Vielai ir visaugstākā siltumvadītspēja cietā vielā. I. Organizatoriskais moments. Kas ir vadītspēja
1. Ievads.
Projekts izstrādāts atbilstoši medija standartam vispārējā izglītība fizikā. Rakstot šo projektu, tika apsvērta siltuma parādību izpēte, to pielietošana sadzīvē un tehnoloģijās. Papildus teorētiskajam materiālam liela uzmanība tiek pievērsta pētnieciskais darbs- tie ir eksperimenti, kas atbild uz jautājumiem "Kādos veidos var mainīt ķermeņa iekšējo enerģiju", "Vai siltumvadītspēja ir vienāda dažādas vielas”, “Kāpēc siltā gaisa vai šķidruma strūklas ceļas uz augšu”, “Kāpēc ķermeņi ar tumšu virsmu uzsilst vairāk”; informācijas, fotogrāfiju meklēšana un apstrāde Darba laiks projektā: 1 - 1,5 mēneši Projekta mērķi: * skolēnu zināšanu par siltuma parādībām praktiska īstenošana * patstāvīgu pētījumu prasmju veidošana * izziņas interešu attīstība * loģiskā un tehniskā domāšana * spēju attīstīšana patstāvīgai jaunu zināšanu apguvei fizikā atbilstoši dzīvībai svarīgām vajadzībām un interesēm;
Papildus jautājumam par kosmosa dimensiju skaitu, stīgu teorija rada arī dažas citas problēmas, kas jāatrisina, pirms mēs to varam pasludināt par galīgo vienoto fizikas teoriju. Mēs joprojām nezinām, vai visas bezgalības iznīcina viena otru un kā tieši mēs varam savienot viļņus ar virkni ar īpašs veids daļiņas, kuras mēs novērojam. Tomēr mēs varam atrast atbildes uz šiem jautājumiem tuvāko gadu laikā, un līdz gadsimta beigām mēs zinām, vai stīgu teorija ir ilgi gaidītā vienotā fizikas teorija.
2. Galvenā daļa.
2.1. Teorētiskā daļa
Dzīvē mēs katru dienu sastopamies ar termiskām parādībām. Taču mēs ne vienmēr domājam, ka šīs parādības var izskaidrot, ja labi pārzini fiziku. Fizikas stundās iepazināmies ar veidiem, kā mainīt iekšējo enerģiju: siltuma pārnesi un darbu veikšanu pie ķermeņa vai paša ķermeņa. Kad saskaras divi ķermeņi ar atšķirīgu temperatūru, enerģija tiek pārnesta no ķermeņa ar vairāk paaugstināta temperatūraķermenim ar zemāku temperatūru. Šis process turpināsies, līdz ķermeņu temperatūra ir vienāda (sasniegts termiskais līdzsvars). Šajā gadījumā mehāniskais darbs netiek veikts. Iekšējās enerģijas maiņas procesu, neveicot darbu pie ķermeņa vai paša ķermeņa, sauc par siltuma pārnesi vai siltuma pārnesi. Siltuma pārnesē enerģija vienmēr tiek pārnesta no karstāka ķermeņa uz vēsāku. Reversais process nekad nenotiek spontāni (pats no sevis), t.i., siltuma pārnese ir neatgriezeniska. Siltuma pārnese nosaka vai pavada daudzus procesus dabā: zvaigžņu un planētu evolūciju, meteoroloģiskos procesus uz Zemes virsmas uc Siltuma pārneses veidi: siltumvadītspēja, konvekcija, starojums.
Bet vai var būt tāda vienota teorija? Vienkārši ir nebeidzama virkne teoriju, kas precīzāk un precīzāk apraksta Visumu. Daži lūgs trešo iespēju, pamatojoties uz to, ka, ja pastāvētu pilnīga likumu sistēma, tas neļautu Dievam mainīt savas domas un iejaukties pasaulē. Tāds kā vecs paradokss: vai Dievs var padarīt akmeni tik smagu, ka viņš nevar to pacelt? Taču doma, ka Dievs vēlētos mainīt savas domas, ir viens no piemēriem blēdībai, ko svētais Augustīns rādīja, parādot Dievu kā laikā pastāvošu: laiks ir visuma īpašums, ko radījis tikai Dievs.
siltumvadītspēja sauc par enerģijas pārnešanu no vairāk apsildāmām ķermeņa daļām uz mazāk uzkarsētām termiskās kustības un ķermeni veidojošo daļiņu mijiedarbības rezultātā.
