manja, a zahvaljujući uzgonskim (arhimedovim) silama, zagrejani deo medija kreće se prema gore (zbog čega se topli vazduh u prostoriji diže od radijatora do plafona). Ova pojava se naziva konvekcija. Kako ne biste trošili toplinu sustava grijanja, morate koristiti moderne grijače koji osiguravaju prisilnu cirkulaciju zraka. Konvektivni protok toplote od grejača do zagrejanog medija zavisi od početne brzine kretanja molekula, gustine, viskoziteta, toplotne provodljivosti i toplotnog kapaciteta i medija; Veličina i oblik grijača su također vrlo važni. Odnos između odgovarajućih veličina je podložan Newtonovom zakonu
q = hA (T W - T ¥),
Gdje q– protok toplote (mjeren u vatima), A– površina izvora toplote (u m2), T W I T¥ – temperature izvora i okoline (u Kelvinima). Koeficijent konvektivnog prenosa toplote h zavisi od svojstava medijuma, početne brzine njegovih molekula, kao i od oblika izvora toplote, a meri se u jedinicama W/(m 2 xK). Magnituda h nije isto za slučajeve kada zrak oko grijača miruje (slobodna konvekcija) i kada je isti grijač u struji zraka (prisilna konvekcija). U jednostavnim slučajevima protoka fluida kroz cijev ili strujanja oko ravne površine, koeficijent h može se teoretski izračunati. Međutim, još uvijek nije bilo moguće pronaći analitičko rješenje za problem konvekcije za turbulentno strujanje medija. Turbulencija je složeno kretanje tečnosti (gasa), haotično u razmeri znatno većoj od molekularne. Ako se zagrijano (ili, obrnuto, hladno) tijelo stavi u stacionarni medij ili u tok, tada se oko njega formiraju konvektivne struje i granični sloj. Temperatura, pritisak i brzina kretanja molekula u ovom sloju igraju važnu ulogu u određivanju koeficijenta konvektivnog prenosa toplote. Konvekcija se mora uzeti u obzir pri projektovanju izmjenjivača topline, klimatizacijskih sistema, letjelica velike brzine i mnogih drugih aplikacija. U svim takvim sistemima, toplotna provodljivost se javlja istovremeno sa konvekcijom, kako između čvrstih tela tako i u njihovoj okolini. Na povišenim temperaturama prijenos topline zračenja također može igrati značajnu ulogu.
Prenos toplote zračenja. Treći tip prijenosa topline - prijenos topline zračenjem - razlikuje se od toplinske provodljivosti i konvekcije po tome što se toplina u ovom slučaju može prenositi kroz vakuum. Njegova sličnost s drugim metodama prijenosa topline je u tome što je također uzrokovana temperaturnim razlikama. Toplotno zračenje je vrsta elektromagnetnog zračenja. Njegove druge vrste - radiotalasno, ultraljubičasto i gama zračenje - nastaju u odsustvu temperaturne razlike. Toplotno zračenje može biti praćeno emisijom vidljive svjetlosti, ali je njegova energija mala u odnosu na energiju zračenja iz nevidljivog dijela spektra.
Intenzitet prenosa toplote kondukcijom i konvekcijom proporcionalan je temperaturi, a zračenje toplote je proporcionalno četvrtom stepenu temperature i poštuje Stefan-Boltzmannov zakon
gde, kao i ranije, q– protok toplote (u džulima u sekundi, tj. u W), A je površina zračećeg tijela (u m2), i T 1 i T 2 – temperature (u Kelvinima) zračećeg tijela i okoline koja apsorbira ovo zračenje. Koeficijent s naziva se Stefan–Boltzmannova konstanta i jednaka je (5,66961 x 0,00096) x 10 –8 W/(m 2 DK 4).
