Внеурочное занятие по физике на тему: "Исследование теплопроводности разных тел"

Тема: Исследование теплопроводности разных тел.

Цель: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с различными материалами, показать. Оборудование: ноутбук с установленной программой НауЛаб, датчик цифровой лаборатории «Физика», лоскуты ткани

Учитель:

Здравствуйте, ребята! Сегодня у нас занятие по дополнительной образовательной программе Точка Роста.

Сегодня мы с вами рассмотрим явления, связанные с передачей теплоты.

1.Что произойдет, если в горячий чай опустим холодную ложку? (через некоторое время она нагреется).

2.Почему холодная ложка нагрелась? (чай отдал часть своего тепла ложке, а часть окружающему воздуху).

3.Вывод: из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому (от горячей воды к холодной ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке – от ее нагретого конца к холодному.

4.В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному? (в результате движения и взаимодействия частиц).

Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности. Что вам известно о теплопроводности?

Какую цель нашего занятия поставим?

- Узнать о понятии теплопроводности;

- исследовать теплопроводность разных тел;

- узнать о значении теплопроводности в жизни человека. О теплопроводности нам расскажут ученики 8 класса. Доклад учеников 8 класса:

Без теплоты в доме, без посуды, удерживающей тепло, без теплой одежды зимой и без многого другого сейчас невозможно представить жизнь. 

Между телами происходит теплообмен. Например, щуп датчика температуры обменивается теплом с окружающим воздухом. Более нагретые тела передают тепло менее нагретым. Внутри однородного тела тоже идет перенос тепла.

Способность материальных тел проводить энергию (т. е. теплоту) от более нагретых частей тела к менее нагретым частям тела путем хаотического движения частиц тела называется теплопроводностью.

Итак: явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Теплопроводность у различных веществ различна. Объясняется это молекулярным строением веществ, так как теплопроводность – это перенос энергии, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. Известно, что у газов теплопроводность мала, а металлы хорошо проводят тепло.

Расстояние между молекулами газа больше, чем у жидкостей и твердых тел. Поэтому взаимодействие молекул в газах происходит медленнее, а их теплопроводность меньше. В жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах, и теплопроводность у них меньше, чем у твердых тел.

Из твердых веществ хуже всего проводит тепло керамика, пластмасса, дерево, ткань. Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Заполните таблицу 1.

Таблица 1 – Теплопроврдность

Теплопроводность различных материалов широко используется в строительстве, быту и часто встречается в повседневной жизни человека. если возникает необходимость сохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводность. Так, для кастрюль, сковородок ручки изготавливают из пластмассы. Дома строят из бревен, кирпича или другого строительного материала, обладающего плохой теплопроводностью.

Изучение теплопроводности имеет большое значение для здоровья и комфорта человека, а также играет большую роль в создании материала, полезного для человека. Учитель: у нас в лаборатории имеются приборы, датчики цифровой лаборатории.

Как, пользуясь ими, можно исследовать теплопроводность материалов?

Ответ ученика: можно исследовать различные материалы, из которых изготавливают одежду.

Покрытия стен. (обои, жидкие обои)

Исследовательская работа

Тема: Изучение теплопроводности разных тел.

Цель работы: изучение теплопроводности различных веществ с помощью цифровых датчиков.

Ход работы:

1.Приготовьте датчик температуры, USB-кабель и исследуемый материал.

2.Подключите датчик к USB-порту компьютера. Загрузите программу НауЛаб.

3.Включите измерения, нажав кнопку Пуск. датчик должен показать комнатную температуру. Нагрейте датчик руками до тех пор, пока температура не перестанет расти. Отпустите датчик. Дождитесь, пока он опять станет показывать комнатную температуру.

4.Не останавливая измерений, заверните щуп в исследуемый материал и опять нагрейте руками до стабилизации значений температуры. После этого остановите измерения.

5.В опытах происходила передача тепла от рук к чувствительному элементу датчика. в первом случае был непосредственный контакт, во втором передача происходила через шерсть. В обоих случаях начиналась теплопередача с комнатной температуры. По графику следует определить, до какой температуры нагревается датчик в обоих опытах и в какое время это происходит.

Следует составить таблицу 2 и внести в нее результаты измерений.

Таблица 2 – Результаты измерений

Работа проводится в 3 группах с различными материалами

Группа 1. Изучение теплопроводности натуральных материалов

(шерсть, изделия из козьего пуха)

Группа          2.       Изучение    теплопроводности        тканей.   (Джинсовая, хлопчатобумажная).

Группа 3. Изучение теплопроводности обоев (бумажные обои, жидкие обои).

