Урок на тему "Види теплообміну"

Урок фізики у 8-му класі на тему:  Види теплообміну

Мета уроку:

• загальноосвітня: узагальнити основні знання з теми «Види теплообміну», познайомити восьмикласників з проявами теплопровідності, конвекції, випромінювання в природі і техніці;

• розвиваюча: продовжити формування в учнів ключових умінь, що мають універсальне значення для різних видів діяльності - виділення проблеми, прийняття рішення, пошуку, аналізу та обробки інформації;

• виховна: виховувати колективізм, творче ставлення до дорученої справи;  екологічне виховання з застосуванням матеріалу освітнього проекту         «Зеленого пакету».

Перелік необхідного обладнання:

слайдова презентація Power Point «Види теплообміну», комп’ютер, відеопроектор, прилади для демонстрації трьох видів теплообміну, картки, роздатковий матеріал, комплект навчально-методичних матеріалів з питань довкілля та сталого розвитку «Зелений пакет».

Хід уроку.

І. Організаційний етап.                                                                                   

ІІ. Актуалізація опорних знань (фронтальне опитування).

Центральним поняттям теми «Теплові явища» є внутрішня енергія.

1. Що ми маємо на увазі, говорячи про внутрішню енергію тіла?

- Суму кінетичної енергії хаотичного руху та потенціаль­ної енергії взаємодії частинок, з яких складається тіло.

2. Якими способами можна змінити внутрішню енергію?

- Виконуючи роботу або передавши теплоту.

3. За якою ознакою можна визначити, що у тіла змінилася внутрішня енергія?

- Воно нагріється або охолоне.

4. Що таке теплопередача?

- Теплопередача - це процес перенесення теплоти всередині тіла або від одного тіла до іншого, зумовлений різницею температур.

5. Наведіть власний приклад зміни внутрішньої енергії тіла в результаті    виконаної роботи.

6. Наведіть власний приклад зміни внутрішньої енергії тіла в результаті   теплообміну.                                                                                        

ІІІ. Формування мети і завдання уроку.

Створення проблемної ситуації.

Пропонується слайд з малюнком.

Питання: 

Що ви бачите на малюнку?  Як передається тепло? Яку роль відіграє повітря? Чи однаково тепло передається вгору і вбік? Чому надягнена рукавичка? З якого матеріалу вона зроблена?

Передача теплоти можлива різними шляхами . Про це йтиметься на сьогоднішньому уроці. Запишіть тему уроку: «Види теплообміну».    

Існує три види теплообміну: теплопровідність, конвенція й теплове випромінювання.

Сьогодні на уроці ви узнаєте чимало нового та цікавого про види теплообміну. Ми будемо працювати з комплектом навчально-методичних матеріалів з питань довкілля та сталого розвитку «Зелений пакет», головною метою якого є усвідомлення, що ми повинні знайти золоту середину, баланс інтересів між потребами розвитку та здатністю нашої екосистеми відтворювати та зберігати свої ресурси для прийдешніх поколінь.

В світлі цих глобальних проблем, досліджуючи теплообмін, заповніть дану таблицю. З її допомогою вкінці уроку ми підведемо підсумки.  

ІV. Вивчення нового матеріалу.

Демонстрація дослідів.

№ 1. Нагрівання мідного та алюмінієвого дротів, до яких воском прикріплені кнопки. 

Обговорення результатів експерименту.

Висновки:

• Тепло передається твердими тілами.
• Різні речовини по-різному проводять тепло.

№2. Демонструється відео, яке пояснює механізм теплопровідності твердих тіл, рідин та газів.

З’ясовуємо, що при нагріванні відбувається збільшення швидкості руху молекул, з яких складається тіло.  Цей рух передається сусіднім молекулам, унаслідок чого їхня швидкість теж зростає, і температура даної частини тіла збільшується.

 Така передача в результаті безпосередньої взаємодії частинок тіл здійснюється ніби ланцюжком, від частинки до частинки, від шару до шару частинок, від частини тіла до іншої частини тіла і в кінцевому результаті призводить до вирівнювання температури всіх частин тіла.

Отже, перенесення енергії від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих внаслідок теплового руху і взаємодії частинок, називається теплопровідністю. Речовина при цьому не переноситься.

Демонстрація дослідів.

