Проект по физике 8 класс Виды теплопередачи в быту и технике

МБОУ СОШ № 184

 

 

 

 

 

 

 

ПРОЕКТ

 

ВИДЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ В БЫТУ И ТЕХНИКЕ

 

 

 

 

                                                                     

                                                                      Авторы проекта:

                                                                       учащиеся 8 класса              

                                                       

 

                                                                            Руководитель проекта:     

                                                          учитель физики

                                                                                           

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Новосибирск

2020

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Введение …....................................................................................................................... . 3

 

1. Теплопередача и ее виды

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

     1.2  Виды теплопередачи ….........................................................................................  4

     1.3  Теплопроводность …............................................................................................ . 4

     1.4  Излучение …...........................................................................................................  5

     1.5  Конвекция …......... .................................................................................................  8

     1.6  Все виды теплопередачи одновременно …..........................................................  9

 2. Заключение …................................................................................................................. 11

 3. Информационные ресурсы …........................................................................................ 13

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

ВВЕДЕНИЕ.

  

   В нашей повседневной жизни мы привыкли пользоваться бытовой техникой, различной аппаратурой и гаджетами, жить в комфортных условиях. Однако, мы практически не задумываемся над тем благодаря каким закона физики работают наши  «помощники» и самое главное не представляют ли они опасность для человека и окружающей среды. Поэтому изучение данной темы актуально.

  Проблема - изучить насколько воздействие бытовых приборов, аппаратуры и гаджетов опасно для человека и способах снижения вреда от этого воздействия.

   Объект исследования — теплопередача.

   Предмет исследования — причины возникновения  и последствия воздействия теплопередачи на организм человека. 

 Цель — всесторонне изучить информацию по видам теплопередачи, использованию излучения, теплопроводности и конвекции в быту и технике, выявить влияние теплопередачи на организм человека.  

   Задачи:

      1.   Изучить явление теплопередачи.

2.      Рассмотреть виды теплопередачи и их применение в быту и технике.

3.      Проанализировать насколько воздействие теплопередачи опасно для человека.

4.      Определить способы снижения вреда от этого воздействия.

1)      явление теплопередачи не имеет применения в быту и технике;

2)     возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.

3)     оно влияет на организм человека и может быть смертельно опасно.

   Методы исследования – поиск, изучение источников информации (книги, статьи, сайты), наблюдение, анализ.

 Теоретическая значимость нашей исследовательской работы заключается в том, что результаты исследования могут быть использованы  для снижения влияния явления теплопередачи на организм человека.

  Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем биологии и физики для объяснения тем и проведения занимательного урока охраны здоровья.

   Этапы работы:

подготовительный (сентябрь 2019 г.) – сбор информации по теме исследования из различных источников, планирование работы;

проведение наблюдений (сентябрь-октябрь 2019 г.) – проведение наблюдений за применением данного явления в быту и технике;

подведение итогов эксперимента (октябрь 2019 г.) – анализ собранных данных, выводы.

   Тип проекта — информационный.

   Процесс передачи тепла от более нагретого тела к менее нагретому  называется теплопередачей.

       Каждый предмет может служить «мостиком», по которому перейдет тепло от тела более нагретого к телу менее нагретому. Таким «мостиком» может быть ложка, опущенная в стакан с горячим чаем. Металлические предметы очень хорошо проводят тепло. Конец ложки в стакане становится теплым уже через секунду. Если нужно перемешать какую-либо горячую смесь, то ручку у мешалки делают из дерева или пластмассы. Эти тела проводят тепло во много раз хуже, чем металлы. «Мостиком» для перехода тепла могут быть и жидкости. Но они проводят тепло хуже твердых тел.

    Существуют три вида теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. (Слайд 2). Эти виды теплопередачи имеют свои особенности, однако передача теплоты при каждом из них всегда идет в одном направлении: от более нагретого тела к менее нагретому. При этом внутренняя энергия более нагретого тела уменьшается, а более холодного — увеличивается.. Внутренняя энергия может передаваться не только непосредственно от одного тела к другому, как, например, от горячей воды к опущенной в нее холодной ложке, но и через промежуточные тела. Так, через стенку чайника часть внутренней энергии от горячей электроплиты передается воде; через металлические трубы отопительной системы тепло передается воздуху, находящемуся в помещении и т.д. Внутренняя энергия может передаваться и от более нагретой части одного и того же тела к другой его части, менее нагретой.

