Une substance a la conductivité thermique la plus élevée dans un solide. I. Moment organisationnel. Qu'est-ce que la conductivité

1. Introduction.

Le projet est conçu conformément à la norme de moyenne enseignement général en physique. Lors de la rédaction de ce projet, l'étude des phénomènes thermiques, leur application dans la vie quotidienne et la technologie ont été envisagées. En plus du matériel théorique, une grande attention est accordée à travail de recherche- ce sont des expériences qui répondent aux questions "De quelle manière l'énergie interne du corps peut-elle être modifiée", "La conductivité thermique est-elle la même diverses substances», « Pourquoi les jets d'air chaud ou de liquide montent-ils vers le haut », « Pourquoi les corps à surface sombre se réchauffent-ils davantage » ; recherche et traitement d'informations, photographies.Temps de travail sur le projet: 1 - 1,5 mois.Objectifs du projet: * mise en œuvre pratique des connaissances des écoliers sur les phénomènes thermiques; * formation de compétences pour la recherche indépendante; * développement d'intérêts cognitifs; * développement de pensée logique et technique * développement de capacités pour l'acquisition indépendante de nouvelles connaissances en physique conformément aux besoins et intérêts vitaux;

Outre la question du nombre de dimensions que semble avoir l'espace extra-atmosphérique, la théorie des cordes pose également d'autres problèmes qui doivent être résolus avant de pouvoir la déclarer comme la théorie unifiée ultime de la physique. Nous ne savons toujours pas si tous les infinis se détruisent, et comment exactement nous pouvons connecter des ondes à une chaîne avec type particulier particules que nous observons. Cependant, nous pourrions trouver des réponses à ces questions dans les prochaines années, et d'ici la fin du siècle, nous saurons si la théorie des cordes est la théorie unifiée tant attendue de la physique.

2. La partie principale.

2.1. Partie théorique

Dans la vie, nous rencontrons tous les jours des phénomènes thermiques. Cependant, nous ne pensons pas toujours que ces phénomènes peuvent être expliqués si vous connaissez bien la physique. Dans les cours de physique, nous nous sommes familiarisés avec les moyens de modifier l'énergie interne : transfert de chaleur et travail sur le corps ou sur le corps lui-même. Lorsque deux corps avec des températures différentes entrent en contact, l'énergie est transférée d'un corps avec plus haute températureà un corps avec une température plus basse. Ce processus se poursuivra jusqu'à ce que les températures des corps soient égales (l'équilibre thermique est atteint). Dans ce cas, aucun travail mécanique n'est effectué. Le processus de modification de l'énergie interne sans effectuer de travail sur le corps ou sur le corps lui-même est appelé transfert de chaleur ou transfert de chaleur. Dans le transfert de chaleur, l'énergie est toujours transférée d'un corps plus chaud à un corps plus froid. Le processus inverse ne se produit jamais spontanément (par lui-même), c'est-à-dire que le transfert de chaleur est irréversible. Le transfert de chaleur détermine ou accompagne de nombreux processus dans la nature : évolution des étoiles et des planètes, processus météorologiques à la surface de la Terre, etc. Types de transfert de chaleur : conductivité thermique, convection, rayonnement.

Mais peut-il y avoir une telle théorie unifiée? Il existe simplement une série infinie de théories qui décrivent plus précisément et plus précisément l'univers. Certains plaideront pour une troisième possibilité, au motif que s'il y avait un système complet de lois, cela empêcherait Dieu de changer d'avis et d'intervenir dans le monde. Un peu comme un vieux paradoxe : Dieu peut-il rendre un rocher si lourd qu'il ne peut pas le soulever ? Mais l'idée que Dieu voudrait changer d'avis est un exemple de la tromperie dont saint Augustin a fait preuve lorsqu'il a présenté Dieu comme existant dans le temps : le temps est une propriété de l'univers créé uniquement par Dieu.

conductivité thermique appelé le phénomène de transfert d'énergie des parties les plus chauffées du corps vers les moins chauffées en raison du mouvement thermique et de l'interaction des particules qui composent le corps.