Metāliem ir visaugstākā siltumvadītspēja - tiem ir simtiem reižu vairāk nekā ūdenī. Izņēmums ir dzīvsudrabs un svins, taču arī šeit siltumvadītspēja ir desmit reizes lielāka nekā ūdens.
Viņš droši vien zināja, ko ar to domāja, to sakot! Ar adventi kvantu mehānika mēs sākām saprast, ka notikumus nevar paredzēt ar absolūtu precizitāti, un vienmēr pastāv zināma nenoteiktības pakāpe. Ja vēlaties, šo nejaušo raksturu varat attiecināt uz Dieva iejaukšanos, taču tā būtu ļoti dīvaina iejaukšanās: nekas neliecina, ka tā būtu tīša. Patiešām, ja tas būtu apzināti, pēc definīcijas tas nebūtu nejaušs. Šodien esam praktiski atcēluši trešo iespēju un definējuši zinātnes mērķi: mūsu uzdevums ir formulēt likumu kopumu, kas ļauj paredzēt notikumus tikai līdz nenoteiktības principa noteiktajai robežai.
Nolaižot metāla adatu glāzē ar karsts ūdensļoti drīz arī spieķa gals kļuva karsts. Līdz ar to iekšējā enerģija, tāpat kā jebkura veida enerģija, var tikt pārnesta no viena ķermeņa uz otru. Arī iekšējo enerģiju var pārnest no vienas ķermeņa daļas uz citu. Tā, piemēram, ja viens naga gals tiek uzkarsēts liesmā, tad tā otrs gals, kas atrodas rokā, pamazām uzkarsīs un sadedzina roku.
Daudzos gadījumos mēs palielinājām savu mērījumu jutīgumu vai veicām jaunus novērojumus, lai atklātu jaunas parādības, kuras esošā teorija neparedz un ņemtu vērā, mums bija jāizstrādā labāka teorija.
Mēs varētu sagaidīt, ka atradīsim vairākus jaunus struktūras slāņus, kas ir fundamentālāki nekā kvarki un elektroni, kurus mēs tagad uzskatām par "elementārdaļiņām". Bet gravitācija ļauj noteikt robežu šai "kastes kastēs" sērijai. Ja ir enerģijas daļiņa virs tā sauktā Tāpēc ir pilnīgi iespējams, ka vairākām arvien precīzākām teorijām ir noteikta robeža, tuvojoties augstākām enerģijām, tāpēc ir jābūt noteiktai Visuma teorijai. Protams, Planka enerģija ir ļoti tālu no 100 omu enerģijas, kas ir maksimums, ko mēs šobrīd atrodam laboratorijā.
2.2. Praktiskā daļa.
Izpētīsim šo fenomenu, veicot virkni eksperimentu ar cietām vielām, šķidrumiem un gāzēm.
Pieredze #1
Ir paņemts dažādi priekšmeti: viena alumīnija karote, otra koka karote, trešā plastmasas karote, ceturtā nerūsējošā tērauda karote un piektā sudraba karote. Katrai karotei piestiprinājām saspraudes ar medus pilieniem. Karotes liek glāzē karsta ūdens, lai no tās dažādos virzienos izlīstu rokturi ar saspraudes. Karotes uzkarsīs, un, uzkarstot, medus izkusīs un saspraudes nobirs.
Pārskatāmā nākotnē mēs diez vai sasniegsim Planka enerģiju! Tomēr visvairāk agrīnās stadijas Visums ir arēna, kurā šādām enerģijām jārodas. Manuprāt, agrīnā Visuma izpēte un matemātiskā spēka prasība piedāvā labas izredzes nonākt pie pilnīgas vienotas teorijas, kamēr mēs esam dzīvi, ja mēs iepriekš neesam uzsprāguši.
Ko tas nozīmē, ja mēs patiešām atradām galīgo Visuma teoriju? Bet, ja teorija ir matemātiski apstiprināta un vienmēr rada prognozes, kas sakrīt ar novērojumiem, mēs varam gandrīz būt pārliecināti, ka tā ir patiesa. Tas pieliktu punktu garai un krāšņai nodaļai cilvēka intelektuālās cīņas vēsturē, lai izprastu Visumu. Bet tas arī novedīs pie revolūcijas cilvēka ierastajā izpratnē par likumiem, kas valda Visumā. Ņūtona laikā izglītots cilvēks varētu būt priekšstats par visām cilvēku zināšanām, vismaz vispārīgi.