   Явление передачи энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от более нагретого тела к менее нагретому через непосредственный контакт или промежуточные тела называется теплопроводностью. (Слайд 3).  

  Металлы имеют большую теплопроводность, особенно медь, серебро. Они являются хорошими проводниками тепла. Это происходит из-за того, что молекулы, обладающие большей энергией, передают часть своей энергии соседним молекулам. В результате все тело постепенно нагревается. Само вещество при этом не перемещается [1].

  Нагревание металлического стержня, к которому с помощью пластилина прикреплены гвоздики. (Слайд 4). При нагревании конца стержня пламенем свечи гвоздики начинают последовательно отпадать. Это происходит потому, что молекулы, находящиеся у конца стержня приобретают при нагревании большую энергию и передают ее соседним молекулам. Постепенно эта энергия передается следующим молекулам и стержень нагревается.

  В жидкостях внутренняя энергия переносится из более нагретой области в менее нагретую при соударениях молекул и частично за счет диффузии: более быстрые молекулы проникают в менее нагретую область. У жидкостей, за исключением расплавленных металлов, например ртути, теплопроводность невелика. (Слайд 5).

     В газах, особенно разреженных, молекулы находятся на достаточно больших

расстояниях друг от друга, поэтому их теплопроводность еще меньше, чем у жидкостей.

4

Явление диффузии при теплопередаче в газах проявляется больше, чем в жидкостях. Совершенным изолятором является вакуум, потому что в нем отсутствуют частицы для передачи внутренней энергии.  (Слайд 6).

    В зависимости от внутреннего строения теплопроводность разных веществ (твердых, жидких, газообразных) различна.  (Слайд 7).

Примеры:

 

1. Птицы зимой сидят нахохлившись. Перья задерживают воздух, а он обладает плохой теплопроводностью. Снег, особенно рыхлый, обладает очень плохой теплопроводностью. Этим объясняется то, что сравнительно тонкий слой снега предохраняет озимые посевы от вымерзания.  Погреба утепляют соломой. Мех животных из-за плохой теплопроводности предохраняет их от охлаждения зимой и перегрева летом. Люди зимой носят шубы.

2. Ручки чайников, сковородок и т.д. из пластмассы, т.к. она плохо нагревается; корпус посуда из металла – он лучше проводит тепло и еда быстрее нагревается. в момент прикосновения к железной ручке кастрюли с кипящей водой можно получить ожог.

3. Пористые вещества (пенопласт, минеральная вата, паралон и т.д.) – хорошая теплоизоляция, т.к. воздух обладает плохой теплопроводностью. Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена. У термоса внутренняя поверхность зеркальная, а между внутренним и внешним сосудами пустота. (слайд 8)

1.4  Излучение

 

   Когда вы сидите перед костром, вас согревает исходящее от него тепло. То же самое происходит, если поднести ладонь к горящей лампочке, не дотрагиваясь до нее. Вы тоже почувствуете тепло. Самые крупные примеры теплопередачи в быту и природе возглавляет солнечная энергия. Каждый день тепло солнца проходит через 146 млн. км пустого пространства вплоть до самой Земли. Это движущая сила для всех форм и систем жизни, которые существуют на нашей планете сегодня. Без этого способа передачи мы были бы в большой беде, и мир был бы совсем не тот, каким мы его знаем. Излучение - это передача тепла с помощью электромагнитных волн, будь то радиоволны, инфракрасные, рентгеновские лучи или даже видимый свет. Все объекты излучают и поглощают лучистую энергию, включая самого человека, однако не все предметы и вещества справляются с этой задачей одинаково хорошо. (Слайд 9).

   Излучение - это разница между поглощенным и отраженным количеством тепла. Эта способность сильно зависит от цвета, черные объекты поглощают больше тепла, чем светлые.

   

     Виды излучения. (Слайд 10).

1.Тепловое. При столкновении быстрых атомов (или молекул) друг с другом часть их кинетической энергии превращается в энергию возбуждения атомов, которые затем излучают свет (Солнце, лампа накаливания, пламя и др.) (Слайд 11).

2.Электролюминесценция. При разряде в газе электрическое поле увеличивает кинетическую энергию электронов. Быстрые электроны возбуждают атомы в результате неупругого ударения с ними. Возбужденные атомы отдают энергию в виде световых волн. (трубки для рекламных надписей, северное сияние и др.) (Слайд 12).

 Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком.

5

Например: - воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. - если же нужно использовать солнечную энергию для нагревания некоторых приборов на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный

цвет. Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются. Созданы материалы, с помощью которых можно превращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения — тепловизорах. (Слайд 13)

    Электромагнитное поле всегда возникает при движении свободных электронов в проводнике, поэтому передача электрической энергии сопровождается интенсивным электромагнитным излучением (ЭМИ).

            Название электроприбора                                    Уровень излучения

Расстояние от электроприбора, при котором ЭМИ в норме (м)

Электрическое          (норма 25В/м)

      Магнитное                 (норма 250 нТл)

Микроволновая печь               2992

                                                   13240                         2,5 м

Кухонная плита                        1540

(индукционная)                         10955                         1 м

Компьютер                                196

                                                    790                            0,7 м

Чайник                                       218

                                                    3643                          0,5м

6

Стиральная машина                 210

                                                    420                            1 м

Телевизор                                  37

                                                    967                            1,5 м

Сотовый телефон марки Soni

Медицинская диагностика.
Досмотр багажа и грузов.
Дефектоскопия изделий и материалов.
Рентгеноспектральный анализ.
Рентгеноструктурный анализ.

Рентгеновская микроскопия.
Рентгеновская астрономия.
Рентгеновские лазеры.

1.5   Конвекция

   Конвекция (от лат. Convectiō — «перенесение») — вид теплообмена (теплопередачи), при котором внутренняя энергия передается струями и потоками. Существует так называемая естественная конвекция, которая возникает в веществе самопроизвольно при его неравномерном нагревании в поле тяготения. При такой конвекции нижние слои вещества нагреваются, молекулы в нижней части набирают энергию и начинают двигаться быстрее, что приводит к уменьшению плотности, становятся легче и всплывают, а верхние слои, наоборот, остывают, становятся тяжелее и опускаются вниз,(более плотная жидкость) начинает тонуть, после чего процесс повторяется снова и снова.  Цикл продолжается до тех пор, пока существует источник тепла в нижней части.

    Естественной конвекции обязаны многие атмосферные явления, в том числе, образование облаков. Благодаря тому же явлению движутся тектонические плиты. Конвекция ответственна за появление гранул на  Солнце.

  При вынужденной (принудительной) конвекции перемещение вещества обусловлено действием внешних сил (насос, лопасти вентилятора и т. п.). Она применяется, когда естественная конвекция является недостаточно эффективной.

    Конвекцией также называют перенос теплоты, массы или электрических зарядов движущейся средой.     (Слайд 17).

    Движение молекул в противоположных направлениях под воздействием нагревания – это именно то, на чем основывается конвекция. Конвекция невозможна при нагревании твердых тел. Всему виной достаточно сильное взаимное притяжение при колебании их твердых частиц. В результате нагрева тел твердой структуры не возникают конвекция, излучение. Теплопроводность заменяет указанные явления в таких телах и способствует передаче тепловой энергии. Яркие примеры конвекции – перемещение теплого воздуха в середине помещения с отопительными приборами, когда нагретые потоки движутся под потолок, а холодный воздух опускается к самой поверхности пола. Именно поэтому при включенном отоплении вверху комнаты воздух заметно теплее по сравнению с нижней частью помещения. (слайд 18).

   Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Циркуляция охлажденного газа фреона по трубам холодильной камеры приводит к снижению температуры верхних пластов воздуха.

 

8

Соответственно, замещаясь более теплыми потоками, холодные опускаются вниз, охлаждая, таким образом, продукты. Расположенная на тыльной панели холодильника решетка играет роль элемента, способствующего отводу теплого воздуха, образованного в компрессоре агрегата во время сжатия газа.

  Охлаждение решетки также основывается на конвективных механизмах. Именно по этой причине не рекомендуется загромождать пространство позади холодильника. Ведь только в таком случае охлаждение может происходить без затруднений. (Слайд 19).