Вывод: для процесса теплопроводности требуется время, любое дополнительное тело в цепи передачи тепла замедляет процесс. Чем меньше теплопроводность тела, тем процесс передачи тепла идет медленнее. в эксперименте это отражается медленным выходом показаний датчика на стабильное значение.

Способность материала медленно отводить тепло (низкая теплопроводность) называется теплоизоляцией.

Главной целью применения теплоизоляционных материалов является сокращение расхода энергии на отопление здания. Кроме того, использование теплоизоляции в строительстве зданий позволяет существенно снизить массу конструкций, уменьшить расход основных строительных материалов, таких как кирпич, древесина, бетон и др.

С         помощью   теплоизоляционных     материалов          утепляют   кровли, наружные, внутренние и подвальные стены, полы и перекрытия.

Выводы по группам: Вывод группы 1:

Мы изучали теплопроводность пуха козьего и шерстяной ткани. В опытах происходила передача тепла от рук к чувствительному элементу датчика. Для передачи тепла потребовалось время. Чем меньше теплопроводность тела, тем медленнее идет передача тепла. Пух и шерсть замедляют процесс теплопроводности, помогают сохранить тепло. Теплопроводность козьего пуха меньше теплопроводности шерстяной ткани.

Эти материалы используют для создания одежды.

Вывод группы 2:

Мы изучали теплопроводность хлопчатобумажной и джинсовой тканей. По времени передачи тепла определили, что теплопроводность хлопчатобумажной ткани меньше, чем джинсового образца. Хлопчатобумажную ткать используют для создания одежды, предохраняющей человека летом от жары, зимой от холода. Джинсовая ткань также используется для создания одежды.

Вывод группы 3:

Мы изучали теплопроводность обычных обоев и жидких обоев (новый вид материала для покрытия стен). Покрытие стен данными материалами, хотя и тонким слоем, замедляет процесс теплопроводности. Это мы определили по времени передачи тепла. Жидкие обои проводят тепло медленнее, значит их теплопроводность меньше.

Обои используют для декорирования стен, но и этот материал помогает в сохранении температуры в помещении.

Выполнение заданий на развитие функциональной грамотности. 1. Утепление домов

Чтобы защитить жильё от теплопотерь и повышенной влажности, его покрывают различными типами утеплителей. Для утепления помещений можно использовать разнообразные материалы, отличающиеся друг от друга составом, способом укладки, сроком службы, показателем теплопроводности, стоимостью и другими характеристиками.

При выборе подходящего утеплителя основным фактором является его теплопроводность. Чем ниже теплопроводность, тем менее интенсивно материал обменивается теплом с окружающей средой. Из распространённых утеплителей лидером в этом плане является пенополиуретан, теплопроводность которого ниже, чем у пенопласта и минеральной ваты.

Во многих случаях целесообразнее использовать утеплители, хорошо пропускающие влагу. Если пенополистирол её совершенно не пропускает, то он создает герметичный слой, не позволяя избыточной влаге выводиться наружу. Вследствие этого в доме накапливается сырость, от которой возникает плесень и всё начинает гнить. За счёт хорошей паропроницаемости минеральной ваты

повышается уровень комфорта в помещениях, исчезает сырость.

В таблице приведены коэффициенты теплопроводности и паропроницаемости для материалов, из которых изготавливают утеплители.

Таблица 3 - Коэффициенты теплопроводности и паропроницаемости для материалов

Наиболее устойчивым к химическим воздействиям и к биологическому разрушению является утеплитель из минеральной ваты. Каменные волокна, из которых формируется изделие, не гниют, не разрушаются под действием химикатов и не разлагаются на протяжении долгих лет. Что касается пенопласта ПВХ, то он занимает последние позиции в перечне утеплителей, поскольку всего через 15 лет он начинает крошиться и образовывать обширные полости внутри теплоизоляционного слоя.

К негорючим утеплителям относятся пеностекло, минеральная вата, стекловата. Использование негорючей минеральной ваты позволяет создать безопасное жильё, поэтому этот утеплитель является самым популярным в нашей стране. Очень низкой стойкостью к огню обладает пенополистирол. Этот утеплитель горит с образованием высокой температуры и огромного количества ядовитого дыма.

1. Кирпичные стены дома необходимо утеплить. Выберите материал, утеплитель из которого даст тот же эффект при наименьшей толщине.

1)   полиэтилен

2)   пенополиуретан

3)   пергамин

4)   минеральная вата

Ответ: 2

2.Два дома построили по одному и тому же проекту. Стены одного из них кирпичные, второго – сложены из керамзитобетонных блоков. Толщина стен одинаковая. Для какого из домов затраты на утепление стен из одного и того же материала будут выше? Ответ поясните

Ответ: затраты будут выше для дома из кирпича, так как керамзитобетон обладает лучшими теплоизоляционными свойствами, чем кирпич.

