Урок «Види теплопередачі»

Тема: Види теплопередачі.

 

Мета уроку:

 

1. Дидактична: Узагальнити інформацію про різні види теплообміну; навчити учнів застосовувати ці знання для пояснення конкретних природних явищ; розширювати кругозір учнів через розв'язування задач, пов'язаних з повсякденним життям, біологією, хімією тощо; застосовувати всебічний підхід до вивчення природи.
2. Розвивальна: Розвивати уміння учнів спостерігати за фізичними явищами, аналізувати їх та пояснювати на основі знань про види теплообміну; розвивати самостійне, логічне та творче мислення, уміння порівнювати, узагальнювати, систематизувати та робити висновки; зміцнювати фізико-математичну мову учнів та підтримувати їхню цікавість до фізики.
3. Виховна: Виховувати уміння працювати в групах та в колективі; підтримувати увагу та працелюбність учнів, розвивати в них вміння раціонально використовувати робочий час.

 

Тип уроку : урок вивчення нового матеріалу з елементами експериментальної, творчої роботи.

Обладнання: термос, ложка, стрижні (мідний і стальний), лампочка, паперова вертушка,

колба з водою, марганцевокислий калій, демонстраційна установка для випромінювання.

Хід уроку:

 

1. Актуалізація опорних знань.

 

Продовжуємо вивчати  «Теплові явища». Згадаємо опорні поняття у формі мозкового штурму.

1. Що ми називаємо тепловим рухом?

Тепловий рух – це хаотичний (безладний) рух атомів, молекул та інших мікрочастинок, з яких складається тіло, швидкість яких залежить від його температури.

2. Що ми називаємо внутрішньою енергією?

Внутрішня енергія тіла - це енергія руху і взаємодії частинок, з яких складається тіло.

Вона складається з кінетичної енергії хаотичного (теплового) руху молекул та

потенціальної енергії їх взаємодії.

3. Чи залежить внутрішня енергія тіла від температури? Як саме?

Чим більша температура, тим більша внутрішня енергія тіла.

4. Як можна змінити внутрішню енергію тіла?

Внутрішню енергію тіла можна змінити  двома способами: шляхом здійснення роботи і

шляхом теплопередачі.

5. Наведіть приклади зміни внутрішньої енергії в результаті виконання роботи?

Приклад 1 – напилком обпилюють деталь. Механічна робота сили тертя призводить до

зміни внутрішньої енергії деталі – деталь нагрівається. Внутрішня енергія деталі                      збільшується.

Приклад 2. Нагрівання шматка свинцю під час ударів по ньому молотком.

6. Що таке теплопередача?

Теплопередача - це процес зміни внутрішньої енергії тіла, при якому теплота передається від більш нагрітого тіла до менш нагрітого.

7. Що таке теплота?

Теплота - це частина внутрішньої енергії, переданої від одного тіла до іншого при

теплообміні.

8.Чому виконання роботи ми відносимо до макропроцесу, а теплопередачу — до   

               мікропроцесу?

Під час теплопередачі теж виконується робота, але здійснюють її не макроскопічні тіла, а  мікрочастинки, що безладно рухаються.

ІІ. Мотивація навчання, повідомлення теми і мети уроку.

 

Звернемось до епіграфа:

 

Як наша прожила б планета,

Як люди жили би на ній

Без теплоти, магніту, світла

І електричних променів?

Що було б? Прийшла б знову

Хаосу похмура пора.

Променям вітальне слово,

А Сонцю - гучне "ура"!

Цікаво

 

1. З якою метою створюють високі заводські труби?

2. Чому оболонку літака фарбують "сріблястою" фарбою?
3. У якому чайнику, білому чи чорному, вода охолоне швидше?
4. Як відбувається водяне опалення?

 

Дамо відповіді на ці питання  на нашому уроці.

