Урок "Види теплообміну"

Тема: Види теплообміну.

Мета уроку: сформувати знання про теплопровідність, конвекцію, променевий теплообмін.

Очікувані результати: знаннєвий компонент: учні оперують поняттями теплопровідність, конвекція, променевий теплообмін; діяльнісний компонент: учні  розв’язують задачі за темою, вміють пояснювати відмінності між видами теплообміну; ціннісний компонент: учні розуміють важливість урахування теплопередачі у життєдіяльності людини, наводять приклади практичного застосування видів теплообміну.

Формування ключових компетентностей: компетентності в природничих науках і технологіях (розуміти та пояснювати фізичний зміст явищ та процесів на якісному рівні);  уміти вчитися впродовж життя (спостерігати, аналізувати, робити висновки, набувати нових знань); спілкування державною мовою (користуватися сучасною науковою мовою, уміти доречно та коректно використовувати фізичні терміни, поняття.

Тип уроку: засвоєння нових знань.

Обладнання: Слайди з матеріалами про види теплообміну.

План уроку.

Ι. Актуалізація опорних знань. Бесіда за питаннями:

1. Що називають внутрішньою енергією тіла?

2. Які способи зміни внутрішньої енергії ви знаєте?

3. Навести приклади зміни внутрішньої енергії тіла способом виконання роботи?

4. Навести приклади зміни внутрішньої енергії тіла способом теплообміну?

5. від яких фізичних величин залежить внутрішня енергія?

- (від температури, яка пов’язана із середньою швидкістю руху його частинок).

6. Як змінюються проміжки (густина) між молекулами мідної деталі в разі нагрівання й охолодження?

ΙΙ. Вивчення нового матеріалу.

Демонстрація 1.

Слайд 1.

До мідного стержня парафіном приклеїмо декілька сірників. Один кінець стержня нагріватимемо в полум’ї спиртівки. Під час нагрівання парафін почне плавитися, і сірники будуть відпадати від стержня. Спочатку відпадуть ті сірники, які розміщені ближче до полум’я, а потім по черзі – всі інші.

Питання до класу:

а). Як відбувається передача тепла по металевому стрижню?

(При нагріванні збільшується швидкість коливального руху частинок металу того кінця стрижня, який ближче до полум’я. Частинки взаємодіють між собою, тому збільшується швидкість сусідніх частинок. Таким чином збільшується температура наступної ділянки стрижня.)

б). Чи відбувається переміщення самих частинок металу в ході досліду?

(Ні. У твердих тілах частинки здійснюють лише коливальні рухи. Перенесення речовини не відбувається).

Вчитель: такий від теплопередачі, за якою енергія переноситься від більш нагрітих тіл до менш нагрітих у результаті теплового руху та взаємодій частинок називають теплопровідністю. Слайд 3.

При цьому відбувається перенесення енергії без перенесення речовини. Практика показує, що високою теплопровідністю володіють метали, особливо срібло, мідь. Слайд 4. Таблиця.

Вода, скло, цегла, бетон «проводять тепло» в десятки разів гірше, ніж сталь. А теплопровідність деревини в кілька разів менше, ніж цегли. Чому?

Дуже мала провідність газів. Цим обумовлена мала теплопровідність пухнастих тканин, наприклад, вовни: між їхніми волокнами багато повітря. З тієї ж причини мала теплопровідність пінопласту, а також снігу, особливо свіжого. «Теплий» сніжний покрив уберігає взимку від вимерзання озимі..

Запитання до класу.

Чому «шуба гріє» є неправильним?

Чому в спеку жителі пустелі одягають на себе хутряний або ватний одяг:?

Демонстрація 2.

Слайд 5.

У пробірку з водою поклали  шматочки льоду. Якщо нагрівати воду у верхній частині пробірки, то вона в цьому місці закипить, а внизу можуть залишитися навіть шматочки льоду.

Про що це свідчить? Поясніть, використовуючи знання про будову речовини.

(Це свідчить про те, що проміжки між молекулами води більші, ніж у твердих тілах, а отже і зіткнення між молекулами відбуваються рідше. Тому рідини, окрім розплавлених металів, мають невелику теплопровідність.)

Демонстрація 3.

Слайд 6.

Якщо нагрівати посудину з водою знизу, то вся вода прогріється і закипить. Чому одночасно закипає увесь об’єм води?

(Відбувається переміщення верхніх холодних і нижніх нагрітих шарів води).

Внаслідок чого відбувається процес перемішування?

З підвищенням температури густина рідини або газу зменшується, тому що збільшуються проміжки між частиками. Легші шари рідини або газу піднімаються вгору під дією сили Архімеда, а важчі шари (холодніші) опускаються вниз. Цей процес відбувається доти, доки не зрівняється температура у всьому об’ємі рідини або газу.

Таке переміщення рідини називають конвекцією. Слайд 7.

Конвекція – процес перенесення енергії струменями рідини або газу.

Чи може відбуватися конвекція в твердих тілах?

(Ні. За нагрівання твердого тіла не можуть утворюватися потоки твердої речовини, оскільки частинки твердого тіла виконують тільки коливальні рухи).

Конвекція відіграє важливу роль у багатьох природних процесах.