№ 3. Нагрівання води у вертикальній пробірці

а) зверху, тримаючи пробірку в руці;

б) знизу, тримаючи пробірку в лапці штативу.

№ 4. Обертання вертушки під дією струменів теплого повітря, що піднімаються від свічки чи лампи.

№ 5. Нагрівання колби з водою , на дні якої поміщено кристалик пергаменту калію , що забарвлює виниклі конвекційні потоки.

№ 6. Демонстрація горіння свічки, яку частково накривають скляним циліндром без дна (внизу залишають вільний простір); припинення горіння свічки при повному опусканні скляного циліндра.

Обговорення результатів експерименту.

Висновки:

• Тепло переноситься струменями рідини або газу.
• Струмені рухаються знизу вгору.

Конвекція — явище перенесення тепла в рідинах або газах потоками самої речовини.

Явище конвекції можна пояснити законом Архімеда та явищем теплового розширення тіл. При підвищенні температури об’єм речовини зростає, а густина зменшується. Під дією виштовхувальної сили менш густа нагріта речовина піднімається вгору, а більш густа холодна - опускається вниз.

Якщо ж рідину нагрівати зверху, то менш густа тепла рідина там і залишається й конвекція не виникає.

 Демонстрація дослідів.

№ 7. Нагріта кулька випромінює тепло.

№ 8. Вплив випромінювання ліхтаря на теплоприймач.

Обговорення результатів експерименту.

Висновки:

• Передача тепла відбувається без перенесення речовини.
• Тіла, що мають темну поверхню краще поглинають енергію і швидше охолоджуються.

Випромінювання - перенесення енергії за допомогою електромагнітних хвиль.

Якщо якесь тіло тепліше за оточуючі тіла, то воно віддає енергію, але не частинками речовини, а електромагнітними хвилями. Всі нагріті тіла випромінюють тепло. Річ в тому, що випромінювання відбувається за рахунок внутрішньої енергії тіла (енергія руху і взаємодії атомів) яка перетворюється в енергію випромінювання та може поширюватися і в безповітряному просторі, а при зустрічі з речовиною - поглинається нею. Теплову енергію випромінюють всі тіла, температура яких більша ніж -273℃.

Фізкультхвилинка.

 «Зміни свою внутрішню енергію»

• Підняти руки вгору, нахиляти тулуб в різні сторони.
• Ліву руку поставити на пояс, праву відвести в сторону, розвернути корпус вправо, поміняти положення рук і розвернути корпус вліво.
• Зігнути в ліктях руки і розігнути.
• Потягнутись догори з піднятими руками.
• Нахилитися донизу і дістати руками підлоги.
• Сісти на місця.

V. Опрацювання і доповнення здобутих знань.

Короткі повідомлення учнів.

І. Втрати тепла. Регуляція теплообміну людини. Велика частина тепла, що виділяється організмом, утворюється у внутрішніх органах, особливо в печінці, мозку, серці, і м'язах при фізичних навантаженнях. Потім це тепло передається шкірі і далі в навколишнє середовище.

При цьому особливо важлива роль жиру, тому що його теплопровідність втричі менша теплопровідності інших тканин.

Шкіра регулює випромінювання тепла, а кровообігом тепло передається від «серцевини» тіла до шкіри.

- Це свідчить про те, що і людина бере безпосередню участь у процесах теплообміну.

ІІ. Повітря, як теплоносій, має ряд переваг у порівнянні з водою.

По-перше, воно передає тепло в приміщення безпосередньо, без установки опалювальних приладів.

По-друге, передача тепла здійснюється швидко.

Відомо, що в давнину штучне опалення житла здійснювали гарячими газами. Перші згадки про це стосуються м. Ефес, заснованого в X столітті до н.е. на території сучасної Туреччини. Система повітряного опалення, створена в Італії, докладно описана ще Марком Вітру́вієм, римським архітектором та інженером другої половини I ст. до н.е. Повітря в рубках нагрівалося гарячими газами, і надходило в приміщення.

ІІІ. Колір ґрунту залежить від вмісту в ньому різних хімічних сполук і води. Хімічний склад зумовлює три основні кольори ґрунту:

• чорний — через присутність гумусу;

• коричневий(бурий, кольору іржі) — через присутність сполук заліза; та

• сірий(білуватий) — через присутність карбонатів (солей вугільної кислоти) та силікатів.