 

Отже, тема сьогоднішнього  уроку "Види теплопередачі". Ми розглянемо види теплопередачі, їх приклади прояву в природі і використання в побуті, техніці.

 

Не забувайте, що ви можете доповнювати та обмінюватися ідеями під час уроку. Будьте активними та творчими!

 

Зазначимо важливі правила безпеки для виконання наших дослідів. Давайте їх пригадаємо:

 

1. Забороняється брати посудини з гарячою водою незахищеними руками.
2. Використовуйте лише цілі мензурки та пробірки, уникайте їх ударів.
3. Користуйтесь сухим спиртом, убезпечте його від потрапляння води.
4. При гасінні сухого спирту використовуйте спеціальний ковпачок.
5. Не нахиляйтеся над гарячою водою та іншими нагрітими предметами.
6. Після роботи завжди вимикайте джерело електроживлення.
7. Перевіряйте стан всіх кріплень у пристроях.

 

Тепер, давайте розпочнемо перший дослід. Мені допоможуть наші дослідники.

 

Дослід 1.Відкрийте термос, налийте гарячу воду в склянку та опустіть металеву ложку (кімнатної температури). Утримуйте її за вільний кінець. Під час цього досліду ми також виконаємо інший експеримент із мідним та сталевим стрижнями..

 

Дослід 2.  На стрижнях воском прикріплені кнопки. Запалюйте свічку і встановіть її у вільних кінців стрижнів

 

Діти, що ви спостерігаєте?

 

Дослідник 1: Кінець ложки нагрівається.

 

Молекули гарячої починають передавати частину своєї кінетичної енергії молекулам металу, і ті починають рухатися швидше. Кінетична енергія молекул води при цьому зменшується, а кінетична енергія частинок ложки збільшується. Разом з кінетичною енергією змінюється і внутрішня енергія. Так відбувається доти, доки температура води і температура ложки не зрівняються

 

II дослідник-  віск починає плавитись і кнопки починають падати. Спочатку падають ті, які розташовані ближче до полум'я свічки.

 

- А чому? Ми тут спостерігаємо передачу теплоти?

- Так. Від гарячої води до ложки і  від одного кінця стрижня до іншого.

 

Цей вид теплопередачі обумовлений тепловими рухами і зіткненнями частинок, з яких складаються речовини .  Швидкість коливального руху частинок металевого стрижня збільшується в тій частині, яка ближче до полум'я. Оскільки частинки взаємодіють одна  з одною, то збільшується  швидкість руху сусідніх частинок. Отже, збільшується і температура в цій частині стержня. Такий вид теплопередачі називається теплопровідністю .

Теплопровідність – вид теплопередачі, при якому енергія переноситься від більш нагрітих ділянок тіла до менш нагрітих в результаті теплового руху та взаємодії частинок.

 

Зверніть увагу, що при передачі тепла в даному випадку, перенесення речовини не відбувається.

Наш експеримент ще показав, що мідь краще проводить тепло, ніж сталь. Тобто різні речовини мають різну теплопровідність. Також метали краще проводить тепло, ніж скло, дерево, пластмаса. Тому, наприклад, ручки сковорідок виготовляють з дерева чи пластмаси, а сама вона металева.

Досліди показують, що метали переносять тепло краще, ніж рідини, а рідини краще, ніж гази. Найкращим теплоізолятором є вакуум.

Добре відомо, що низьку теплопровідність мають хутро, шерсть, пух, оскільки пори в цих матеріалах заповнені повітрям і мало проводять тепло. Тому їх використовують для пошиття зимового одягу.

 

Теплопровідність рідин і газів дуже мала, але в цих агрегатних станах речовини добре здійснюється інший вид теплопередачі.

Проведемо, діти, дослід з паперовою вертушкою.

 

III Дослідник  закріплює вертушку на вістрі дроту і розміщає над полум'ям свічки. Вертушка крутиться.