Les métaux ont la conductivité thermique la plus élevée - ils en ont des centaines de fois plus que l'eau. Les exceptions sont le mercure et le plomb, mais même ici la conductivité thermique est dix fois supérieure à celle de l'eau.

Il savait probablement ce qu'il voulait dire quand il l'a dit ! Avec l'avènement de mécanique quantique nous avons commencé à comprendre que les événements ne peuvent pas être prédits avec une précision absolue et qu'il existe toujours un certain degré d'incertitude. Si vous voulez, vous pouvez attribuer ce caractère aléatoire à l'intervention de Dieu, mais ce serait une intervention très étrange : il n'y a aucune preuve que ce soit intentionnel. En effet, si elle était intentionnelle, par définition elle ne serait pas accidentelle. Aujourd'hui, nous avons pratiquement aboli la troisième possibilité et défini le but de la science : notre tâche est de formuler un ensemble de lois qui nous permettent de prédire les événements uniquement jusqu'à la limite fixée par le principe d'incertitude.

Lors de l'abaissement d'une aiguille en métal dans un verre d'eau chaude, très vite l'extrémité de l'aiguille est également devenue chaude. Par conséquent, l'énergie interne, comme tout type d'énergie, peut être transférée d'un corps à un autre. L'énergie interne peut également être transférée d'une partie du corps à une autre. Ainsi, par exemple, si une extrémité d'un ongle est chauffée dans une flamme, son autre extrémité, qui est dans la main, chauffera progressivement et brûlera la main.

Dans de nombreux cas, nous avons augmenté la sensibilité de nos mesures ou fait de nouvelles observations uniquement pour découvrir de nouveaux phénomènes qui ne sont pas prédits par la théorie existante et les prendre en compte, nous avons dû développer une meilleure théorie.

On pourrait s'attendre à trouver plusieurs nouvelles couches de structure plus fondamentales que les quarks et les électrons, que nous considérons maintenant comme des particules « élémentaires ». Mais la gravité vous permet de définir une limite à cette série de "boîtes dans des boîtes". S'il y a une particule d'énergie au-dessus de la soi-disant Par conséquent, il est tout à fait possible qu'un certain nombre de théories de plus en plus précises aient une certaine limite à mesure que nous approchons des énergies plus élevées, il doit donc y avoir une certaine théorie de l'univers. Bien entendu, l'énergie de Planck est très éloignée de l'énergie de 100 ohms, qui est le maximum que nous ayons actuellement en laboratoire.

2.2. Partie pratique.

Étudions ce phénomène en faisant une série d'expériences avec des solides, des liquides et des gaz.

Expérience #1

A pris Divers articles: une cuillère en aluminium, une autre cuillère en bois, une troisième cuillère en plastique, une quatrième cuillère en acier inoxydable et une cinquième cuillère en argent. Nous avons attaché des trombones à chaque cuillère avec des gouttes de miel. Ils ont mis des cuillères dans un verre d'eau chaude de sorte que les poignées avec des trombones en sortent dans des directions différentes. Les cuillères vont chauffer et, à mesure qu'elles chauffent, le miel va fondre et les trombones vont tomber.

Dans un avenir prévisible, il est peu probable que nous atteignions l'énergie de Planck ! Cependant, le plus étapes préliminaires L'univers est l'arène où de telles énergies doivent surgir. À mon avis, l'exploration de l'univers primitif et l'exigence de force mathématique offrent de bonnes chances d'arriver à une théorie unifiée complète de notre vivant, si nous n'avons pas explosé auparavant.

Qu'est-ce que cela signifie si nous avons réellement trouvé la théorie ultime de l'univers ? Mais si une théorie est mathématiquement validée et produit toujours des prédictions qui concordent avec les observations, nous pouvons presque être sûrs qu'elle est vraie. Cela mettrait fin à un long et glorieux chapitre de l'histoire de la bataille intellectuelle de l'homme pour comprendre l'univers. Mais cela conduira également à une révolution dans la compréhension habituelle de l'homme des lois qui régissent l'univers. Au temps de Newton personne instruite pourrait avoir une idée de toutes les connaissances humaines, au moins en termes généraux.