Prikazani zakon toplotnog zračenja vrijedi samo za idealni emiter - takozvano apsolutno crno tijelo. Nijedno pravo tijelo nije ovakvo, iako se ravna crna površina po svojim svojstvima približava apsolutno crnom tijelu. Lagane površine emituju relativno slabo. Da bi se uzelo u obzir odstupanje od idealnosti brojnih „sivih“ tela, u desnu stranu izraza koji opisuje Stefan-Bolcmannov zakon uvodi se koeficijent manji od jedinice, nazvan emisivnost. Za ravnu crnu površinu ovaj koeficijent može doseći 0,98, a za polirano metalno ogledalo ne prelazi 0,05. U skladu s tim, kapacitet apsorpcije zračenja je visok za crno tijelo i nizak za tijelo ogledala.
Stambeni i poslovni prostori se često griju malim električnim emiterima topline; crvenkasti sjaj njihovih spirala je vidljivo toplotno zračenje, blizu ivice infracrvenog dela spektra. Prostorija se grije toplinom, koju uglavnom nosi nevidljivi, infracrveni dio zračenja. Uređaji za noćno gledanje koriste izvor termičkog zračenja i prijemnik osjetljiv na infracrveno svjetlo kako bi omogućili vid u mraku.
Sunce je moćan emiter toplotne energije; zagrijava Zemlju čak i na udaljenosti od 150 miliona km. Intenzitet sunčevog zračenja koji iz godine u godinu bilježe stanice koje se nalaze u mnogim dijelovima svijeta iznosi približno 1,37 W/m2. Sunčeva energija je izvor života na Zemlji. U toku je potraga za načinima da se to najefikasnije iskoristi. Solarni paneli su stvoreni za grijanje kuća i proizvodnju električne energije za domaće potrebe.
Nazad napred
Pažnja! Pregledi slajdova služe samo u informativne svrhe i možda ne predstavljaju sve karakteristike prezentacije. Ako ste zainteresovani za ovaj rad, preuzmite punu verziju.
Ciljevi lekcije:
- Upoznati učenike sa vrstama prenosa toplote.
- Razvijati sposobnost objašnjavanja toplotne provodljivosti tijela sa stanovišta strukture materije; biti u stanju analizirati video informacije; objasni uočene pojave.
Vrsta lekcije: kombinovana lekcija.
Demo snimke:
1. Prijenos topline duž metalne šipke.
2. Video demonstracija eksperimenta upoređivanja toplotne provodljivosti srebra, bakra i gvožđa.
3. Rotirajte papirnati kotač iznad upaljene lampe ili pločice.
4. Video demonstracija pojave konvekcijskih struja pri zagrijavanju vode kalijum permanganatom.
5. Video demonstracija zračenja tijela sa tamnim i svijetlim površinama.
TOKOM NASTAVE
I. Organizacioni momenat
II. Prenošenje teme i ciljeva lekcije
U prethodnoj lekciji naučili ste da se unutrašnja energija može promijeniti radom ili prijenosom topline. Danas ćemo u lekciji pogledati kako se unutrašnja energija mijenja prijenosom topline.
Pokušajte objasniti značenje riječi “prijenos topline” (riječ “prijenos topline” podrazumijeva prijenos toplinske energije). Postoje tri načina za prijenos topline, ali ih neću imenovati, sami ćete ih imenovati kada riješite zagonetke.
Odgovori: toplotna provodljivost, konvekcija, zračenje.
Upoznajmo se sa svakom vrstom prijenosa topline posebno, a moto naše lekcije neka budu riječi M. Faradaya: „Posmatrajte, proučavajte, radite“.
III. Učenje novog gradiva
1. Toplotna provodljivost
Odgovori na pitanja:(slajd 3)
1. Šta se dešava ako hladnu kašiku stavimo u vruć čaj? (Zagrejaće se nakon nekog vremena.)
2. Zašto se hladna kašika zagrejala? (Čaj je dio svoje topline predao žlici, a dio okolnom zraku).
zaključak: Iz primjera je jasno da se toplina može prenijeti sa tijela koje je više zagrijano na tijelo koje je manje zagrijano (sa tople vode na hladnu kašiku). Ali energija se prenosila duž same kašike - sa njenog zagrejanog kraja na hladni.
3. Šta uzrokuje prijenos topline sa zagrijanog kraja kašike na hladni? (Kao rezultat kretanja i interakcije čestica)
Zagrijavanje kašike u vrućem čaju je primjer provodljivosti.