Protams, karotēm jābūt vienādas formas un izmēra. Tur, kur karsēšana notiek ātrāk, metāls labāk vada siltumu, ir vairāk siltumvadītspējīgs. Šim eksperimentam es paņēmu glāzi verdoša ūdens un četru veidu karotes: alumīnija, sudraba, plastmasas un nerūsējošā tērauda. Es tos pa vienam nolaidu glāzē un iestatīju laiku: pēc cik minūtēm tas uzkarsīs. Tā es izdarīju:
Secinājums: koka un plastmasas karotēm uzsilst ilgāks laiks nekā metāla karotēm, kas nozīmē, ka metāliem ir laba siltumvadītspēja.
Pieredze #2
Ienesīsim ugunī koka nūjas galu. Tas aizdegsies. Otrs nūjas gals, kas atrodas ārā, būs auksts. Tātad kokam ir slikta siltumvadītspēja.
Plāna stikla stieņa galu pievedam pie spirta lampas liesmas. Pēc kāda laika tas uzkarsīs, bet otrs gals paliks auksts. Tāpēc stiklam ir arī slikta siltumvadītspēja.
Ja mēs karsējam metāla stieņa galu liesmā, tad ļoti drīz viss stienis kļūs ļoti karsts. Mēs vairs nevaram to turēt savās rokās.
Tas nozīmē, ka metāli labi vada siltumu, tas ir, tiem ir augsta siltumvadītspēja. Uz shta-ti-ve go-ri-zon-tal-bet fortified-lyon ster-zhen. Uz stieņa, cauri viens pret vienu atstarpi, ver-ti-kal-bet nostiprina-le-na ar vaska metāla neļķu palīdzību.
Līdz stieņa malai zem tā ielika sveci. Tā kā stieņa mala atrodas uz gre-va-et-sya, tad grādu pildspalvā-bet ster-zhen pro-gre-va-et-sya. Kad karstums sasniedz vietu, kur ir nostiprinātas neļķes ar stieni, ste-a-rin kūst, un neļķe nokrīt. Mēs redzam, ka šajā eksperimentā nav pe-re-bet-sa-substance, tā-attiecīgi-bet, novērojiet-jā-ir-silts-lo-ūdens-.
Pieredze #3
Dažādiem metāliem ir atšķirīga siltumvadītspēja. Fizikas kabinetā ir iekārta, ar kuru varam pārliecināties, ka dažādiem metāliem ir atšķirīga siltumvadītspēja. Taču mājās par to varējām pārliecināties ar paštaisītas ierīces palīdzību.
Instruments dažādu cieto vielu siltumvadītspējas attēlošanai.
Mēs esam izveidojuši ierīci dažādu cieto vielu siltumvadītspējas attēlošanai. Lai to izdarītu, mēs izmantojām tukšu alumīnija folijas burku, divus gumijas gredzenus (pašdarināts), trīs stieples gabalus no alumīnija, vara un dzelzs, flīzi, karstu ūdeni, 3 figūriņas ar cilvēkiem ar paceltām rokām, izgrieztas no papīra. .
Ierīces izgatavošanas secība:
salieciet vadu burta "G" formā;
nostipriniet tos no kārbas ārpuses ar gumijas gredzeniem;
pakariniet papīra vīriešus no stiepļu segmentu horizontālajām daļām (izmantojot izkausētu parafīnu vai plastilīnu).
Ierīces darbības pārbaude. Ielejiet burkā karstu ūdeni (ja nepieciešams, uz elektriskās plīts uzsildiet ūdens burku) un novērojiet, kura figūra kritīs pirmā, otrā, trešā.
Rezultāti. Figūriņa, kas piestiprināta pie vara stieple, otrais - uz alumīnija, trešais - uz tērauda.
Secinājums. Dažādām cietām vielām ir atšķirīga siltumvadītspēja.
Dažādu vielu siltumvadītspēja ir atšķirīga.
