Войти / Зарегистрироваться

Виды теплопроводности

Получить свидетельство
Автор: Соловьева Екатерина Анатольевна

Цель урока: знание и понимание учащимися видов теплопередачи: теплопроводности, конвекции, излучения;
Задачи:
обучающие
  •  дать определения основных понятий, изучаемых в данной теме: теплопередачей, конвекцией, излучением;
  • установить зависимость теплопроводности от рода вещества
  • учить приводить примеры теплопередачи в природе и технике.
развивающие
  • продолжить развитие умения анализировать опыты и делать на их основе выводы, формирование умения работать в группах;
  • способствовать формированию навыков экспериментальной работы и развитию аналитического мышления учащихся
воспитательные
  • способствовать привитию культуры умственного труда, создать условия для повышения интереса к изучаемому материалу
Тип урока Урок изучения нового материала
Формы работы учащихся групповая работа, индивидуальная работа
Необходимое техническое оборудование мультимедийный проектор, компьютеры учащихся, перечень ЭОР, выход в Интернет
I. Актуализация знаний
Перед началом урока можно провести проверку выполнения домашнего задания. Вспомним ранее изученный материал:
Какую энергию называют внутренней энергией тела?
Какими двумя способами можно изменить внутреннюю энергию?
Приведите примеры изменения внутренней энергии с помощью совершения работы.
Приведите примеры изменения внутренней энергии способом теплопередачи.
Объясните на основе молекулярного строения тела вещества нагревание спицы, опущенной в горячую воду.
При этом все неточности должны фиксироваться, причем не столько учителем, сколько учениками, которые принимают активное участие в работе.
II. Изучение нового материала
План изложения нового материала:
  1. Теплопроводность.
  2. Явление конвекции в жидкостях и газах.
  3. Излучение.
Учащиеся уже знают, что внутреннюю энергию можно изменить двумя способами: путем совершения работы и путем теплопередачи. Изменение внутренней энергии посредством теплопередачи может производиться по- разному. Различают три вида теплопередачи:
Как вы думаете: что такое теплопроводность, конвекция, излучение, теплопередача? Выслушав ответы, объясняет новый материал.
Теплопроводность Теплопроводность – такой тип теплообмена, когда тепло перемещается от более нагретых участков тела к менее нагретым вследствие теплового движения молекул.
Очевидно, что этот перенос энергии требует определенного времени.
Сразу можно акцентировать внимание учащихся на физическом содержании процесса. У пламени горелки молекулы, получив избыток энергии, начинают совершать колебания с большей амплитудой, передавая часть энергии при соударениях с соседними слоями.
Особенность теплопроводности в том, что само вещество не перемещается. Ясно, что чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла.
Все кристаллы имеют очень хорошую теплопроводность. И наоборот, те вещества, в которых расстояния между молекулами большие – плохие проводники тепла. Это — различные породы древесины, строительный кирпич, котором есть поры, заполненные воздухом, различные газы. Плохая теплопроводность у шерсти и меха, так как между ворсинками также много воздуха. Именно наличие меха позволяет отдельным животным переносить зимнюю стужу.
Конвекция
Под конвекцией понимают перенос энергии струями жидкости или газа.
Включив лампу накаливания с отражателем и подставив над лампой бумажную вертушку, мы замечаем, что она начинает вращаться (этот опыт проиллюстрирован в презентации). Объяснение этому факту может быть одно: холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх. При этом вертушка вращается.
Плотность горячего воздуха или жидкости меньше, чем холодного, поэтому нагрев производят снизу. При этом конвекционные потоки теплой жидкости поднимаются вверх, а на их место опускается холодная жидкость.
Замечено, что жидкость можно нагреть и при нагревании ее сверху, но это — длительный процесс. В данном случае нагрев происходит не за счет конвекции, а за счет теплопроводности.
Система отопления помещений основана именно на перемещении конвекционных потоков теплого и холодного воздуха: постоянное перемешивание воздуха приводит к выравниванию температуры по всему объему помещения.
Очевидно, что главным отличием конвекции от теплопроводности является то, что при конвекции происходит перенос вещества, имеющего большую внутреннюю энергию, а при теплопроводности вещество не переносится.