Toplotna provodljivost– prenos energije sa više zagrejanih delova tela na manje zagrejane, kao rezultat toplotnog kretanja i interakcije čestica.
Hajde da izvedemo eksperiment:
Pričvrstite kraj bakarne žice na nogu stativa. Zavojnice su pričvršćene na žicu voskom. Slobodni kraj žice ćemo zagrijati svijećama ili na plamenu alkoholne lampe.
pitanja:(slajd 4)
1. Šta vidimo? (Karanfili počinju postepeno otpadati jedan po jedan, prvo oni koji su najbliži plamenu).
2. Kako nastaje prijenos topline? (Od vrućeg kraja žice do hladnog kraja).
3. Koliko dugo će biti potrebno da se toplina prenese kroz žicu? (Dok se cijela žica ne zagrije, odnosno dok se temperatura u cijeloj žici ne izjednači)
4. Šta se može reći o brzini kretanja molekula u području koje se nalazi bliže plamenu? (Brzina kretanja molekula se povećava)
5. Zašto se sljedeći dio žice zagrijava? (Kao rezultat interakcije molekula, brzina kretanja molekula u sljedećem dijelu također raste i temperatura ovog dijela raste)
6. Utječe li udaljenost između molekula na brzinu prijenosa topline? (Što je manja udaljenost između molekula, to se brže odvija prijenos topline)
7. Prisjetite se rasporeda molekula u čvrstim tvarima, tekućinama i plinovima. U kojim tijelima će se proces prijenosa energije odvijati brže? (Brže u metalima, zatim u tečnostima i gasovima).
Pogledajte demonstraciju eksperimenta i pripremite se da odgovorite na moja pitanja.
pitanja:(slajd 5)
1. Duž koje ploče se toplina širi brže, a duž koje sporije?
2. Izvedite zaključak o toplotnoj provodljivosti ovih metala. (Najbolja toplotna provodljivost je za srebro i bakar, nešto lošija za gvožđe)
Imajte na umu da kada se toplina prenosi u ovom slučaju, nema prijenosa tijela.
Vuna, kosa, ptičje perje, papir, pluta i druga porozna tijela imaju slabu toplotnu provodljivost. To je zbog činjenice da se između vlakana ovih tvari nalazi zrak. Vakuum (prostor oslobođen od vazduha) ima najmanju toplotnu provodljivost.
Hajde da zapišemo glavno karakteristike toplotne provodljivosti:(slajd 7)
- u čvrstim materijama, tečnostima i gasovima;
- sama supstanca se ne toleriše;
- dovodi do izjednačavanja tjelesne temperature;
- različita tijela - različita toplinska provodljivost
Primjeri toplinske provodljivosti: (slajd 8)
1. Snijeg je porozna, rastresita tvar, sadrži zrak. Zbog toga snijeg ima slabu toplotnu provodljivost i dobro štiti tlo, ozime usjeve i voćke od smrzavanja.
2. Rukavice za rernu su napravljene od materijala koji ima slabu toplotnu provodljivost. Ručke čajnika i lonaca izrađene su od materijala loše toplotne provodljivosti. Sve to štiti vaše ruke od opekotina pri dodiru vrućih predmeta.
3. Supstance sa dobrom toplotnom provodljivošću (metali) se koriste za brzo zagrevanje tela ili delova.
2. Konvekcija
Pogodi zagonetke:
1) Pogledaj ispod prozora -
Tamo je ispružena harmonika,
Ali on ne svira harmoniku -
Greje naš stan... (baterija)2) Naša debela Fedora
neće uskoro biti puna.
Ali kada sam sita,
Od Fedore - toplina... (šporet)
Baterije, peći i radijatori za grijanje ljudi koriste za grijanje stambenih prostora, odnosno za zagrijavanje zraka u njima. To se događa zahvaljujući konvekciji, sljedećem tipu prijenosa topline.
Konvekcija- Ovo je prenos energije mlazovima tečnosti ili gasa. (Slajd 9)
Pokušajmo objasniti kako dolazi do konvekcije u stambenim prostorijama.
