Чтобы ручка утюга не нагревалась ее делают из пластмассы пластмасса обладает теплопроводностью

Обновлено: 14.05.2024

Участник:Шароглазова Ксения Сергеевна
Руководитель: Печерская Светлана Юрьевна

Актуальность: В наше время разрабатываются новые материалы. Знания о теплопроводности различных веществ позволяет не только широко использовать их, но и предотвращать их вредное воздействие в быту, технике и природе.

Цель: изучение явления теплопроводности, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостями и газами.

Задачи:

изучить теоретический материал по данному вопросу;
исследовать теплопроводность твердых тел;
исследовать теплопроводность жидкостей;
исследовать теплопроводность газов;
сделать выводы о полученных результатах.

Гипотеза: все вещества (твердые, жидкие и газообразные) имеют разную теплопроводность.

Оборудование: спиртовка, штатив, деревянная палочка, стеклянная палочка, медная проволока, пробирка с водой.

Содержание работы

Внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку. Явление передачи внутренней энергии от одной части тела к другой или от одного тела к другому при их непосредственном контакте называется теплопроводностью.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Опыт 1. Исследование теплопроводности твердых тел на примере деревянной палочки, стеклянной палочки и медного стержня

Внесем в огонь конец деревянной палки. Он воспламенится.

Вывод: дерево обладает плохой теплопроводностью.

Поднесем к пламени спиртовки конец тонкой стеклянной палочки. Через некоторое время он нагреется, другой же конец останется холодным.

Вывод: стекло имеет плохую теплопроводность.

Если же мы будем нагревать в пламени конец металлического стержня, то очень скоро весь стержень сильно нагреется. Удержать его в руках мы уже не сможем.

Вывод: металлы хорошо проводят тепло, т. е. имеют большую теплопроводность. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь.

Рассмотрим передачу тепла от одной части твердого тела к другой на следующем опыте. Закрепим один конец толстой медной проволоки в штативе. К проволоке прикрепим воском несколько гвоздиков (рис. 6). При нагревании свободного конца проволоки в пламени спиртовки воск будет таять. Гвоздики начнут постепенно отваливаться. Сначала отпадут те, которые расположены ближе к пламени, затем по очереди все остальные.

Выясним, как происходит передача энергии по проволоке. Скорость колебательного движения частиц металла увеличивается в той части проволоки, которая ближе расположена к пламени. Поскольку частицы постоянно взаимодействуют друг с другом, то увеличивается скорость движения соседних частиц. Начинает повышаться температура следующей части проволоки и т. д. Следует помнить, что при теплопроводности не происходит переноса вещества от одного конца тела к другому.

Опыт 2. Исследование теплопроводности жидкостей на примере воды

Рассмотрим теперь теплопроводность жидкостей. Возьмем пробирку с водой и станем нагревать ее верхнюю часть. Вода у поверхности скоро закипит, а у дна пробирки за это время она только нагреется (рис. 7). Значит, у жидкостей теплопроводность невелика, за исключением ртути и расплавленных металлов. Это объясняется тем, что в жидкостях молекулы расположены на больших расстояниях друг от друга, чем в твердых телах.

Вывод: теплопроводность жидкостей меньше теплопроводности металлов.

Опыт 3. Исследование теплопроводности газов

Исследуем теплопроводность газов.

Сухую пробирку наденем на палец и нагреем в пламени спиртовки донышком вверх (рис. 8). Палец при этом долго не почувствует тепла. Это связано с тем, что расстояние между молекулами газа еще больше, чем у жидкостей и твердых тел.

Вывод: теплопроводность у газов еще меньше, чем у жидкостей. Итак, теплопроводность у различных веществ различна.

Выводы и их обсуждение

Вывод: Проведенные опыты показывают, что теплопроводность у различных веществ различна. Наибольшей теплопроводность обладают металлы, у жидкостей теплопроводность невелика и самая малая теплопроводность у газов.

Используя §4 учебника физики для 8 класса, представим результаты в виде таблицы:

металлы (серебро, медь, железо)

пористые тела, пробка, бумага, стекло, кирпич, пластмассы

волосы, перья птиц, шерсть

Объяснение явления теплопроводности с молекулярно-кинетической точки зрения: теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В металлах частицы расположены близко, они постоянно взаимодействуют друг с другом. Скорость колебательного движения в нагретой части металла увеличивается и быстро передается соседним частицам. Повышается температура следующей части проволоки. В жидкостях и газах молекулы расположены на больших расстояниях, чем в металлах. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.

