مادة لديها أعلى موصلية حرارية في مادة صلبة. I. لحظة تنظيمية. ما هي الموصلية
1 المقدمة.
تم تصميم المشروع وفقًا لمعيار المتوسط تعليم عامفي الفيزياء. عند كتابة هذا المشروع ، تم النظر في دراسة الظواهر الحرارية وتطبيقها في الحياة اليومية والتكنولوجيا. بالإضافة إلى المواد النظرية ، يتم إيلاء الكثير من الاهتمام عمل بحثي- هذه تجارب تجيب على الأسئلة "كيف يمكن تغيير الطاقة الداخلية للجسم" ، "هل الموصلية الحرارية هي نفسها مواد مختلفة"،" لماذا ترتفع نفاثات الهواء الدافئ أو السائل إلى أعلى "،" لماذا ترتفع درجة حرارة الأجسام ذات السطح الداكن أكثر "؛ البحث عن المعلومات والصور الفوتوغرافية ومعالجتها.وقت العمل في المشروع: 1 - 1.5 شهر. أهداف المشروع: * التنفيذ العملي لمعرفة أطفال المدارس حول الظواهر الحرارية ؛ * تكوين المهارات للبحث المستقل ؛ * تنمية الاهتمامات المعرفية ؛ * تطوير التفكير المنطقي والتقني * تنمية القدرات لاكتساب مستقل للمعرفة الجديدة في الفيزياء وفقًا للاحتياجات والمصالح الحيوية ؛
إلى جانب مسألة عدد الأبعاد التي يبدو أن الفضاء الخارجي يمتلكها ، تطرح نظرية الأوتار أيضًا بعض المشكلات الأخرى التي يجب حلها قبل أن نعلن أنها النظرية الموحدة النهائية للفيزياء. ما زلنا لا نعرف ما إذا كانت جميع اللانهايات تدمر بعضها البعض ، وكيف يمكننا بالضبط ربط الموجات بسلسلة نوع خاصالجسيمات التي نلاحظها. ومع ذلك ، قد نجد إجابات لهذه الأسئلة خلال السنوات القليلة المقبلة ، وبحلول نهاية القرن نعرف ما إذا كانت نظرية الأوتار هي نظرية الفيزياء الموحدة التي طال انتظارها.
2. الجزء الرئيسي.
2.1. الجزء النظري
في الحياة ، نواجه ظواهر حرارية كل يوم. ومع ذلك ، لا نعتقد دائمًا أنه يمكن تفسير هذه الظواهر إذا كنت تعرف الفيزياء جيدًا. في دروس الفيزياء ، تعرفنا على طرق لتغيير الطاقة الداخلية: نقل الحرارة والقيام بعمل على الجسم أو الجسم نفسه. عندما يتلامس جسمان بدرجات حرارة مختلفة ، يتم نقل الطاقة من الجسم مع المزيد درجة حرارة عاليةلجسم ذي درجة حرارة منخفضة. ستستمر هذه العملية حتى تتساوى درجات حرارة الأجسام (يتم الوصول إلى التوازن الحراري). في هذه الحالة ، لا يتم عمل أي عمل ميكانيكي. تسمى عملية تغيير الطاقة الداخلية دون القيام بعمل على الجسم أو الجسم نفسه بنقل الحرارة أو نقل الحرارة. في نقل الحرارة ، يتم دائمًا نقل الطاقة من الجسم الأكثر سخونة إلى الجسم الأكثر برودة. لا تحدث العملية العكسية من تلقاء نفسها (من تلقاء نفسها) ، أي أن انتقال الحرارة لا رجوع فيه. يحدد انتقال الحرارة أو يصاحب العديد من العمليات في الطبيعة: تطور النجوم والكواكب ، عمليات الأرصاد الجوية على سطح الأرض ، إلخ. أنواع نقل الحرارة: التوصيل الحراري ، الحمل الحراري ، الإشعاع.
لكن هل يمكن أن تكون هناك نظرية موحدة كهذه؟ هناك ببساطة سلسلة لا نهائية من النظريات التي تصف الكون بشكل أكثر دقة ودقة. سوف يدافع البعض عن احتمال ثالث على أساس أنه إذا كان هناك نظام كامل من القوانين ، فإنه سيمنع الله من تغيير رأيه والتدخل في العالم. نوع من التناقض القديم: هل يمكن لله أن يجعل صخرة ثقيلة لدرجة أنه لا يستطيع رفعها؟ لكن فكرة أن الله يود أن يغير رأيه هي أحد الأمثلة على الخداع الذي أظهره القديس أغسطينوس عندما قدم الله على أنه موجود في الزمن: الوقت هو خاصية للكون الذي خلقه الله وحده.
توصيل حراريتسمى ظاهرة نقل الطاقة من أجزاء أكثر سخونة من الجسم إلى أقل حرارة نتيجة للحركة الحرارية وتفاعل الجسيمات التي يتكون منها الجسم.