Bien sûr, les cuillères doivent avoir la même forme et la même taille. Là où le chauffage se produit plus rapidement, ce métal conduit mieux la chaleur, est plus conducteur thermiquement. Pour cette expérience, j'ai pris un verre d'eau bouillante et quatre types de cuillères : en aluminium, en argent, en plastique et en inox. Je les ai descendus un par un dans un verre et j'ai chronométré le temps : en combien de minutes ça chaufferait. Voici ce que j'ai :

Conclusion : les cuillères en bois et en plastique mettent plus de temps à chauffer que les cuillères en métal, ce qui signifie que les métaux ont une bonne conductivité thermique.

Expérience #2

Apportons le bout d'un bâton de bois dans le feu. Il va s'enflammer. L'autre extrémité du bâton, qui est à l'extérieur, sera froide. L'arbre a donc mauvaise conductivité thermique.

On amène le bout d'une fine tige de verre à la flamme d'une lampe à alcool. Au bout d'un moment, il chauffera, tandis que l'autre extrémité restera froide. Par conséquent, le verre a également une mauvaise conductivité thermique.

Si nous chauffons l'extrémité d'une tige de métal dans une flamme, alors très bientôt toute la tige deviendra très chaude. Nous ne pouvons plus le tenir entre nos mains.

Cela signifie que les métaux conduisent bien la chaleur, c'est-à-dire qu'ils ont une conductivité thermique élevée. Sur le shta-ti-ve go-ri-zon-tal-mais fortifié-lyon ster-zhen. Sur la tige, à travers l'espace un contre un, ver-ti-kal-mais fixez-le-na à l'aide d'œillets en métal ciré.

Au bord de la tige, ils ont mis une bougie en dessous. Puisque le bord de la tige est sur le gre-va-et-sya, puis dans un degré-stylo-mais le ster-zhen pro-gre-va-et-sya. Lorsque la chaleur atteint l'endroit où les œillets avec la tige sont attachés, la stéarine fond et l'œillet tombe. On voit que dans cette expérience il n'y a pas de substance pe-re-mais-sa, donc-respectivement-mais, ob-observe-oui-il-y-a-chaud-bas-eau.

Expérience #3

Différents métaux ont une conductivité thermique différente. Dans la salle de physique, il y a un appareil avec lequel nous pouvons nous assurer que différents métaux ont une conductivité thermique différente. Cependant, à la maison, nous avons pu le vérifier à l'aide d'un appareil fait maison.

Un instrument pour afficher les différentes conductivités thermiques des solides.

Nous avons réalisé un dispositif permettant d'afficher différentes conductivités thermiques de solides. Pour ce faire, nous avons utilisé un pot en aluminium vide, deux anneaux en caoutchouc (faits maison), trois morceaux de fil en aluminium, cuivre et fer, une tuile, de l'eau chaude, 3 figurines de petits bonhommes aux bras levés, découpées dans du papier .

L'ordre de fabrication de l'appareil:

    plier le fil sous la forme de la lettre "G";

    renforcez-les de l'extérieur de la boîte avec des anneaux en caoutchouc;

    accrochez les hommes en papier aux parties horizontales des segments de fil (en utilisant de la paraffine fondue ou de la pâte à modeler).

Vérification du fonctionnement de l'appareil. Verser dans un bocal eau chaude(si nécessaire, faites chauffer un pot d'eau sur une cuisinière électrique) et observez quel chiffre tombera en premier, deuxième, troisième.

Résultats. La figurine attachée au fil de cuivre, le second - sur l'aluminium, le troisième - sur l'acier.

Conclusion. Différents solides ont une conductivité thermique différente.

La conductivité thermique de différentes substances est différente.