Применение теплопроводности

Теплопроводность на кухне

Теплопроводность и ее регулировка важны в процессе приготовления пищи. Часто во время тепловой обработки продукта необходимо поддерживать высокую температуру, поэтому на кухне используют металлы (медь, алюминий…), так их теплопроводность и прочность выше, чем у других материалов. Из металла делают кастрюли, сковородки, противни, и другую посуду. Когда они соприкасаются с источником тепла, это тепло легко передается пище. Иногда бывает необходимо уменьшить теплопроводность — в этом случае используют кастрюли из материалов с более низкой теплопроводностью, или готовят способами, при которых пище передается меньшее количество тепла. Приготовление блюд на водяной бане — один из примеров уменьшения теплопроводности. Для посуды, предназначенной для приготовления пищи, не всегда используют материалы с высокой теплопроводностью. В духовом шкафу, например, часто используют керамическую посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Их самое главное преимущество — способность держать температуру. Хороший пример использования материалов с высокой теплопроводностью на кухне — плита. Например, конфорки электроплиты сделаны из металла, чтобы обеспечить хорошую передачу тепла от раскаленной спирали нагревательного элемента к кастрюле или сковородке. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью.

Отопительная система

Задача любой системы отопления является эффективная передача энергии от теплоносителя (горячей воды) в помещение. Для этого используют специальные элементы системы отопления – радиаторы. Радиаторы предназначены для повышения теплопередачи накопившейся в системе тепловой энергии в помещение. Они представляют собой секционную или монолитную конструкцию, внутри которой циркулирует теплоноситель. Основные характеристики радиатора отопления: материал изготовления, тип конструкции, габаритные размеры (кол-во секций), теплоотдача. Чем выше этот показатель, тем меньше тепловых потерь будет при передаче энергии от теплоносителя в помещение. Лучший материал для изготовления радиаторов – это медь. Наиболее часто используют чугунные радиаторы; алюминиевые радиаторы; стальные радиаторы; биметаллические радиаторы.

Теплопроводность для тепла

Мы используем материалы с низкой теплопроводностью для поддержания постоянной температуры тела. Примеры таких материалов — шерсть, пух, и синтетическая шерсть. Кожа животных покрыта мехом, а птиц — пухом с низкой теплопроводностью, и мы заимствуем эти материалы у животных или создаем похожие на них синтетические ткани, и делаем из них одежду и обувь, которые защищают нас от холода. Кроме этого мы делаем одеяла, так как спать под ними удобнее, чем в одежде. Воздух имеет низкую теплопроводность, но проблема с холодным воздухом в том, что обычно он может свободно двигаться в любом направлении. Он вытесняет теплый воздух вокруг нас, и нам становится холодно. Если движение воздуха ограничить, например, заключив его между внешней и внутренней стенками сосуда, то он обеспечивает хорошую термоизоляцию. У снега и льда тоже низкая теплопроводность, поэтому люди, животные и растения используют их для теплоизоляции. В свежем не утрамбованном снеге внутри находится воздух, что еще больше уменьшает его теплопроводность, особенно потому, что теплопроводность воздуха ниже теплопроводности снега. Благодаря этим свойствам, ледяной и снежный покров защищает растения от замерзания. Животные роют ямки и целые пещеры для зимовья в снегу. Путешественники, переходящие через заснеженные районы, иногда роют подобные пещеры, чтобы в них переночевать. С древнейших времен люди строили убежища изо льда, а сейчас создают целые развлекательные центры и гостиницы. В них часто горит огонь, и люди спят в мехах и синтетических спальных мешках.

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности в организме людей и животных необходимо поддерживать определенную температуру в очень узких пределах. У крови и других жидкостей, а также у тканей разная теплопроводность и ее можно регулировать в зависимости от потребностей и окружающей температуры. Так, например, организм может изменить количество крови на участке тела или во всем организме с помощью расширения или сужения сосудов. Наше тело также может сгущать и разжижать кровь. При этом теплопроводность крови, а, следовательно, и части тела, где эта кровь течет, изменяется.