تتمتع المعادن بأعلى موصلية حرارية - فهي تحتوي على مئات المرات أكثر من الماء. الاستثناءات هي الزئبق والرصاص ، ولكن حتى هنا الموصلية الحرارية أكبر بعشر مرات من الموصلية الحرارية للماء.
ربما كان يعرف ما قصده عندما قالها! مع قدوم ميكانيكا الكمبدأنا نفهم أن الأحداث لا يمكن التنبؤ بها بدقة مطلقة ، وهناك دائمًا درجة معينة من عدم اليقين. إذا كنت ترغب في ذلك ، يمكنك أن تنسب هذه الشخصية العشوائية إلى تدخل الله ، لكن هذا سيكون تدخلًا غريبًا للغاية: لا يوجد دليل على أنه متعمد. في الواقع ، إذا كان متعمدًا ، فلن يكون عرضيًا بحكم التعريف. لقد ألغينا اليوم عمليًا الاحتمال الثالث وحددنا هدف العلم: مهمتنا هي صياغة مجموعة من القوانين التي تسمح لنا بالتنبؤ بالأحداث حتى الحد الذي حدده مبدأ عدم اليقين.
عند إنزال إبرة معدنية في كوب به ماء ساخنسرعان ما أصبحت نهاية الحديث ساخنة أيضًا. وبالتالي ، يمكن نقل الطاقة الداخلية ، مثل أي نوع من الطاقة ، من جسم إلى آخر. يمكن أيضًا نقل الطاقة الداخلية من جزء من الجسم إلى جزء آخر. لذلك ، على سبيل المثال ، إذا تم تسخين أحد طرفي الظفر في اللهب ، فإن الطرف الآخر ، الموجود في اليد ، سوف يسخن تدريجياً ويحرق اليد.
في كثير من الحالات ، قمنا بزيادة حساسية قياساتنا أو عملنا ملاحظات جديدة فقط لاكتشاف ظواهر جديدة لا تتنبأ بها النظرية الحالية وأخذها في الاعتبار ، كان علينا تطوير نظرية أفضل.
قد نتوقع أن نجد عدة طبقات بنية جديدة أكثر جوهرية من الكواركات والإلكترونات ، والتي نعتبرها الآن جسيمات "أولية". لكن الجاذبية تسمح لك بوضع حد لهذه السلسلة من "الصناديق في الصناديق". إذا كان هناك جسيم من الطاقة أعلى مما يسمى لذلك ، فمن الممكن تمامًا أن يكون لعدد من النظريات المتزايدة الدقة حدًا معينًا مع اقترابنا من طاقات أعلى ، لذلك يجب أن تكون هناك نظرية معينة للكون. بالطبع ، طاقة بلانك بعيدة جدًا عن طاقة 100 أوم ، وهو الحد الأقصى الموجود حاليًا في المختبر.
2.2. الجزء العملي.
دعونا ندرس هذه الظاهرة بإجراء سلسلة من التجارب على المواد الصلبة والسوائل والغازات.
تجربة # 1
أخذ مختلف البنود: ملعقة من الألمنيوم ، وملعقة خشبية أخرى ، وملعقة بلاستيكية ثالثة ، وملعقة رابعة من الفولاذ المقاوم للصدأ ، وخامسة ملعقة فضية. قمنا بربط مشابك ورقية بكل ملعقة بقطرات من العسل. يضعون الملاعق في كوب من الماء الساخن بحيث تخرج منه المقابض ذات المشابك الورقية في اتجاهات مختلفة. ستسخن الملاعق ، ومع تسخينها يذوب العسل وتسقط مشابك الورق.
في المستقبل المنظور ، من غير المحتمل أن نصل إلى طاقة بلانك! ومع ذلك ، فإن أكثر المراحل الأولىالكون هو الساحة التي يجب أن تنشأ فيها مثل هذه الطاقات. في رأيي ، فإن استكشاف الكون المبكر ومتطلبات القوة الرياضية يوفر فرصة جيدة للوصول إلى نظرية موحدة كاملة بينما نحن على قيد الحياة ، إذا لم ننفجر من قبل.
ماذا يعني إذا وجدنا بالفعل النظرية النهائية للكون؟ ولكن إذا تم التحقق من صحة النظرية رياضيًا وتنتج دائمًا تنبؤات تتفق مع الملاحظات ، فيمكننا التأكد تقريبًا من صحتها. سيؤدي هذا إلى إنهاء فصل طويل ومجيد في تاريخ معركة الإنسان الفكرية لفهم الكون. لكنه سيؤدي أيضًا إلى ثورة في فهم الإنسان المعتاد للقوانين التي تحكم الكون. في زمن نيوتن المثقفيمكن أن يكون لديها فكرة عن كل المعارف البشرية ، على الأقل بشكل عام.
