Uma substância tem a maior condutividade térmica em um sólido. I. Momento organizacional. O que é condutividade
1. Introdução.
O projeto foi concebido de acordo com o padrão de médio Educação geral em física. Ao escrever este projeto, foi considerado o estudo dos fenômenos térmicos, sua aplicação na vida cotidiana e na tecnologia. Além do material teórico, muita atenção é dada à trabalho de pesquisa- são experimentos que respondem às perguntas "De que maneira a energia interna do corpo pode ser alterada", "A condutividade térmica é a mesma várias substâncias”, “Por que os jatos de ar quente ou líquido sobem”, “Por que os corpos com superfície escura aquecem mais”; pesquisa e processamento de informações, fotografias. Tempo de trabalho no projeto: 1 - 1,5 meses. Objetivos do projeto: * implementação prática do conhecimento de crianças em idade escolar sobre fenômenos térmicos; * formação de habilidades para pesquisa independente; * desenvolvimento de interesses cognitivos; * desenvolvimento de pensamento lógico e técnico * desenvolvimento de habilidades para aquisição independente de novos conhecimentos em física de acordo com necessidades e interesses vitais;
Além da questão do número de dimensões que o espaço sideral parece ter, a teoria das cordas também apresenta alguns outros problemas que precisam ser resolvidos antes que possamos declará-la como a teoria unificada final da física. Ainda não sabemos se todos os infinitos se destroem e como exatamente podemos conectar ondas a uma corda com tipo especial partículas que observamos. No entanto, podemos encontrar respostas para essas perguntas nos próximos anos e, no final do século, saberemos se a teoria das cordas é a tão esperada teoria unificada da física.
2. A parte principal.
2.1. Parte teórica
Na vida, encontramos fenômenos térmicos todos os dias. No entanto, nem sempre pensamos que esses fenômenos podem ser explicados se você conhece bem a física. Nas aulas de física, nos familiarizamos com maneiras de mudar a energia interna: transferência de calor e trabalho no corpo ou no próprio corpo. Quando dois corpos com temperaturas diferentes entram em contato, a energia é transferida de um corpo com mais Temperatura alta para um corpo com uma temperatura mais baixa. Este processo continuará até que as temperaturas dos corpos sejam iguais (o equilíbrio térmico seja alcançado). Neste caso, nenhum trabalho mecânico é feito. O processo de mudança de energia interna sem realizar trabalho no corpo ou no próprio corpo é chamado de transferência de calor ou transferência de calor. Na transferência de calor, a energia é sempre transferida de um corpo mais quente para um mais frio. O processo inverso nunca ocorre espontaneamente (por si só), ou seja, a transferência de calor é irreversível. A transferência de calor determina ou acompanha muitos processos na natureza: a evolução de estrelas e planetas, processos meteorológicos na superfície da Terra, etc. Tipos de transferência de calor: condutividade térmica, convecção, radiação.
Mas pode haver uma teoria tão unificada? Existe simplesmente uma série interminável de teorias que descrevem o universo com mais precisão e exatidão. Alguns defenderão uma terceira possibilidade alegando que, se houvesse um sistema completo de leis, isso impediria Deus de mudar de idéia e intervir no mundo. Como um velho paradoxo: Deus pode fazer uma pedra tão pesada que ele não possa levantá-la? Mas a ideia de que Deus gostaria de mudar de ideia é um exemplo do engano que Santo Agostinho mostrou quando apresentou Deus como existindo no tempo: o tempo é uma propriedade do universo criado apenas por Deus.
condutividade térmica chamou o fenômeno de transferência de energia de partes mais aquecidas do corpo para menos aquecidas como resultado do movimento térmico e da interação das partículas que compõem o corpo.
Os metais têm a maior condutividade térmica - eles têm centenas de vezes mais que a água. As exceções são mercúrio e chumbo, mas mesmo aqui a condutividade térmica é dez vezes maior que a da água.
Ele provavelmente sabia o que queria dizer quando disse isso! Com o advento mecânica quântica começamos a entender que os eventos não podem ser previstos com precisão absoluta, e sempre há um certo grau de incerteza. Se você quiser, pode atribuir esse caráter aleatório à intervenção de Deus, mas seria uma intervenção muito estranha: não há evidências de que seja intencional. De fato, se fosse intencional, por definição não seria acidental. Hoje praticamente abolimos a terceira possibilidade e definimos o objetivo da ciência: nossa tarefa é formular um conjunto de leis que nos permitam prever eventos apenas até o limite estabelecido pelo princípio da incerteza.