Теплолечение

Современные методы лечения теплом могут быть разделены на три большие группы: 1) контактное приложение нагретых сред; 2) светотепловое облучение и 3) использование теплоты, образующейся в тканях при прохождении высокочастотного электрического тока. Остановимся на использовании нагретых сред. Для теплолечения выбираются среды, позволяющие создать в них значительный запас теплоты. Эта теплота затем должна медленно и постепенно передаваться организму во все время процедуры. Для этого среда должна иметь, возможно, высокую теплоемкость и сравнительно низкие теплопроводность и конвекционную способности. Для теплолечения в основном применяют следующие среды: воздух, воду, торф, лечебные грязи и парафин.

Теплопроводность в бане

Многие любят отдыхать в саунах или банях, но сидеть там на скамейках из материала с высокой теплопроводностью — было бы невозможно. Требуется много времени, чтобы сравнять температуру таких материалов с температурой тела, поэтому вместо них используют материалы с низкой теплопроводностью, например дерево, верхние слои которого намного быстрее принимают температуру тела. Так как в сауне температура поднимается достаточно высоко, люди часто надевают на голову шапочки из шерсти или войлока, чтобы защитить голову от жары. В турецких банях хамамах температура намного ниже, поэтому там для скамеек используют материал с более высокой теплопроводностью — камень.

Интересные факты о теплопроводности

Тепло ли колючим зверям в иголках?

Шерсть не только спасает зверей от холода, но и служит средством защиты. А чтобы защита была внушительнее и надежнее, волосяной покров порой видоизменяется, превращаясь в своеобразные доспехи. Иглы, например. Но вот сохраняет ли такое облачение присущие шерсти свойства, не зябнут ли ежи и дикобразы в своих колючих шубках?

Полипропилен

Пока является лучшей основой для материалов (волокон, нитей, пряжи, полотен, тканей), используемых в производстве нательной спортивной одежды, термобелья и термоносков. Среди всех синтетических материалов, применяемых в этой области, он обладает самой низкой теплопроводностью. Поэтому одежда из полипропилена позволяет наилучшим образом сохранить тепло зимой и прохладу летом.

Какой материал имеет самую высокую теплопроводность?

Материалом с наивысшей теплопроводностью является вовсе не какой-нибудь металл (серебро или медь), как думают многие. Самую высокую теплопроводность имеет материал, который похож на стекло – алмаз. Его теплопроводность почти в 6 раз больше, чем у серебра или меди. Если изготовить чайную ложечку из алмаза, то воспользоваться ею не удастся, так как она будет обжигать пальцы в ту же секунду.

Из чего изготавливают сваи при строительстве зданий в регионах с вечной мерзлотой?

Большие трудности строителям зданий доставляет просадка фундамента особенно в регионах с вечной мерзлотой. Дома часто дают трещины из-за подтаивания грунта под ними. Фундамент передает почве какое-то количество теплоты. Поэтому здания начали строить на сваях. В этом случае тепло передается только теплопроводностью от фундамента свае и далее от сваи грунту. Из чего же надо делать сваи? Оказывается, сваи, выполненные из прочного твердого материала, внутри должны быть заполнены керосином. Летом свая проводит тепло сверху вниз плохо, т.к. жидкость обладает низкой теплопроводностью. Зимой свая за счет конвекции жидкости внутри неё, наоборот, будет способствовать дополнительному охлаждению грунта.

Развивающие: Развить аналитико-синтезирующее мышление, умение действовать самостоятельно, выдвигать гипотезы при решении поставленных вопросов, раскрывать взаимосвязь между изученным материалом и явлениями в жизни .

Воспитательная: Воспитать устойчивый интерес к изучаемому предмету, положительное отношение к знаниям, умение использовать свой интеллект, волю, эмоции.

Пусть кипит работа,

Успех решает не судьба,

А только ваши знания!

Игра сопровождается мультимедийной презентацией.

На столах у учащихся должны быть ручки с листочками.

Для жюри подготовлены бланки для заполнения и карточки с правильными ответами.