بالطبع ، يجب أن تكون الملاعق هي نفسها في الشكل والحجم. عندما يحدث التسخين بشكل أسرع ، فإن هذا المعدن يوصل الحرارة بشكل أفضل ، يكون أكثر توصيلًا للحرارة. من أجل هذه التجربة ، تناولت كوبًا من الماء المغلي وأربعة أنواع من الملاعق: الألومنيوم والفضة والبلاستيك وغير القابل للصدأ. أنزلتها واحدة تلو الأخرى في كوب وقمت بضبط الوقت: كم عدد الدقائق التي ستسخن فيها. هذا ما فعلته:
الخلاصة: الملاعق المصنوعة من الخشب والبلاستيك تستغرق وقتًا أطول في التسخين من الملاعق المصنوعة من المعدن ، مما يعني أن المعادن تتمتع بموصلية حرارية جيدة.
تجربة # 2
لنضع نهاية عصا خشبية في النار. سوف تشتعل. سيكون الطرف الآخر من العصا في الخارج باردًا. لذلك فإن الشجرة لديها الموصلية الحرارية السيئة.
نأتي بنهاية قضيب زجاجي رفيع إلى شعلة مصباح كحول. بعد فترة ، ستسخن ، بينما سيبقى الطرف الآخر باردًا. لذلك ، الزجاج أيضًا لديه توصيل حراري ضعيف.
إذا قمنا بتسخين نهاية قضيب معدني في اللهب ، فسرعان ما يصبح القضيب بأكمله ساخنًا جدًا. لم يعد بإمكاننا الاحتفاظ بها في أيدينا.
هذا يعني أن المعادن توصل الحرارة بشكل جيد ، أي أن لديها موصلية حرارية عالية. على shta-ti-ve go-ri-zon-tal-but المحصن ليون ستير زين. على القضيب ، من خلال مساحة فردية ، ver-ti-kal-but-fasten-le-na بمساعدة القرنفل المعدني الشمعي.
على حافة القضيب وضعوا شمعة تحته. نظرًا لأن حافة القضيب موجودة على gre-va-et-sya ، فحينئذٍ تكون في درجة من ركلة جزاء ولكن ستير-زينبرو-جي-فا-إي-سييا. عندما تصل الحرارة إلى المكان الذي يتم فيه تثبيت القرنفل بالقضيب ، يذوب ste-a-rin ويسقط القرنفل. نرى أنه في هذه التجربة لا توجد مادة pe-re-but-sa-material ، على التوالي ، ولكن ، لاحظ ، نعم ، هناك ، دافئة ، الماء.
تجربة # 3
المعادن المختلفة لها موصلية حرارية مختلفة. يوجد في غرفة الفيزياء جهاز يمكننا من خلاله التأكد من أن المعادن المختلفة لها موصلية حرارية مختلفة. ومع ذلك ، في المنزل ، تمكنا من التحقق من ذلك بمساعدة جهاز محلي الصنع.
أداة لعرض مختلف التوصيلات الحرارية للمواد الصلبة.
لقد صنعنا جهازًا لعرض الموصلية الحرارية المختلفة للمواد الصلبة. للقيام بذلك ، استخدمنا برطمانًا فارغًا من رقائق الألومنيوم ، وحلقتين من المطاط (محلي الصنع) ، وثلاث قطع من الأسلاك المصنوعة من الألومنيوم والنحاس والحديد ، والبلاط ، والماء الساخن ، و 3 تماثيل صغيرة لرجال صغار بأذرع مرفوعة ومقطعة من الورق.
ترتيب تصنيع الجهاز:
ثني السلك على شكل حرف "G" ؛
تقويهم من خارج العلبة بحلقات مطاطية ؛
شنق رجال الورق من الأجزاء الأفقية لقطاعات الأسلاك (باستخدام البارافين المنصهر أو البلاستيسين).
التحقق من تشغيل الجهاز. صب الماء الساخن في جرة (إذا لزم الأمر ، قم بتسخين جرة من الماء على موقد كهربائي) ولاحظ الرقم الذي سيسقط أولاً ، وثانيًا ، وثالثًا.
نتائج.التمثال تعلق على سلك نحاسوالثاني - على الألمنيوم ، والثالث - على الصلب.
استنتاج.المواد الصلبة المختلفة لها موصلية حرارية مختلفة.
تختلف الموصلية الحرارية للمواد المختلفة.
تجربة رقم 4
فكر الآن في الموصلية الحرارية للسوائل. خذ أنبوب اختبار بالماء وابدأ في تسخين الجزء العلوي منه. سيغلي الماء الموجود على السطح قريبًا ، وفي قاع الأنبوب خلال هذا الوقت سوف يسخن فقط. هذا يعني أن السوائل لها موصلية حرارية منخفضة.