 

Отже, коли повітря, що стикається з полум'ям свічки, нагрівається та стає легше (менш щільне) в порівнянні з холодним оточуючим повітрям, сила Архімеда починає діяти, і прогріті потоки повітря піднімаються вгору. Такий вид передачі енергії називається конвекцією, а самі потоки - конвенційними.

 

Давайте розглянемо, як цей вид теплопередачі відбувається в рідинах. Проведемо наступний дослід.

 

IV Дослідник кидає декілька кристалів марганцевокислого калію на дно колби з водою яка нагрівається. Як ви поясните, що тут відбувається?

 

Марганцівка забарвлює струмені води у фіолетовий колір. Вода, нагріваючись від дна посудини, розширюється, густина її зменшується, і тому шар теплої води переміщається вгору. А холодна вода опускається вниз, де у свою чергу прогрівається. Це явище пояснюється законом Архімеда та явищем теплового розширення тіл. Як ви думаєте, діти цей вид теплопередачі може здійснюватися в твердих тілах?

Відповідь: Не може, бо у твердих тілах  речовина не може переміщатися, в них не можуть утворюватися потоки речовини, тому що частинки твердого тіла виконують тільки коливальні рухи.

 Отже, це конвенція – вид теплопередачі, при якому енергія переноситься самими струменями рідини або газу.  

 

Конвекція визначає такі природні явища, як вітер та теплі течії в океані. Використання конвекції широко розповсюджене в побуті, наприклад, для обігрівання приміщень та нагрівання рідини на плиті.

 

Давайте зараз, діти, згадаємо рядки із епіграфу до нашого уроку: "Променям вітальне слово, А Сонцю - гучне "ура"!

 

Вам відомо, що основним джерелом тепла на Землі є Сонце, яке обігріває землю, посилаючи на її поверхню велику кількість енергії. Як передається тепло від Сонця до Землі? Конвенцією, теплопровідністю або іншим новим способом?

 

Тепер давайте проведемо експеримент.

 

V Дослідник  використовує бляшану банку, розрізану навпіл. Одна половина з блискучою поверхнею, інша із закопченою (закоптили над полум'ям свічки). До зовнішніх сторін цих половинок прикріпили пластиліном сірника. Поміщаємо посередині лампу, можна будь-яке нагріте тіло.

 

Поки триває дослід, давайте обговоримо питання про передачу тепла від Сонця до Землі.

 

1. Коли ми хочемо уникнути надмірного нагрівання від Сонця, що ми робимо?

 

Правильно! Ми шукаємо укриття під деревом, закриваємося газетою тощо. Якщо тепло передавалось б теплопровідністю або конвекцією, то ці заходи були б неефективними, оскільки навколо нас виникла б область нагрітого повітря.

 

2. Ще один аргумент проти теплопровідності та конвенції - увесь простір за межами атмосфери має дуже розріджене середовище (вакуум). Для здійснення теплопровідності або конвенції потрібно наявне середовище, а вакуум не може це забезпечити. Таким чином, передача тепла від Сонця до Землі не можлива ні теплопровідністю, ні конвенцією.

 

Під час досліду з бляшанкою,  сірник із закопченої поверхні впав швидше. Це пояснюється тим, що темна поверхня краще поглинає та випромінює енергію, ніж світла. Таким чином, передача тепла відбувається через новий вид теплопередачі - випромінювання.

 

Важливо зауважити, що випромінювання відрізняється тим, що воно може відбуватися навіть в повному вакуумі. Тіла випромінюють енергію, і чим вища температура тіла, тим сильніше його теплове випромінювання. Також важливо зазначити, що тіла можуть не лише випромінювати, але й поглинати енергію.

 

Отже, теплопередача - це перенесення теплоти між тілами або всередині тіла, обумовлене різницею температур. Інтенсивність цього процесу залежить від властивостей речовини та різниці температур, підкоряється законам природи.