Демонстрационное оборудование для опытов должно быть размещено на столике

Оборудование для опытов: ПК

-кастрюля, вода, снег, поваренная соль;

- бутылка с водой, кусок марли, тарелка с водой

Вопросы конкурса представлены в мультимедийной презентации.

По каждому блоку ученик отвечает индивидуально. Вам будут по очереди задавать вопросы, на который надо дать полный ответ, обсуждая только в течение 10 секунд, если ученик не отвечает, то право ответа получает другой ученик. За правильный ответ учитель получает 2 балла, за половину – одну

ЗАПОЛНИТЕ ПРОПУСКИ В ТЕКСТЕ.

СЛОВА ДЛЯ ВСТАВКИ : плохой, хороший. 1.

1.Двойные рамы предохраняют от холода, потому что воздух, находящийся между ними, обладает------------------------ теплопроводностью.

2.Чтобы плодовые деревья не вымерзли, их приствольные круги на зиму покрывают опилками. Опилки обладают ---------------- теплопроводностью

3. При одной и той же температуре металлические предметы на ощупь кажутся холоднее других. Это объясняется тем, что металлы обладают ------------------- теплопроводностью.

4. Бумага, солома, воздух, мох, войлок, сукно, полотно обладают -----------------

5. Чтобы ручка утюга не нагревалась, её делают из пластмассы. Пластмасса обладает -------------------- теплопроводностью.

6. Медь, свинец, алюминий, серебро, сталь обладают ------------------- теплопроводностью.

7. Опытные хозяйки предпочитают жарить на чугунных сковородках, а не на алюминиевых, так как чугун обладает ------------------ теплопроводностью.

8. Алюминиевая кружка с чаем обжигает губы, а фарфоровая – нет. Это объясняется тем, что фарфор обладает ------------------- теплопроводностью.

1 конкурс. Лирики о физике

Хвост и примерз.

ВОПРОС. Каким путем покинуло тепло хвост волка?

Молча думал свою думу мудрый медведь. Перед ним жарко трещал большой костер, над огнем на железном треножнике стоял золотой котел с семью бронзовыми ушками. Этот свой любимый котел медведь никогда не чистил: боялся, что вместе с грязью счастье уйдет, и золотой котел всегда ста слоями сажи как бархатом покрыт.

ОТВЕТ: Да , т.к. сажа пористая, нагревание воды будет происходить медленнее.

2 конкурс. Физика на прогулке.

Вам будут по очереди задавать вопросы, на который надо дать полный ответ, обсуждая только в течение 10 секунд, если ученик не отвечает, то право ответа получает другой ученик

1. Почему в мороз снег скрипит под ногами?

(Ломаются сотни тысяч снежинок – кристалликов)

2. Половина ледяной поверхности пруда была покрыта сначала зимы толстым слоем снега, а другая половина – была расчищена для катания на коньках. На какой половине катка толщина слоя льда больше?

(Толщина слоя льда больше на очищенной, т.к. снег рыхлый и предохраняет воду от замерзания)

3. Почему у грязной лужи белая ледяная поверхность слоя?

( Температура замерзания чистой воды и воды с примесями различна, т.к. примеси имеют плотность больше воды, то они будут оседать на дно. Вначале будет замерзать тот слой, в котором осели примеси)

4.Почему, если дыхнуть себе на руку, получается ощущение тепла, а если дунуть, то ощущение прохлады.

( Выдыхаемый воздух теплее поверхности руки и может её нагреть. Но если струя воздуха быстро движется, с поверхности руки происходит усиленной испарение влаги, вследствие чего получается охлаждение)

3 конкурс. Физика на кухне.

Вам будут по очереди задавать вопросы, на который надо дать полный ответ, обсуждая только в течение 10 секунд, если ученик не отвечает, то право ответа получает другой ученик.

1. Почему коробятся нарезанные для сушки фрукты, грибы7

(Одна поверхность фруктов сохраняет быстрее, чем другая, вследствие чего быстрее сжимается).

2. Капля воды, попав на раскаленную плиту, начинает на ней прыгать. Почему?

( Раскаленная плита, нагревая поверхность капли, образует вокруг оболочки пар. Этот пар подбрасывает каплю вверх).

3. Почему вода, налитая на мерзлую клюкву, замерзает?