Vazduh u kontaktu sa baterijom se od nje zagreva, dok se širi, njegova gustina postaje manja od gustine hladnog vazduha. Topli vazduh, pošto je lakši, pod uticajem Arhimedove sile se diže prema gore, a teški hladni vazduh tone dole.
Pa opet: hladniji vazduh dopire do baterije, zagreva se, širi, postaje lakši i podiže se prema gore pod uticajem Arhimedove sile, itd.
Zahvaljujući ovom pokretu, zrak u prostoriji se zagrijava.
Papirna zverca postavljena iznad upaljene lampe počinje da se okreće. (Slajd 10)
Pokušajte da objasnite kako se to dešava? (Hladan vazduh, kada se zagreje lampom, postaje topao i diže se, dok se okretna ploča okreće).
Tečnost se zagreva na isti način. Pogledajte eksperiment promatranja konvekcijskih struja pri zagrijavanju vode (pomoću kalij-permanganata). (Slajd 11)
Imajte na umu da, za razliku od toplotne provodljivosti, konvekcija uključuje prijenos materije i konvekcija se ne događa u čvrstim tvarima.
Postoje dvije vrste konvekcije: prirodno I prisiljen.
Zagrijavanje tekućine u tavi ili zraka u prostoriji primjeri su prirodne konvekcije. Da bi se to dogodilo, tvari se moraju zagrijati odozdo ili ohladiti odozgo. Zašto je to tako? Ako grijemo odozgo, gdje će se onda kretati zagrijani slojevi vode, a gdje hladni? (Odgovor: nigdje, jer su zagrijani slojevi već na vrhu, a hladni će ostati ispod)
Prisilna konvekcija nastaje kada se tečnost miješa kašikom, pumpom ili ventilatorom.
Karakteristike konvekcije:(slajd 12)
- javlja se u tečnostima i gasovima, nemoguće je u čvrstim materijama i vakuumu;
- sama supstanca se prenosi;
- Tvari se moraju zagrijati odozdo.
Primjeri konvekcije:(slajd 13)
1) hladne i tople morske i okeanske struje,
2) u atmosferi vertikalna kretanja vazduha dovode do stvaranja oblaka;
3) hlađenje ili zagrevanje tečnosti i gasova u raznim tehničkim uređajima, na primer u frižiderima i sl., obezbeđeno je vodeno hlađenje motora
unutrašnjim sagorevanjem.
3. Zračenje
(Slajd 14)
Svi to znaju Sunce je glavni izvor toplote na Zemlji. Zemlja se nalazi na udaljenosti od 150 miliona km od nje. Kako se toplota prenosi sa Sunca na Zemlju?
Između Zemlje i Sunca izvan naše atmosfere, sav prostor je vakuum. Ali znamo da se toplotna provodljivost i konvekcija ne mogu pojaviti u vakuumu.
Kako nastaje prijenos topline? Ovdje se događa još jedna vrsta prijenosa topline - zračenje.
Radijacija - Ovo je izmjena toplote u kojoj se energija prenosi elektromagnetnim zracima.
Razlikuje se od provodljivosti i konvekcije po tome što se toplina u ovom slučaju može prenijeti kroz vakuum.
Pogledajte video o zračenju (slajd 15).
Sva tijela emituju energiju: ljudsko tijelo, peć, električna lampa.
Što je temperatura tela viša, to je jače toplotno zračenje.
Tela ne samo da emituju energiju, već je i apsorbuju.
(slajd 16) Štaviše, tamne površine apsorbuju i emituju energiju bolje od tela sa svetlom površinom.
Karakteristike zračenja(slajd 17):
- javlja se u bilo kojoj supstanci;
- što je tjelesna temperatura viša, zračenje je intenzivnije;
- javlja se u vakuumu;
- tamna tijela bolje apsorbiraju zračenje od svijetlih i bolje emituju zračenje.
Primjeri korištenja tjelesne radijacije(slajd 18):
Površine raketa, zračnih brodova, balona, satelita i aviona obojene su srebrnom bojom tako da ih Sunce ne zagrijava. Ako je, naprotiv, potrebno koristiti solarnu energiju, tada su dijelovi uređaja obojeni tamno.