Expérience n°4

Considérons maintenant la conductivité thermique des liquides. Prenez un tube à essai avec de l'eau et commencez à chauffer sa partie supérieure. L'eau à la surface va bientôt bouillir et au fond du tube pendant ce temps, elle ne fera que chauffer. Cela signifie que les liquides ont une faible conductivité thermique.

Expérience n°5

Nous étudions la conductivité thermique des gaz. Nous mettons un tube à essai sec sur le doigt et le chauffons à l'envers dans la flamme d'une lampe à alcool. Le doigt ne sera pas chaud pendant longtemps. Cela est dû au fait que la distance entre les molécules de gaz est encore plus grande que celle des liquides et des solides. Par conséquent, la conductivité thermique des gaz est encore moindre.

La laine, les cheveux, les plumes d'oiseaux, le papier, la neige et d'autres corps poreux ont une mauvaise conductivité thermique.

Cela est dû au fait que de l'air est contenu entre les fibres de ces substances. L'air est un mauvais conducteur de chaleur.

Ainsi, l'herbe verte est préservée sous la neige, les cultures d'hiver sont préservées du gel.

Expérience n°6

Il a gonflé une petite boule de coton et l'a enroulée autour de la boule du thermomètre.Maintenant, il a tenu le thermomètre pendant un certain temps à une certaine distance de la flamme et a remarqué comment la température augmentait. Ensuite, la même boule de coton a serré et enroulé étroitement autour de l'ampoule du thermomètre et l'a de nouveau amenée à la lampe. Dans le second cas, le mercure montera beaucoup plus vite. Cela signifie que le coton compressé conduit beaucoup mieux la chaleur !

Le vide (espace libéré de l'air) a la conductivité thermique la plus faible. Cela s'explique par le fait que la conductivité thermique est le transfert d'énergie d'une partie du corps à une autre, qui se produit lors de l'interaction de molécules ou d'autres particules. Dans un espace où il n'y a pas de particules, la conduction thermique ne peut pas avoir lieu.

3. Conclusion.

Différentes substances ont une conductivité thermique différente.

Ils ont une conductivité thermique élevée corps solides(métaux), moins - liquides et mauvais - gaz.

Nous pouvons utiliser la conductivité thermique de diverses substances dans la vie quotidienne, la technologie et la nature.

Le phénomène de conductivité thermique est inhérent à toutes les substances, quel que soit l'état d'agrégation dans lequel elles se trouvent.

Maintenant, sans difficulté, je peux répondre et expliquer d'un point de vue physique aux questions :

1. Pourquoi les oiseaux gonflent-ils leurs plumes par temps froid ?

(Il y a de l'air entre les plumes et l'air est un mauvais conducteur de chaleur.)

2. Pourquoi les vêtements en laine gardent-ils mieux le froid que les synthétiques ?

(Il y a de l'air entre les poils, qui ne conduit pas bien la chaleur).

3. Pourquoi les chats dorment-ils recroquevillés quand il fait froid en hiver ? (Enroulés en boule, ils réduisent la surface qui dégage de la chaleur).

4. Pourquoi les poignées des fers à souder, des fers à repasser, des poêles, des casseroles sont-elles en bois ou en plastique ? (Le bois et le plastique ont une mauvaise conductivité thermique, donc lorsque nous chauffons des objets métalliques, tenir une poignée en bois ou en plastique ne nous brûlera pas les mains).

5. Pourquoi les buissons de plantes thermophiles et les buissons sont-ils recouverts de sciure de bois pour l'hiver?

(La sciure de bois est un mauvais conducteur de chaleur. Par conséquent, les plantes sont recouvertes de sciure de bois afin qu'elles ne gèlent pas).

6. Quelles bottes protègent le mieux du gel : serrées ou spacieuses ?

(Spacieux, puisque l'air conduit mal la chaleur, c'est une autre couche dans la botte qui retient la chaleur).

4. Liste de la littérature utilisée.

Éditions imprimées :

1.A.V. Peryshkin Physics Grade 8 -M: Outarde, 2012

2.M.I.Bludov Conversations on physics part 1 -M: Enlightenment 1984.

Ressources internet :

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