( Температура клюквы значительно ниже 0 0 С. Вода отдает тепло клюкве, охлаждается и замерзает)

4. В кастрюле бурно кипит вода, и в ней варятся макароны. Кипит ли вода в трубках макарон?

( Нет. Чтобы вода в макаронах кипела, ей необходимо сообщать тепло от более нагретого тела. Вода в кастрюле не может быть нагретой выше температуры кипения. Поэтому температура воды в полости макарон может лишь сравняться с температурой воды в кастрюле)

4 конкурс. Автолюбители.

Почему резервуары с бензином предпочтительно размещать над землей)

(Это уменьшает нагревание в нем горючего и интенсивность его испарения)

Почему бочка для хранения бензина должна закрываться пробкой с резиновой прокладкой, причем очень плотно?

(Резиновая прокладка, плотно прижатая пробкой, исключает выливание, улетучивание испаряющего бензина)

( Ранним утром , т. к. прохладно, а бензин при охлаждении сжимается сильнее и в бак его вместимость больше)

Для чего радиаторы автомобилей зимой надевают утеплительный чехол?

(Чехол является теплоизолятором. Он предохраняет двигатель от переохлаждения).

5 конкурс. Садовод –любитель.

1. Почему сады не разводят в низинах?

( Холодный воздух как более плотный скапливается внизу. В низких местах чаще бывают заморозки)

(Удельная теплоемкость воды очень велика. При охлаждении вода будет отдавать тепло земле).

3. Почему для растений опасно их покрытие ледяной коркой?

( Теплопроводность льда в 20 раз больше, чем снега, поэтому растения вымерзают)

4. Почему овощные культуры, находящиеся вблизи водоемов (озер, рек, прудов меньше страдают от заморозков, чем расположенная вдали от них?

( Удельная теплоемкость воды очень велика 4200 Дж/кг 0 С, поэтому вода днем медленно нагревается, а ночью когда воздух и почва остывают быстрее, отдает тепло, запасенное днем, окружающим культурам)

6 конкурс. Юный мастер.

(При сверлении совершается работа и сверло быстро нагревается. У воды большая удельная теплоемкость и при сверлении выделяющееся тепло будет забирать вода, нагреваясь при этом)

У железа или стали удельная теплопроводность значительно больше, чем у меди. Почему паяльники делают из мели, а не из стали или железа?

(Медь обладает лучшей теплопроводностью, чем железо или сталь. Благодаря хорошей теплопроводности меди припой и материал, на который наноситься припой, быстро нагревается. Медь также хорошо смачивается припоем и это создает удобства в работе).

Зачем в гараже рядом с радиатором зимой ставят большой таз с водой?

( При приближении температуры воздуха до температуры замерзания воды сосуд, наполненный с водой служит резервуаром тепла. Когда в нем начинается образовываться лед, освобождается достаточно большое количество тепла, благодаря чему дальнейшее охлаждение помещения задерживается)

Почему при вколачивании гвоздя в дерево шляпка его мало нагревается, а гвоздь вбит, достаточно несколько ударов, чтобы сильно нагреть шляпку?

( Когда гвоздь перемещается , небольшая часть кинетической энергии молотка превращается во внутреннюю энергию гвоздя и дерева и шляпка слабо нагревается во внутреннюю энергию шляпки гвоздя. При этом температура значительно повышается)

7 конкурс. Шерлок Холмс.

У нас сегодня необычный гость – Шерлок Холмс. Он человек многознающий, наблюдательный. Постарайтесь ответить на его вопросы.

На пластиковый демонстрационный стол налейте немного воды.
В кастрюлю положите снег и посыпьте поваренной солью. Через некоторое время оторвать кастрюлю от стола будет невозможно.
(Ответ. На плавление снега тратиться некоторое количество теплоты, которое заимствуется от самой смеси. Смесь охлаждается, что вызывает замерзание воды под кастрюлей).

Бутылку с водой обернуть куском марли и поставить ее на тарелку с водой так, чтобы концы марли были в воде. Почему в этом случае температура воды в бутылке более низкая, чем температура окружающего воздуха?

( Ответ. Вода, испаряясь с поверхности мокрой марли, забирает энергию у воды в бутылке.)