Пропорція, в якій у ґрунті містяться різні сполуки, зумовлює відтінки основних кольорів. Вологіший ґрунт завжди виглядає темніше.

«Зелений пакет», Ґрунт, с. 48

- Як це впливає на поглинання ґрунтом сонячного випромінювання?

Найбільшу теплопровідність мають речовини, в яких тепло переноситься вільними частинками малої маси. Саме тому теплопровідність металів зазвичай висока. Речовини з малою теплопровідністю використовують для виготовлення посуду. Гази, наприклад, повітря, мають малу теплопровідність. З огляду на це, добрими теплоізолюючими властивостями характеризуються матеріали, в яких багато порожнин, заповнених повітрям: вовна, вата, пінопласт тощо.

Коефіцієнти теплопровідності різних середовищ

Теплопровідність алмаза

Який мінерал на Землі, описуючи який ми як папуги повторюємо «самий», «самий». Ні, не золото і не платина - це алмаз. Найтвердіший, найдорожчий, найблискучіший, найрідкісніший і т.д.

Є ще одна властивість, пов'язане з алмазом - його теплопровідність. Теплопровідність алмаза при кімнатній температурі в 3 - 6 разів вище теплопровідності срібла і міді, самих теплопровідних металів на Землі. Скільки б ви не гріли алмаз в стислій долоні, він залишиться холодним. Якщо зробити з алмазу чайну ложечку, то ви кожен раз, опускаючи її в гарячий чай, будете обпалювати пальці.

Конвекція буває природною та примусовою.

При вимушеній конвекції переміщення речовини обумовлене дією якихось зовнішніх сил (насос, вентилятор тощо).

Природній конвекції зобов'язано багато атмосферних явищ, зокрема утворення хмар, вітру.

Конвекція відповідальна за появу гранул на Сонці.

Завдяки тому ж явищу рухаються тектонічні плити. У тектоніці конвекція - рух мас підкорової або мантійної речовини, направлене вгору-вниз за рахунок змін у тепловому режимі мас. Згідно з рядом гіпотез саме з конвекцією пов'язане горотворення, утворення океанічних жолобів, острівних дуг,геосинкліналей.

У океанографії конвекція — найважливіший механізм перемішування вод океану.

У метеорології конвекція — підняття від землі тепліших мас повітря й одночасне опускання холодніших.

Сонячне тепло (енергія) надходить до Землі у формі випромінювання, що проникає через атмосферу та зігріває наш світ. Сонячне світло є головним елементом процесу фотосинтезу. Воно, разом із водою, лежить в основі харчового ланцюга.

Земля також випромінює невидиму інфрачервону енергію, яка може перетворюватися на інші форми енергії, зокрема, теплову. Частина тепла втрачається у відкритому космосі. Решта тепла поглинається і залишається на Землі завдяки шару атмосферних газів, що отримали назву «парникових».

Ці гази вкривають Землю, наче ковдрою, зберігаючи її тепло. Інші планети, де немає атмосфери, значно холодніші, тому, наскільки нам відомо, там не може існувати життя.

«Зелений пакет», Енергія, с. 58

VI. Закріплення нового матеріалу.  

Робота в групах.

Учні класу об’єднуються у групи під назвами: «Теплопровідність», «Конвекція», «Випромінювання», витягуючи відповідні картки. В подальшому кожна група орієнтується на свій вид теплообміну, відповідаючи на питання та презентуючи свій тип теплопередачі.

Завдання групам дається на екрані.

Завдання 1. Впізнати характерну ознаку видів теплопередачі.

• Відбувається з перенесенням речовини. (Конвекція).
• Здійснюється молекулами або іншими частинками речовини. (Теплопровідність).
• В газах відбувається найгірше. (Теплопровідність).
• Залежить від кольору. (Випромінювання).
• Виникає тільки в рідинах і газах. (Конвекція).
• Відбувається при будь – якій температурі. (Випромінювання).
• Проявляється за рахунок переміщення теплих потоків поміж холодних. (Конвекція).
• Відбувається без перенесення речовини. (Випромінювання).
• Рідини займають проміжне положення між металами та газами. (Теплопровідність).
• Може відбуватися у вакуумі. (Випромінювання).
• Відбувається тільки знизу вгору. (Конвекція).
•  Сніг - пориста, пухка речовина, в ньому міститься повітря. Тому сніг добре захищає землю, озимі посіви, плодові дерева від вимерзання. (Теплопровідність).
  Завдання 2. Продовжити речення.