   Другие примеры конвекции можно заметить, наблюдая за таким природным явлением, как движение ветра. Нагреваясь над засушливыми континентами и охлаждаясь над местностью с более суровыми условиями, потоки воздуха начинают вытеснять друг друга, что приводит к их движению, а также перемещению влаги и энергии. На конвекции завязана возможность парения птиц и планеров. Менее плотные и более теплые воздушные массы при неравномерном нагревании у поверхности Земли приводят к образованию восходящих

 потоков, что способствует процессу парения. Для преодоления максимальных расстояний без затраты сил и энергии птицам требуется умение находить подобные потоки. Хорошие примеры конвекции – образование дыма в дымоходах и вулканических кратерах. Перемещение дыма вверх основано на его более высокой температуре и низкой плотности по сравнению с окружающей средой. При остывании дым постепенно оседает в нижние слои атмосферы. Именно по этой причине промышленные трубы, посредством которых происходит выброс вредных веществ в атмосферу, делают максимально высокими.

   Среди наиболее простых, доступных для понимания примеров, которые можно наблюдать в природе, быту и технике, следует выделить:

1.      движение воздушных потоков во время работы бытовых батарей отопления;

2.       образование и движение облаков;

3.      процесс движения ветра, муссонов и бризов;

4.      смещение тектонических земных плит;

5.      процессы, которые приводят к свободному газообразованию. (Сдайд 20)

 

  Приготовление пищи. Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах. Газовый шкаф с конвекцией позволяет готовить разные блюда одновременно на отдельных уровнях при различной температуре. При этом полностью исключается смешение вкусов и запахов. Нагрев воздуха в традиционном духовом шкафу основывается на работе единственной горелки, что приводит к неравномерному распределению тепла. За счет целенаправленного перемещения горячих потоков воздуха при помощи специализированного вентилятора блюда в конвекционном духовом шкафу получаются более сочными, лучше пропекаются. Такие устройства быстрее нагреваются, что позволяет уменьшить время, требуемое на приготовление пищи. Естественно, для хозяек, которые готовят в духовом шкафу всего лишь несколько раз в год, бытовой прибор с функцией конвекции нельзя назвать техникой первой необходимости. Однако для тех, кто не может жить без кулинарных экспериментов, такое устройство станет просто незаменимым на кухне. (Слайд 21).

 

  1.6  Все виды теплопередачи одновременно

  

   В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Типичный пример — термос. Теплопередача от более нагретого тела к более холодному приводит к выравниванию их температур. Поэтому, например, горячий чайник, снятый с плиты, при соприкосновении с окружающим

9

воздухом через некоторое время остывает. Чтобы помешать телу остывать (или нагреваться), нужно предотвратить возможный теплообмен, причем во всех его трех проявлениях (при конвекции, теплопроводности и излучении). Это достигается путем помещения тела в специальный сосуд - сосуд Дьюара, который был изобретен в 1892 г. английским ученым Джеймсом Дьюаром. Сосуды Дьюара вначале применялись лишь для хранения легкоиспаряющихся сжиженных газов (например, жидкого гелия). Впоследствии их стали применять и в бытовых целях - для сохранения при неизменной температуре помещаемых в них пищевых продуктов. Такие сосуды Дьюара стали называть термосами. Термоса, предназначенный для хранения жидкостей, состоит из стеклянного сосуда с двойными стенками. Внутренняя поверхность этих стенок покрыта блестящим металлическим слоем, а из пространства между стенками выкачан воздух. Чтобы защитить стеклянный корпус термоса от повреждений, его помещают в картонный или металлический футляр. Сосуд закупоривают пробкой, а сверху футляра навинчивают колпачок. Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума. Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением.

(Слайд 22)

   Это можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение). (Слайд 23).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

10

 

2.ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

  2.1 В самом начале нашего проекта мы поставили перед собой цель — всесторонне изучить информацию по видам теплопередачи, использованию излучения, теплопроводности и конвекции в быту и технике, выявить влияние теплопередачи на организм человека. В связи с этим было выдвинуто три гипотезы:

1.       явление теплопередачи не имеет применения в быту и технике;

2)     возможно, что виды теплопередачи имеют широкое применение в нашей жизни.

3)     теплопередача влияет на организм человека и может быть смертельно опасна.

  2.2 Наша работа в рамках проекта позволяет сделать вывод о том что  явление теплопередачи имеет широкое применения в быту и технике.

    Так явления теплопроводности широко используется в строительстве. Пористые вещества (пенопласт, минеральная вата, паралон и т.д.) – хорошая теплоизоляция, т.к. воздух обладает плохой теплопроводностью. Тонкий слой воздуха между оконными стеклами предохраняет наше жилище от холода так хорошо, как и кирпичная стена.  Ручки чайников, сковородок и т.д. из пластмассы, т.к. она плохо нагревается; корпус посуды из металла – он лучше проводит тепло и еда наоборот быстрее нагревается. Люди зимой носят шубы.