IV. ПОДВЕДЕНИЕ ИТОГОВ

Сегодня мы сделали небольшой шаг в познании окружающего нас мира- посмотрели на него глазами физика.

Как сказал Пьер Лаплас

Поэтому обогащайтесь знаниями, чаще находитесь в этой бесконечности

СПАСИБО ЗА ИГРУ.

Мичио Каку Физика будущего

. вокруг нас по-прежнему . другими участниками конкурса и корректно . явление можно увидеть всюду в животном мире. Возможно, объясняется это тем . теплового расширения воды. По . интеллектуального капитализма. 50 % аспирантов-физиков . игры Средний класс .

. интеллектуальном развитии . по астрономии, космонавтике, необычным явлениям, проводятся игры и конкурсы . тепловых поясов. Тепловые . класс Физика вокруг нас Во время каникул тоже можно встретиться с физическими явлениями, что и происходит с мальчиком по .

Методические рекомендации по использованию икт на уроках информатики, математики и физики

Тема Культурно-исторческие основы развития психологического знания в труде Тема Труд как социально-психологическая реальность

. игры. Игровые профориентационные иупражнения. Профориентационные игры с классом . вокруг нас . перцептивные, интеллектуальные, психомоторные . по-новому осмыслить это явление. С.Касл отмечает, что в настоящее время внимание к теме . Б.М. Тепловым. .

Инфра. (от лат. infra) - приставка, указывающая на более низкий уровень чего-либо.

Конвекция (от лат. convectio - привоз, принесение, доставка) - перенос теплоты движущейся средой.

Интересный факт (Я. И. Перельман)

Женщины утверждают, что вуаль греет, что без нее лицо зябнет. При взгляде на легкую ткань вуали, нередко с довольно крупными ячейками, не очень веришь этому утверждению.

Но как бы крупны ни были ячейки вуали, воздух через такую ткань проходит все же с некоторым замедлением. Тот слой воздуха, который непосредственно прилегает к лицу и, нагревшись, служит теплой воздушной маской, удерживается вуалью и не так быстро сдувается ветром, как при отсутствии ее. Поэтому нет основания не верить женщинам, что при небольшом морозе и слабом ветре лицо во время ходьбы зябнет в вуали меньше, чем без нее.

Задачи на перевод единиц измерения в СИ

54,5 кДж = 54 500 Дж

425,8 см = 4,258 м

7,8 МДж = 7 800 000 Дж

360 км/ч = 100 м/с

6,72 г/см 3 = 6 720 кг/м 3

210 км = 210 000 м

Качественные задачи и вопросы

1. Зачем кусты роз на зиму укрывают опилками? (Опилки являются плохим проводником тепла. Розы укрывают опилками, чтобы они не замерзли.)

2. Почему шерстяная одежда лучше предохраняет от холода, чем синтетическая? (Между шерстинками находится воздух, который плохо проводит тепло.)

3. Почему баки для хранения горюче-смазочных материалов красят серебристой или белой краской, а не черной? (Черный цвет поглощает практически все солнечное излучение, поэтому тела, окрашенные черной краской, быстро нагреваются. Белый цвет большую часть излучения отражает, поэтому тела, окрашенные в белый цвет, нагреваются меньше, чем черные.)

4. Какая земля прогревается солнечными лучами быстрее: чернозем или песчаники? (Чернозем.)

5. Почему сосуд с жидкостью нагревают снизу? (При нагревании снизу конвективные потоки нагретой жидкости устремляются

вверх, а холодная жидкость — вниз. Таким образом жидкость нагревается практически равномерно.)

6. Зачем ручки паяльников, утюгов, сковородок, кастрюль делают из дерева или пластмассы? (Дерево и пластмасса обладают плохой теплопроводностью, поэтому при нагревании металлических предметов мы, держась за деревянную или пластмассовую ручку, не будем обжигать руки.)

7. В какой одежде человек себя чувствует летом комфортнее: в темной или светлой? (В светлой.)

8. В летней душевой комнате бак для воды покрасили в черный цвет. Почему? (Черный цвет практически полностью поглощает солнечную энергию, и поэтому бак с водой будет нагреваться лучше.)

Задачи для любителей литературы

1. . Кругом курильницы златые

Подъемлют ароматный пар.