3.Почему для утеплителей используют вспененные пластмассы, большую часть объёма которых занимает воздух?

Ответ: воздух обладает низкой теплопроводностью, поэтому и вспененные материалы будут лучшими теплоизоляторами, чем обычные пластмассы.

4.Когда здание утепляют с использованием минеральной ваты, обязательно укладывают слой пароизоляции (см. рисунок).

Каким свойством должен обладать слой пароизоляции? Из каких материалов, указанных          в        таблице,     может         быть изготовлен слой пароизоляции?

Ответ: слой пароизоляции должен не пропускать влагу к минеральной вате, так как она обладает паропроницаемостью.

Для пароизоляции подойдёт слой полиэтилена или пергамина.

2. Почему      у        тел   разная теплопроводность?

Известно, что тела бывают в трёх частицами в веществе. В твёрдых телах оно наименьшее, а в газах -

наибольшее. Чтобы тело нагрелось, нужно, чтобы механическая энергия движения молекул перешла в тепловую: чем быстрее двигаются молекулы, тем выше температура вещества. Поскольку в газах частицы дальше, то и нагреваться газы будут медленнее, а твёрдые тела - быстрее. Скорость нагревания вещества равна скорости потери им тепла. Многие твёрдые тела быстро принимают и так же быстро отдают тепло – у них хорошая теплопроводность. Газы же нагреваются и остывают медленно, поэтому говорят, что они обладают плохой теплопроводностью.

Это свойство газов активно используется в быту: например, при изготовлении прихваток между слоями оставляют воздух, чтобы при контакте с горячей поверхностью тепло медленнее передавалось.

1.Почему для изготовления чайников, кастрюль и т.п. используют не пластмассы, а сплавы металлов?

Ответ: эти изделия контактируют с огнём, и пластмасса, во-первых, может расплавиться. А во-вторых, такая посуда при нагревании может выделять опасные вещества. Поэтому важно, чтобы материал был прочным и с хорошей теплопроводностью, как у сплавов металлов.

2.Почему птицы не замерзают, хотя «одеты» в лёгкие перья? Приведите три примера использования человеком способности птиц и зверей поддерживать организм в тепле.

Ответ: между перьями птиц присутствует воздух, обладающий плохой теплопроводностью. Благодаря этому медленнее теряется тепло тела.

Возможные примеры:

- зимой советуют одеваться многослойно, чтобы воздух между слоями одежды

«удерживал» тепло тела;

- часто в домах делают окна из двух стёкол, и слой воздуха между ними позволяет поддерживать тепло в квартире;

- перьями птиц наполняют одеяла и куртки, чтобы воздух между ними дольше сохранял тепло тела;

- шерсть зверей также согревает их, так как между шерстинками присутствует воздух. Это замедляет потерю тепла. Поэтому люди изготовляют шубы и подкладки на меху.

3. Вы уже знаете, что твёрдые тела нагреваются быстрее, чем тела в других агрегатных состояниях. Но теплопроводность различных твёрдых веществ не одинакова. Перед вами значения теплопроводности некоторых из них.

Таблица 4 – Значения теплопроводности

Основываясь на приведенных данных, ответьте на вопросы.

 Почему для изготовления тарелок используется не алюминий, а фарфор?  Почему кухонные лопатки изготавливают из дерева, а не из металлов?

При объяснении укажите, как назначение предмета связано с материалом изготовления.

Ответ:

1)           У алюминия теплопроводность выше, чем у фарфора, поэтому, например, от горячей еды алюминиевая тарелка нагреется, и её будет неудобно использовать.

2)           Кухонные лопатки используют для перемешивания горячей еды. У металлов высокая теплопроводность, поэтому об такую лопатку можно обжечься. У дерева же теплопроводность низкая

4.            Расположите материалы, из которых могут быть сделаны ложки, в порядке увеличения времени, которое потребуется для их нагревания до одинаковой температуры.

Материалы: алюминий, древесина, серебро, пластмасса, железо.

Ответ: пластмасса – древесина – железо – алюминий - серебро.

5.            Почему у входа в баню висят подобные объявления?

Дорогие посетители!

Перед входом           в          парную           убедительно просим           Вас      снять   все золотые и серебряные украшения. Вы можете их оставить в камере хранения.

Ответ:         такие          объявления          висят,         потому       что    из-за   хорошей теплопроводности этих металлов под воздействием высокой температуры в бане украшения быстро нагреются.

Если не снять украшения, можно получить ожог.

6.            Почему, когда мы зажигаем спичку, то не обжигаем руку, хотя на её другом конце горит огонь?

Ответ: у дерева плохая теплопроводность, поэтому другой конец спички не нагревается.

Подведение итогов занятия:

-   чему научились;

-   что узнали;

-   Что было интересно.