تجربة رقم 5
ندرس التوصيل الحراري للغازات. نضع أنبوب اختبار جاف على الإصبع ونسخنه رأسًا على عقب في شعلة مصباح كحول. لن يشعر الإصبع بالدفء لفترة طويلة. هذا يرجع إلى حقيقة أن المسافة بين جزيئات الغاز أكبر من السوائل والمواد الصلبة. لذلك ، فإن الموصلية الحرارية للغازات أقل.
الصوف والشعر وريش الطيور والورق والثلج والأجسام المسامية الأخرى لديها توصيل حراري ضعيف.
هذا يرجع إلى حقيقة أن الهواء موجود بين ألياف هذه المواد. الهواء موصل ضعيف للحرارة.
لذلك يتم الحفاظ على العشب الأخضر تحت الثلج ، ويتم الحفاظ على المحاصيل الشتوية من التجمد.
تجربة رقم 6
نفش كرة صغيرة من الصوف القطني ولفها حول كرة مقياس الحرارة ، والآن أمسك الترمومتر لبعض الوقت على مسافة معينة من اللهب ولاحظ كيف ارتفعت درجة الحرارة. ثم يتم ضغط نفس كرة القطن ولفها بإحكام حول لمبة الترمومتر وإحضارها مرة أخرى إلى المصباح. في الحالة الثانية ، سيرتفع الزئبق بشكل أسرع. هذا يعني أن الصوف القطني المضغوط يوصل الحرارة بشكل أفضل!
الفراغ (الفراغ المحرر من الهواء) لديه أقل موصلية حرارية. يفسر ذلك حقيقة أن التوصيل الحراري هو نقل الطاقة من جزء من الجسم إلى جزء آخر ، والذي يحدث أثناء تفاعل الجزيئات أو الجسيمات الأخرى. في مكان لا توجد فيه جزيئات ، لا يمكن أن يحدث التوصيل الحراري.
3 - الخلاصة.
المواد المختلفة لها موصلية حرارية مختلفة.
لديهم موصلية حرارية عالية أجسام صلبة(المعادن) ، السوائل الأقل ، والغازات السيئة.
يمكننا استخدام الموصلية الحرارية للمواد المختلفة في الحياة اليومية والتكنولوجيا والطبيعة.
ظاهرة التوصيل الحراري متأصلة في جميع المواد ، بغض النظر عن حالة التجميع التي توجد فيها.
الآن ، وبدون صعوبة ، يمكنني الإجابة والشرح من وجهة نظر مادية للأسئلة:
1. لماذا تنفث الطيور ريشها في الطقس البارد؟
(يوجد هواء بين الريش ، والهواء موصل رديء للحرارة).
2. لماذا تحافظ الملابس الصوفية على البرودة أفضل من الملابس الاصطناعية؟
(يوجد هواء بين الشعر لا يوصل الحرارة بشكل جيد).
3. لماذا تنام القطط ملتفة على شكل كرة عندما يكون الجو باردًا في الشتاء؟ (عند تجعيدها على شكل كرة ، فإنها تقلل من مساحة السطح التي تنبعث منها الحرارة).
4. لماذا مقابض لحام الحديد والمكاوي والمقالي والأواني مصنوعة من الخشب أو البلاستيك؟ (الموصلية الحرارية للخشب والبلاستيك ضعيفة ، لذلك عندما نقوم بتسخين الأشياء المعدنية ، فإن الإمساك بمقبض خشبي أو بلاستيكي لن يحرق أيدينا).
5. لماذا يتم تغطية شجيرات النباتات والشجيرات المحبة للحرارة بنشارة الخشب لفصل الشتاء؟
(نشارة الخشب موصلة رديئة للحرارة ، لذلك يتم تغطية النباتات بنشارة الخشب حتى لا تتجمد).
6. أي الأحذية تحمي من الصقيع بشكل أفضل: ضيقة أم واسعة؟
(واسعة ، لأن الهواء لا ينقل الحرارة بشكل جيد ، فهي طبقة أخرى في الحذاء تحتفظ بالحرارة).
4. قائمة الأدب المستخدم.
الإصدارات المطبوعة:
1.A.V. Peryshkin Physics Grade 8 -M: Bustard، 2012
2- محادثات إم آي بلودوف في الفيزياء الجزء الأول - م: التنوير 1984.
موارد الإنترنت:
1. http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm
2. http://ru.wikipedia.org/wiki/٪D0٪A2٪D0٪B5٪D0٪BF٪D0٪BB٪D0٪BE٪D0٪BF٪D1٪80٪D0٪BE٪D0٪B2 ٪ D0٪ BE٪ D0٪ B4٪ D0٪ BD٪ D0٪ BE٪ D1٪ 81٪ D1٪ 82٪ D1٪ 8C