Ao abaixar uma agulha de metal em um copo com água quente muito em breve o final do raio ficou quente também. Consequentemente, a energia interna, como qualquer tipo de energia, pode ser transferida de um corpo para outro. A energia interna também pode ser transferida de uma parte do corpo para outra. Assim, por exemplo, se uma extremidade de uma unha for aquecida em uma chama, a outra extremidade, que está na mão, aquecerá gradualmente e queimará a mão.
Em muitos casos, aumentamos a sensibilidade de nossas medidas ou fizemos novas observações apenas para descobrir novos fenômenos que não são previstos pela teoria existente e levá-los em consideração, tivemos que desenvolver uma teoria melhor.
Poderíamos esperar encontrar várias novas camadas de estrutura mais fundamentais do que quarks e elétrons, que agora consideramos como partículas "elementares". Mas a gravidade permite que você estabeleça um limite nesta série de "caixas em caixas". Se houver uma partícula de energia acima do chamado Portanto, é bem possível que várias teorias cada vez mais precisas tenham um certo limite à medida que nos aproximamos de energias mais altas, então deve haver uma certa teoria do universo. Claro, a energia do Planck está muito longe da energia de 100 ohms, que é o máximo que estamos atualmente no laboratório.
2.2. Parte prática.
Vamos estudar esse fenômeno fazendo uma série de experimentos com sólidos, líquidos e gases.
Experiência nº 1
tomaram vários itens: uma colher de alumínio, outra colher de pau, uma terceira colher de plástico, uma quarta colher de aço inoxidável e uma quinta colher de prata. Colocamos clipes de papel em cada colher com gotas de mel. Eles colocam colheres em um copo de água quente para que as alças com clipes de papel saiam em direções diferentes. As colheres aquecem e, à medida que aquecem, o mel derrete e os clipes de papel caem.
No futuro próximo, é improvável que alcancemos a energia do Planck! No entanto, o mais estágios iniciais O universo é a arena onde tais energias devem surgir. Na minha opinião, a exploração do universo primitivo e a exigência de força matemática oferecem uma boa chance de chegar a uma teoria unificada completa enquanto estamos vivos, se não tivermos explodido antes.
O que significa se realmente encontramos a teoria final do universo? Mas se uma teoria é validada matematicamente e sempre produz previsões que concordam com as observações, podemos quase ter certeza de que é verdade. Isso encerraria um capítulo longo e glorioso na história da batalha intelectual do homem para compreender o universo. Mas também levará a uma revolução na compreensão usual do homem sobre as leis que governam o universo. No tempo de Newton pessoa educada poderia ter uma ideia de todo o conhecimento humano, pelo menos em termos gerais.
Claro, as colheres devem ser da mesma forma e tamanho. Onde o aquecimento ocorre mais rápido, esse metal conduz melhor o calor, é mais termicamente condutor. Para este experimento, peguei um copo de água fervente e quatro tipos de colheres: alumínio, prata, plástico e inox. Baixei-os um a um em um copo e cronometrei o tempo: em quantos minutos iria esquentar. Isso é o que eu fiz:
Conclusão: colheres de madeira e plástico demoram mais para aquecer do que colheres de metal, o que significa que os metais têm boa condutividade térmica.
Experiência nº 2
Vamos levar a ponta de uma vara de madeira ao fogo. Ele vai acender. A outra ponta do palito, que fica do lado de fora, estará fria. Então a árvore tem baixa condutividade térmica.
Trazemos a ponta de uma haste de vidro fina para a chama de uma lâmpada de álcool. Depois de um tempo, ele aquecerá, enquanto a outra extremidade permanecerá fria. Portanto, o vidro também tem baixa condutividade térmica.
Se aquecermos a extremidade de uma haste de metal em uma chama, muito em breve toda a haste ficará muito quente. Não podemos mais segurá-lo em nossas mãos.
Isso significa que os metais conduzem bem o calor, ou seja, possuem uma alta condutividade térmica. No shta-ti-ve go-ri-zon-tal-mas fortificado-lyon ster-zhen. Na haste, através do espaço um-a-um, ver-ti-kal-mas prenda-le-na com a ajuda de cravos de metal de cera.
Para a borda da haste, eles colocam uma vela sob ela. Uma vez que a borda da vara está no gre-va-et-sya, então em uma caneta de grau-mas o ster-zhen pro-gre-va-et-sya. Quando o calor atinge o local onde os cravos com a haste estão presos, o ste-a-rin derrete e o cravo cai. Vemos que neste experimento não há pe-re-mas-sa-substância, tão-respectivamente-mas, ob-observe-sim-há-que-na-água.
Experiência nº 3
Diferentes metais têm diferentes condutividades térmicas. Na sala de física há um dispositivo com o qual podemos garantir que diferentes metais tenham diferentes condutividades térmicas. No entanto, em casa, conseguimos verificar isso com a ajuda de um dispositivo caseiro.
Um instrumento para exibir as várias condutividades térmicas de sólidos.