   Способность тел по-разному поглощать энергию излучения используется человеком. Например: - воздушные шары и крылья самолетов красят серебристой краской, чтобы они не нагревались солнцем. - если же нужно использовать солнечную энергию для нагревания некоторых приборов на искусственных спутниках Земли, то эти части окрашивают в темный цвет. Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета).  Созданы материалы, с помощью которых можно превращать тепловое излучение в видимое. Их используют при изготовлении специальной фотопленки для съемки в абсолютной темноте и в приборах ночного видения — тепловизорах.  

    Наиболее простым и доступным для понимания примером конвекции может послужить процесс работы обыкновенного холодильника. Все чаще явление конвекции реализуется в современных бытовых приборах, в частности в духовых шкафах.

       В нашей жизни все способы теплопередачи работают одновременно. Редко бывает, когда эти способы действуют отдельно. Типичный пример — термос. Это, так-же, можно доказать, нагревая воду в кастрюле. Сначала от горелки нагревается кастрюля (теплопроводность), затем начинает нагреваться вода (теплопроводность и конвекция). Тепло от кастрюли и воды передается по всем направлениям (излучение).

     2.3 В процессе нашего исследования мы выяснили что излучение является самым опасным видом теплопередачи для организма человека. Все диапазоны электромагнитного излучения оказывают влияние на здоровье и работоспособность людей и имеют определенные последствия. Воздействие электромагнитных полей на человека в силу их большой распространенности более опасна, чем радиация. Особенно опасно действие электромагнитных излучений на детей, подростков, беременных женщин и лиц с ослабленным здоровьем. У всех бытовых электроприборов при работе превышается норма ЭМИ, причем в рейтинге самых опасных является микроволновая печь, при этом безопасное расстояние от нее является целых 2,5 метра. ЭМИ от сотового телефона превышает норму, причем значение исходящего вызова больше, чем входящего.  это связанно с поиском базовой станции во время исходящего вызова. Наименее опасным является СМС связь.

 1) включать электроприборы по очереди, а не все разом: мобильный телефон, компьютер, СВЧ-печь, телевизор должны работать в разное время.

 2) не группировать электроприборы в одном месте, распределить их так, чтобы они не усиливали ЭМП друг друга.

 3) не располагать эти приборы рядом с обеденным, рабочим столом, местами отдыха, сна. (Слайд 24)

  2.4 Практическая значимость исследования состоит в том, что оно может быть использовано школьниками для повышения образовательного уровня, учителем физики для объяснения тем «Виды теплопередачи. Теплопроводность. Конвекция. Излучение» и проведения занимательного урока охраны здоровья.

    Таким образом, мы считаем, что поставленная нами цель достигнута, задачи решены.

  2.5 За время работы над проектом, нами была изучена лишь небольшая часть практического применения теплопередачи в быту и технике. В дальнейшем, мы продолжим наши исследования в этом направлении при более детальном изучении в старших классах электромагнитных волн.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12

 

3.  ИНФОРМАЦИОННЫЕ РЕСУРСЫ

 

1. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике. – М.: Издательство «Просвещение», 1977.

2. http://уроки.мирфизики.рф

3. https://infourok.ru/

4. https://fb.ru/

5. https://fb.ru/article/303040/primeryi-teploperedachi-v-prirode-v-byitu

6. http://class-fizika.ru/u8-5.html

7. http://900igr.net/prezentacija/fizika/shkala-elektromagnitnykh-voln-196339/vidy-izluchenija-2.html

8. Влияние электромагнитного излучения на живые организмы [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://doza.net.ua/pages/ru_ref_emf.htm.

9. Воздействие электромагнитного излучения электроприборов на человека [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://malahit-irk.ru/index.php/2011-01-13-09-04-43/119-2011-05-06-12-21-20.html.

10. Общие показатели самочувствия и возникающие симптомы при воздействии ЭМП [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://www.libma.ru/zdorove/mobilnik_ubiica/p3.php#metkadoc12.

11. http://yandex.ru/clck/jsredir?from=yandex.ru

12. https://ru.wikipedia.org/wiki

13.https://fb.ru/article/177287/yavlenie-konvektsii-i-primeryi-konvektsii

14.http://obuchonok.ru/znachimost" target="_blank">Практическая значимость работы</a>

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

13

 

Скачано с www.znanio.ru