Ljudi nose tamnu odjeću (crna, plava, cimet) zimi, koja je toplija, a svijetlu (bež, bijelu) ljeti. Prljavi snijeg se brže topi po sunčanom vremenu od čistog snijega, jer tijela s tamnom površinom bolje apsorbiraju sunčevo zračenje i brže se zagrijavaju.
IV. Učvršćivanje stečenog znanja na primjerima zadataka
Igra "Pokušaj, objasni", (slajdovi 19-25).
Pred vama je igralište sa šest zadataka, možete izabrati bilo koji. Nakon izvršenih svih zadataka, otkriće vam se mudra izreka i onaj ko je vrlo često izgovara sa TV ekrana.
1. Koja je kuća toplija zimi ako je debljina zida ista? U drvenoj kući je toplije, jer drvo sadrži 70% vazduha, a cigla 20%. Vazduh je loš provodnik toplote. Nedavno se u građevinarstvu koriste "porozne" cigle za smanjenje toplinske provodljivosti.
2. Kako se energija prenosi sa izvora toplote na dječaka? Dječaku koji sjedi kraj peći energija se uglavnom prenosi toplotnom provodljivošću.
3. Kako se energija prenosi sa izvora toplote na dječaka?
Dječaku koji leži na pijesku energija se sa sunca prenosi zračenjem, a sa pijeska toplotnom provodljivošću.
4. U kojim od ovih automobila se prevoze kvarljivi proizvodi? Zašto? Pokvarljivi proizvodi se prevoze u vagonima obojenim u bijelo, jer se takav vagon manje zagrijava od sunčevih zraka.
5. Zašto se vodene ptice i druge životinje ne smrzavaju zimi?
Krzno, vuna i paperje imaju lošu toplinsku provodljivost (prisustvo zraka između vlakana), što omogućava tijelu životinje da zadrži energiju koju proizvodi tijelo i zaštiti se od hlađenja.
6. Zašto se prozorski okviri izrađuju duplo?
Između okvira nalazi se zrak koji ima slabu toplinsku provodljivost i štiti od gubitka topline.
„Svijet je zanimljiviji nego što mislimo“, Aleksandar Pušnoj, program Galileo.
V. Sažetak lekcije
– Koje vrste prenosa toplote smo se upoznali?
– Odredite koji tip prijenosa topline igra glavnu ulogu u sljedećim situacijama:
a) zagrijavanje vode u kotlu (konvekcija);
b) osoba se grije uz vatru (zračenje);
c) zagrevanje površine stola od upaljene stolne lampe (zračenje);
d) zagrijavanje metalnog cilindra uronjenog u kipuću vodu (toplotna provodljivost).
Riješite ukrštenicu(slajd 26):
1. Vrijednost od koje ovisi intenzitet zračenja.
2. Vrsta prenosa toplote koji se može izvesti u vakuumu.
3. Proces promjene unutrašnje energije bez vršenja rada na tijelu ili samom tijelu.
4. Glavni izvor energije na Zemlji.
5. Mešavina gasova. Ima slabu toplotnu provodljivost.
6. Proces pretvaranja jedne vrste energije u drugu.
7. Metal sa najboljom toplotnom provodljivošću.
8. Razrijeđeni plin.
9. Količina koja ima svojstvo očuvanja.
10. Vrsta prenosa toplote, koji je praćen prenosom materije.
Nakon što ste riješili ukrštenicu, dobili ste još jednu riječ koja je sinonim za riječ "prijenos topline" - ovu riječ... ("razmjena topline"). „Prenos toplote“ i „razmena toplote“ su iste reči. Iskoristite ih tako što ćete zamijeniti jedno drugim.
VI. Zadaća
§ 4, 5, 6, dok. 1 (3), dok. 2(1), dok. 3(1) – u pisanoj formi.
VII. Refleksija
Na kraju lekcije pozivamo učenike da razgovaraju o lekciji: šta im se dopalo, šta bi željeli promijeniti i ocijene svoje učešće u lekciji.
Zvono sada zvoni,
Lekcija je došla do kraja.
zbogom prijatelji,
Vrijeme je za odmor.