Fizemos um dispositivo para exibir diferentes condutividades térmicas de sólidos. Para isso, usamos um pote de papel alumínio vazio, dois anéis de borracha (feitos em casa), três pedaços de arame feitos de alumínio, cobre e ferro, uma telha, água quente, 3 figurinhas de homenzinhos com os braços levantados, recortados em papel .
A ordem de fabricação do dispositivo:
dobre o fio na forma da letra "G";
fortaleça-os do lado de fora da lata com anéis de borracha;
pendure homens de papel nas partes horizontais dos segmentos de arame (usando parafina derretida ou plasticina).
Verificando o funcionamento do dispositivo. Despeje água quente em uma jarra (se necessário, aqueça uma jarra de água em um fogão elétrico) e observe qual número cairá primeiro, segundo, terceiro.
Resultados. A estatueta anexada ao fio de cobre, o segundo - em alumínio, o terceiro - em aço.
Conclusão. Diferentes sólidos têm diferentes condutividades térmicas.
A condutividade térmica de diferentes substâncias é diferente.
Experiência nº 4
Considere agora a condutividade térmica dos líquidos. Pegue um tubo de ensaio com água e comece a aquecer sua parte superior. A água na superfície logo ferverá e, no fundo do tubo, durante esse tempo, só aquecerá. Isso significa que os líquidos têm baixa condutividade térmica.
Experiência nº 5
Investigamos a condutividade térmica dos gases. Colocamos um tubo de ensaio seco no dedo e o aquecemos de cabeça para baixo na chama de uma lâmpada de álcool. O dedo não ficará quente por muito tempo. Isso se deve ao fato de que a distância entre as moléculas de gás é ainda maior do que a de líquidos e sólidos. Portanto, a condutividade térmica dos gases é ainda menor.
Lã, cabelo, penas de pássaros, papel, neve e outros corpos porosos têm baixa condutividade térmica.
Isso se deve ao fato de que o ar está contido entre as fibras dessas substâncias. O ar é um mau condutor de calor.
Assim, a grama verde é preservada sob a neve, as colheitas de inverno são preservadas do congelamento.
Experiência nº 6
Ele afofou uma pequena bola de algodão e enrolou-a em torno da bola do termômetro. Agora ele segurou o termômetro por algum tempo a uma certa distância da chama e notou como a temperatura subiu. Então a mesma bola de algodão apertou e enrolou firmemente ao redor do bulbo do termômetro e novamente o trouxe para a lâmpada. No segundo caso, o mercúrio subirá muito mais rápido. Isso significa que o algodão comprimido conduz o calor muito melhor!
O vácuo (espaço livre do ar) tem a menor condutividade térmica. Isso se explica pelo fato de que a condutividade térmica é a transferência de energia de uma parte do corpo para outra, que ocorre durante a interação de moléculas ou outras partículas. Em um espaço onde não há partículas, a condução de calor não pode ocorrer.
3. Conclusão.
Diferentes substâncias têm diferentes condutividades térmicas.
Possuem alta condutividade térmica corpos sólidos(metais), menores - líquidos e maus - gases.
Podemos usar a condutividade térmica de várias substâncias na vida cotidiana, na tecnologia e na natureza.
O fenômeno da condutividade térmica é inerente a todas as substâncias, independentemente do estado de agregação em que se encontram.
Agora, sem dificuldade, posso responder e explicar do ponto de vista físico às perguntas:
1. Por que os pássaros afofam suas penas no frio?
(Há ar entre as penas e o ar é um mau condutor de calor.)
2. Por que as roupas de lã mantêm o frio melhor do que as sintéticas?
(Existe ar entre os cabelos, que não conduz bem o calor).
3. Por que os gatos dormem enrolados em uma bola quando o tempo está frio no inverno? (Enrolados em uma bola, eles reduzem a área de superfície que emite calor).
4. Por que os cabos dos ferros de solda, ferros, panelas, panelas são de madeira ou plástico? (Madeira e plástico têm baixa condutividade térmica, portanto, quando aquecemos objetos de metal, segurar um cabo de madeira ou plástico não queimará nossas mãos).
5. Por que arbustos de plantas que gostam de calor e arbustos cobertos com serragem para o inverno?
(A serragem é um mau condutor de calor. Portanto, as plantas são cobertas com serragem para que não congelem).
6. Que botas protegem melhor do gelo: apertadas ou espaçosas?
(Espaçoso, pois o ar não conduz bem o calor, é outra camada da bota que retém o calor).
4. Lista de literatura utilizada.
Edições impressas:
1.A.V. Peryshkin Física 8ª série -M: Abetarda, 2012
2.M.I.Bludov Conversas sobre física parte 1-M: Iluminismo 1984.
Recursos da 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