 

Дякуємо нашим дослідникам за виконання дослідів.

 

А зараз учні розкажуть нам про хороші і погані провідники тепла.

 

1 учень розповідає про хороші провідники тепла, такі як алюміній, чавун, сталь та інші та вказує на сферу їх  застосування ( радіатори опалювання, посуд для приготування їжі, кип'ятильники, паяльники та ін..)  Найбільшу теплопровідність мають срібло, мідь, золото, алюміній.

 

2 учень розповідає про речовини, які  віднесли до поганих провідників.

Це: шерсть, хутро пух, вата, кераміка, дерево, цеглина та ін.

Покрив пухнастих тварин , хутряний одяг мають малу теплопровідність, бо між їхніми волокнами багато повітря. Теплоізоляція будівель,   газопроводів та ін.\

 

Учениця нашого класу підготувала невелику доповідь про те, як використовуються знання з вивченої теми у будівельній справі.. Її доповідь висвітлює актуальні проблеми енергозбереження в Україні та світі, особливо з фокусом на ефективне використання теплової та електричної енергії.

 

 

Доповідь:

     У нашій державі гостро стоять проблеми економії та збереження теплової та електричної енергії, які пов’язані між собою. Завдяки електричній енергії ми отримуємо теплоту  для наших приміщень..

Відомо, що є так званий рух потоку теплової енергії (теплоти) крізь стіни з об’єму кімнати. Цей рух характеризується опором безперешкодного проходження теплового руху. Чим тепловий опір вікна чи стіни більший, тим краще вони утримують теплоту, перешкоджаючи їй нагріти зовнішнє повітря.

Спираючись на знання з фізики, вчені підвищили тепловий опір вікон нанесенням тонкого прозорого покриття на звернуту до кімнати поверхню скла. Ця плівка відбиває назад у вікно теплове випромінюння, повертаючи чималу кількість енергії

Подбали вчені і про стіни. Тепер стіни будинків із середини обробляються розчином, що не пропускає теплоту назовні. Перші зразки таких будинків уже побудовані у Києві й Харкові. Навіть без вмикання системи опалення в такому будинку за рахунок виділення теплоти людьми і електроприладами підтримується різниця температур близько 20 ºС між жилим приміщенням і довкілля. А це означає, що жителі таких будинків вмикають обігрівачі лише в особливо холодні дні і ночі. Ви можете зменшити втрати теплоти у своїй квартирі. Для цього треба за допомогою замазки усунути щілини між віконною рамою і стіною, щілини в підлозі. Клейкою стрічкою заклеїти щілини між склом і рамою. У кімнаті треба забезпечити доступ повітря до батарей опалення, а за ними поставити листи з фольги (метал чудово відбиває теплові промені), щоб не гріти зовнішню стіну замість кімнатного повітря.

 

ІV. Підсумок  уроку.

1. Бліц вправа «Моя компетентність»

Відповіді: а, в — неправильно; б, г — правильно.

а)  охолодження взимку будинку крізь стіни;

       в) нагрівання води на газовій плиті;

       г) нагрівання ложечки, зануреної в чай;

 д) нагрівання казана над вогнищем.

Відповіді: а — теплопровідність; б — випромінювання; в — теплопровідність і конвекція; г — теплопровідність; д — теплопровідність, конвекція, випромінювання.
 

2. вправа «Мікрофон»

На уроці ми вивчили...

Ці знання мені стануть у пригоді...

 

Отже, ми познайомилися з трьома видами теплопередачі, їх проявами в природі і застосуванням в побуті, техніці. Побачили міжпредметні зв'язки з географією, біологією, хімією, технологією.

Особливо слід зазначити ваші творчі роботи у вигляді експериментальних установок та успішну роботу в групах.

 

VI. Домашнє завдання:

Опрацювати параграфи 6-8;   підготувати повідомлення по актуальність питання енергозбереження та теплозбереження  в наших оселях.