Конвекція досить поширена в природі, техніці, побуті. Конвекційні струмені в атмосфері спричиняють утворення хмар, вітру. Завдяки конвекції на поверхню морів, океанів із глибин піднімається тепла вода, що пом’якшує клімат. Явище конвекції використовується в роботі опалювальних систем, побутових холодильників.

Слайд 8.

Спостерігаємо утворення тяги.

Запалимо свічку, розмістимо над нею спочатку низький, а потім вищий скляний циліндр, відкритий з обох боків. Помітно, що полум’я видовжується. Такий циліндр – це маленька димова труба, яка утворює тягу повітря. Чим вища труба, тим краща тяга.

Вчитель. Слайд 9.

Ви знаєте, що без енергії Сонця життя на Землі було б неможливе. А як передається енергія від Сонця до Землі? Пригадайте, що відбувається з підвіконням, коли на нього падає сонячне проміння. Адже між ними безповітряний простір, вакуум, значить відсутня речовина, частинки якої могли б передавати кінетичну енергію руху одна одній. Тому енергія від Сонця надходить до Землі не через теплопровідність, не завдяки конвекції, які відбуваються лише в речовині. Існує ще один вид теплообміну, який не потребує проміжного середовища між тілом і нагрівником. Це променевий теплообмін. (можливо від слова промінь). Слайд 11.

Підносячи руку до гарячої праски, електричної лампочки, що світиться, сидячи біля багаття, ми навіть на відстані відчуваємо тепло. Нагріті тіла випромінюють теплову енергію й охолоджуються, а інші тіла її поглинають і нагріваються. Теплове випромінювання відбувається завдяки тому, що частина внутрішньої енергії тіла (енергія руху і взаємодії атомів) перетворюється в енергію випромінювання, яке може поширюватися і в безповітряному просторі, а при зустрічі з речовиною воно поглинається нею.

Внаслідок поглинання тілом енергії випромінювання, відбувається зворотне перетворювання її у внутрішню енергію. Теплову енергію випромінюють усі без винятку тіла, при будь-якій температурі, вищій від абсолютного нуля. Чим вища температура тіла, тим більше енергії воно випромінює. При охолодженні тіла рух атомів сповільнюється, інтенсивність теплового випромінювання зменшується. Існує така температура, при якій тепловий рух атомів і молекул припиняється. Ця температура вважається найнижчою у природі, її називають абсолютним нулем. Вона дорівнює   -273ºС.

Слайд 10.

Випромінювання можна зареєструвати за допомогою теплоприймача з рідинним манометром. Теплоприймач – це плоска кругла бляшанка, один бік якої дзеркальний, а другий – чорний. Теплоприймач з’єднаний гумовою трубкою з манометром. Під час нагрівання повітря у теплоприймачі від електроплитки, рідина у манометрі переміщується. Це говорить проте, що тиск повітря в коробочці збільшується за рахунок нагрівання від стінки, яка нагрілася за рахунок теплообміну з електроплиткою.

Променевий теплообмін – це процес перенесення енергії від одного тіла до іншого, обумовлений процесами випускання, поширення та поглинання електромагнітного випромінювання. Слайд 11

Від чого залежить нагрівання тіл за допомогою променевого теплообміну?

Спочатку повернемо теплоприймач до електроплитки блискучою поверхнею, а потім темною, зафіксуємо рівень рідини манометра. Спостерігаємо, що для чорної поверхні стовпчик вищий, ніж для блискучої. Тобто, темна поверхня краще поглинає тепло, ніж дзеркальна, але й віддає краще.

Наведіть приклади, що показують, що тіла із темними поверхнями більше нагріваються випромінюванням, ніж зі світлою.

Чому посуд з блискучою поверхнею довше зберігає тепло?

(Менше випромінює).

Чому вагони – холодильники фарбують у світлий колір?

(Щоб вони не нагрівалися на сонці).

Закріплення нового матеріалу

Запитання до класу.

1. З якого посуду зручніше пити гарячий чай: з металевого кухля чи порцелянової чашки?(Метал має більшу теплопровідність, ніж порцеляна).

2. Чому для озимих посівів пшениці безсніжна зима є небезпечною?

(Сніг, особливо пухкий. має погану теплопровідність і зберігає тепло грунту).

3.Чому вовняний одяг зберігає тепло краще, ніж полотняний?

(Між ворсинками вовни міститься повітря. яке є гарним тепло ізолятором).

4. У якому взутті – тісному чи просторому – швидше замерзнуть ноги?

(У тісному, тому що швидше відбувається теплообмін з холодним повітрям).

5. Чи горітиме свічка в умовах невагомості?

(Ні, не горітиме. В умовах невагомості не діє сила Архімеда).

6. Як швидше охолодити чайник з кип’ятком: поставити чайник на лід чи покласти лід на кришку чайника?

7. Чому в холодну погоду деякі тварини сплять, згорнувшись в клубочок?

(Згорнувшись в клубочок, тварина зменшує площу поверхні тіла. Що випромінює тепло).

8.При якій температурі метал і дерево  на дотик здаватимуться нагрітими однаково? (При температурі, що дорівнює температурі людського тіла, коли не відбувається теплопередача).

ІV. Завдання додому

Вивчити §44, усно N352 -358, 371 -374.