Холодные и теплые морские и океанские течения — примеры конвекции. Также в качестве примеров конвекции можно привести ветры, которые дуют в земной атмосфере.
3. Излучение или лучистый теплообмен Под излучением, понимают перенос энергии в виде электромагнитных волн. Любое нагретое тело является источником излучения.
Этот вид теплообмена отличается тем, что может происходить и в вакууме. Ведь солнечная энергия доходит до Земли.
Темные тела не только лучше поглощают энергию, но и лучше ее отдают в окружающую среду. Два одинаковых тела, нагретые до одной температуры, остывают по-разному, если у них разный цвет поверхности. Способность светлых тел хорошо отражать лучистую энергию используют при строительстве самолетов; крыши высотных зданий в жарких странах также красят в светлые тона.
III. Закрепление изученного материла
С целью закрепления изученного материла можно провести краткий опрос-беседу по следующим вопросам:
— Приведите примеры, какие вещества имеют наибольшую и наименьшую теплопроводность?
— Объясните, как и почему происходит перемещение воздуха над нагретой лампой.
— Почему конвекция невозможна в твердых телах?
— Приведите примеры, показывающие, что тела с темной поверхностью больше нагреваются излучением, чем со светлой. Отвечает на вопросы.
Выполнение контрольного задания.
Ученикам нужно решить тесты на компьютерах по теме теплопроводность и конвекция, используя ресурсы №4 и №5.
Домашнее задание. §4-6. Ответить на вопросы. Желающие ученики могут подготовить к следующему уроку доклады о применении теплопередачи в природе и технике. Примерными темами докладов могут быть: «Значение видов теплопередачи в авиации и при полетах в космос», «Виды теплопередачи в быту», «Теплопередача в атмосфере», «Учет и использование видов тепло – передачи в сельском хозяйстве» и др.
Рефлексия
Оцените свою работу за урок.
Если вы поняли материал, можете его рассказать и объяснить, то поставьте себе “5”.
Если материал поняли, но есть некоторые сомнения в том, что вы сможете его воспроизвести, то “4”.
Если материал усвоен слабо, то “3”.
Дополнительный материал.
С явлением конвекции связаны процессы горообразования. В первом приближении земной шар можно рассматривать как систему, состоящую из трех концентрических слоев. Внутри находится массивное ядро, состоящее в основном из металлов в виде очень плотной жидкой массы. Ядро окружают полужидкая мантия и литосфера. Самый верхний слой литосферы — земная кора. Литосфера состоит из отдельных плит, которые плавают на поверхности мантии. Вследствие неравномерного разогрева отдельных участков мантии, а также разной плотности горных пород в различных участках мантии в ней возникают конвективные потоки. Они вызывают перемещения литосферных плит, несущих континенты и ложа океанов.
Там, где плиты расходятся, возникают океанские впадины. В других местах, где плиты сталкиваются, образуются горные массивы. Скорость перемещения конвективных потоков в мантии очень мала. Соответственно и плит 2—З см в год. Однако геологические эпохи плиты могут перемещаться на сотни и тысячи километров.
Чем же вызвана столь большая теплопроводность металлов, которая в сотни и тысячи раз больше, чем у изоляторов? дело, очевидно, в структуре металлов, в особенностях металлической связи.
В самом деле, если бы теплопроводность металлов определялась только колебаниями частиц в узлах кристаллической решетки, то она бы не отличалась от теплопроводности изоляторов. Но в металлах есть еще множество свободных электронов
электронный газ, который и обеспечивает их высокую теплопроводность.
В участке металла с высокой температурой часть электронов приобретает большую кинетическую энергию. Так как масса электронов очень мала, то они легко проскакивают десятки промежутков между нонами. Говорят, что у электронов большая длина свободного пробега. Сталкиваясь с нонами, находящимися в более холодных слоях металла, электроны передают им избыток своей энергии, что приводит к повышению температуры этих слоев.
Чем больше длина свободного пробега электронов, тем больше теплопроводность. Именно поэтому у чистых металлов, где в кристаллической решетке дефектов относительно мало, теплопроводность велика, У сплавов, где дефектов решетки гораздо больше, длина свободного пробега меньше, соответственно меньше и теплопроводность.
 

Похожие публикации