Pieredze Nr.4
Tagad apsveriet šķidrumu siltumvadītspēju. Paņemiet mēģeni ar ūdeni un sāciet sildīt tās augšējo daļu. Ūdens virspusē drīz uzvārīsies, un caurules apakšā šajā laikā tas tikai uzkarsīs. Tas nozīmē, ka šķidrumiem ir zema siltumvadītspēja.
Pieredze Nr.5
Mēs pētām gāzu siltumvadītspēju. Uzliekam uz pirksta sausu mēģeni un karsējam otrādi spirta lampas liesmā. Pirksts ilgu laiku nejutīs siltumu. Tas ir saistīts ar faktu, ka attālums starp gāzes molekulām ir pat lielāks nekā šķidrumiem un cietām vielām. Tāpēc gāzu siltumvadītspēja ir vēl mazāka.
Vilnai, matiem, putnu spalvām, papīram, sniegam un citiem porainiem ķermeņiem ir slikta siltumvadītspēja.
Tas ir saistīts ar faktu, ka starp šo vielu šķiedrām atrodas gaiss. Gaiss ir slikts siltuma vadītājs.
Tātad zem sniega tiek saglabāta zaļā zāle, ziemāju labība tiek pasargāta no sasalšanas.
Pieredze Nr.6
Viņš uzpūta nelielu vates bumbiņu un aptīja to ap termometra bumbiņu.Tagad viņš kādu laiku turēja termometru noteiktā attālumā no liesmas un pamanīja, kā temperatūra paaugstinās. Tad tā pati vates bumbiņa saspieda un cieši aptīja termometra spuldzi un atkal atnesa to pie lampas. Otrajā gadījumā dzīvsudrabs celsies daudz ātrāk. Tas nozīmē, ka saspiestā vate daudz labāk vada siltumu!
Vakuumam (telpai, kas atbrīvota no gaisa) ir viszemākā siltumvadītspēja. Tas izskaidrojams ar to, ka siltumvadītspēja ir enerģijas pārnešana no vienas ķermeņa daļas uz otru, kas notiek molekulu vai citu daļiņu mijiedarbības laikā. Telpā, kurā nav daļiņu, siltuma vadīšana nevar notikt.
3. Secinājums.
Dažādām vielām ir atšķirīga siltumvadītspēja.
Viņiem ir augsta siltuma vadītspēja cietie ķermeņi(metāli), mazāk - šķidrumi un slikti - gāzes.
Mēs varam izmantot dažādu vielu siltumvadītspēju ikdienā, tehnoloģijā un dabā.
Siltumvadītspējas parādība ir raksturīga visām vielām neatkarīgi no to agregācijas stāvokļa.
Tagad bez grūtībām varu atbildēt un izskaidrot no fiziskā viedokļa uz jautājumiem:
1. Kāpēc putni aukstā laikā pūka spalvas?
(Starp spalvām ir gaiss, un gaiss slikti vada siltumu.)
2. Kāpēc vilnas drēbes labāk uztur aukstumu nekā sintētiskās?
(Starp matiņiem ir gaiss, kas slikti vada siltumu).
3. Kāpēc kaķi guļ saritinājušies kamolā, ja ziemā ir auksts laiks? (Saritināti bumbiņā, tie samazina virsmas laukumu, kas izdala siltumu).
4. Kāpēc lodāmuru, gludekļu, pannu, katlu rokturi ir izgatavoti no koka vai plastmasas? (Kokam un plastmasai ir slikta siltumvadītspēja, tāpēc, sildot metāla priekšmetus, turot pie koka vai plastmasas roktura, rokas neapdedzinās).
5. Kāpēc siltumu mīlošu augu krūmus un krūmus ziemai pārklāj ar zāģu skaidām?
(Zāģskaidas slikti vada siltumu. Tāpēc augus pārklāj ar zāģu skaidām, lai tie nesasaltu).
6. Kuri zābaki labāk pasargā no sala: cieši vai plaši?
(Ietilpīgs, jo gaiss slikti vada siltumu, tas ir vēl viens slānis bagāžniekā, kas saglabā siltumu).
4. Izmantotās literatūras saraksts.
Drukātie izdevumi:
1.A.V. Peryshkin fizikas 8. klase -M: Bustard, 2012. gads
2.M.I.Bludovs Sarunas par fiziku 1.daļa -M: Apgaismība 1984.g.
Interneta resursi:
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