Приклади теплопередачі з фізики в побуті, в техніці, в природі

1. При відсутності вітру полум'я свічки встановлюється вертикально, тому що…  (гаряче повітря має меншу щільність, прагне рухатися вгору і витягує полум'я свічки вертикально).
2. Теплові мережі, водопровідні та каналізаційні комунікації вривають глибоко в землю, щоб,…  (використовуючи низьку теплопровідність ґрунту, не допустити замерзання води в трубах).
3. Краще збереже тепло вовняний одяг, ніж бавовняний, тому, що… (в шерсті міститься більше повітря, ніж у бавовні. Завдяки поганої теплопровідності повітря шерсть краще захищає тіло від охолодження).
4. Перш ніж налити в склянку окріп, в стакан опустіть чайну ложку тому, що... (завдяки високій теплопровідності металу це захищає стакан від різкого перегріву і руйнування).
5. Всі пористі будівельні матеріали містять повітря, яке… (завдяки поганій теплопровідності надає їм хороші теплоізоляційні властивості).
6. Батареї центрального опалення ставлять зазвичай внизу, під вікнами, щоб… (нагріте повітря піднімалося вгору , а холодне - підходило знизу на заміну).

Завдання 3. Про який вид теплообміну говориться в прислів'ях?

1. Борони вас, Боже, од вербових дров, телячого кожуха, заячої шапки.

2. Де руки гріти, там треба і вогню горіти.

3. Не бери заліза в руки, доки на нього не плюнеш.

4. Хто на гарячім попечеться, то і на холодне дме.

5. Лиха тому зима, в кого кожуха нема.

6. Російське прислів’я: «Багато снігу — багато хліба».

Завдання 4. Бліц – опитування

1. Чому горобці і синиці в сильні морози настовбурчують пір’я?
2. Виберіть матеріал, з якого будувати мете стіни багатоповерхового будинку: деревина, метал, залізобетон, звичайна цегла, пориста цегла.
3. Чому добрий господар для того, щоб швидше розтанув сніг, притрушує його землею?
4. Чи є джерелом теплового випромінювання кусок льоду?
5. Чому посуд для приготування їжі здебільшого виготовляють із металу, а для харчування – з фарфору та скла?
6. Де слід розмістити кватирку у віконній рамі - внизу чи угорі? Чому?
7. Чому під час спеки ходять у світлому одязі?
8. В який спосіб Сонце може передавати своє тепло на Землю? Чому?
9.  Нагріті деталі охолоджуються у воді швидше, ніж на повітрі. Чому?
   Завдання 5.  Поясни з яким видом теплообміну і як пов’язана економія енергії.         Заощаджуємо енергію:

• Користуйтеся праскою з регулятором температури(це заощадить до 5% енергії).
• Регулярно розморожуйте холодильник (це заощадить 1-2% енергії).
• Готуючи на електричній плиті, вмикайте її на повну потужність.
• Якщо готуєте на електричній плиті декілька страв, ставте їх на плиту одна за одною одразу ж, аби не розігрівати плиту знову.
• Розмістіть нагрівачі (радіатори) під вікнами, аби вони нагрівали повітря, що надходить у приміщення (це заощадить до 5% енергії).
• Тісно закриті дверцята духовки/печі під час її роботи допоможуть зекономити енергію (5-7%).
• Користуйтесь скороварками (що готують під тиском);вони допомагають заощаджувати енергію (до 20%) та час.
• Використовуйте посуд із діаметром, рівним чи більшим за діаметр конфорок (це заощадить до 15% енергії).
• Не ставте теплі страви в холодильник (це заощадить до 5% енергії).
• Фарбуйте стіни у світлі кольори (це заощадить 2% енергії,потрібної для освітлення).
• Не саджайте дерева ближче, ніж за 5 метрів від стін будинку.
• Завжди тримайте вікна чистими (це заощадить до 1% енергії).

«Зелений пакет», Енергія, Як заощаджувати енергію – вдома, с. 67-69

 VІІ. Підбиття підсумку уроку. 

Групи за допомогою заповненої таблиці та конспекту презентують свій тип теплопередачі.

Оцінювання роботи учнів.

VІІІ. Домашнє завдання.                                                                           

Слово вчителя: урок  закінчено, успіхів вам!