Руслан и Людмила

Почему нар поднимается вверх? (Плотность теплого воздуха меньше, чем воздуха обычной температуры, и под действием архимедовой силы он поднимается вверх.)

А для чего необходима тяга? (Вез притока кислорода процесс горения неосуществим, поэтому Мартын использовал естественный приток воздуха, для чего создавал тягу в трубе камина или подавал воздух, используя мехи - вынужденный приток воздуха.)

Почему пепел от газетного листа улетал в трубу, а не падал на дрова, горевшие в камине? (Горячий воздух поднимается вверх, поэтому и пепел, в потоке этого воздуха, устремился вверх.)

4. «Педро посмотрел вниз и увидел, что лодки, оставленные на ночь на воде, отвязаны. Ночной бриз отнес их довольно далеко в открытый океан.

Каковы причины вечернего и утреннего бризов? (Вода нагревается медленнее, чем суша, по и медленнее остывает.)

По пословицам и поговоркам

5. Снег - одеяло для пшеницы: чем толще, тем лучше ей спится.

Каков физический смысл этой китайской пословицы? Почему, когда на полях много снега, посевы не вымерзают? (Снег обладает очень плохой теплопроводностью, так как между снежинками находится воздух, который является плохим проводником тепла. Поэтому снег можно сравнить с одеялом, которое не дает холоду подобраться к зерну.)

6. Дым столбом - к морозу.

А почему дым столбом? (В безветренную погоду легкий теплый воздух устремляется вверх, не испытывая боковых воздействий атмосферного воздуха.)

7. Свет пропускает,

А тепло не выпускает. (Стекло.)

Какое излучение поглощается стеклом, а какое пропускается? (Стекло поглощает ультрафиолетовое излучение, а пропускает тепловое (инфракрасное).)

8. Два арапа - родные братья,

Ростом по колено,

Везде с нами гуляют,

От мороза защищают. (Сапоги.)

Какие сапоги защищают от мороза лучше: тесные или просторные? (Просторные: так как воздух плохо проводит тепло, он является еще одной прослойкой в сапоге, которая задерживает тепло.)

9. Зимой нет теплее,

Летом нет холоднее. (Погреб.)

Почему? (Холодный воздух опускается вниз, поэтому летом в погребе прохладно. Зимой погреб утепляют, а, как известно, воздух — плохой проводник тепла, следовательно, тепло в погребе сохраняется.)

10. Под окошком гармонь

Горяча, как огонь. (.Батарея отопления.)

Почему батареи устанавливают именно под окнами? (Нагретый ими воздух создает в помещении тепловую завесу и, перемещаясь вследствие конвекции по комнате, практически равномерно обогревает ее.)

Задачи для любителей биологии

1. Лохматая шубка позволяет шмелям собирать нектар и пыльцу даже в Заполярье. Под такой одежкой тело шмеля при усиленной работе мышц нагревается до 40 °С. И чем севернее живет шмель, тем он крупнее и лохматее. В тропиках шмелей нет - перегреваются.

Почему шубка спасает шмелей от замерзания? (Шубка шмеля плохо проводит тепло, так как между ворсинками находится воздух, у которого теплопроводность мала.)

2. Как только устанавливаются холода, пчелы скучиваются на сотах и образуют плотный шар. Прижавшись друг к дружке, они всю зиму поддерживают температуру около 12 °С. Таким образом пчелы сами себя греют. А вот вентиляция им необходима, ведь в противном случае вся влага, выдыхаемая пчелами, оседает внутри улья в виде инея.

Почему пчелам удается согревать себя зимой? (Между пчелами остается воздух, который плохо проводит тепло и предохраняет от вымерзания.)

3. Теплоизоляция тела летящей птицы обеспечивается прослойкой неподвижного воздуха над поверхностью кожи (пограничный слой), а затем кожным и подкожным жиром. Перья, мех и одежда сохраняют пограничный слой воздуха. Степень достигаемой при этом теплоизоляции зависит от толщины воздушной прослойки.

Почему воздух служит теплоизоляцией? (Воздух является плохим проводником тепла и предохраняет кожу от перегрева и переохлаждения.)

1. Исследование теплопроводности металлических образцов.

Приборы и материалы: спиртовка; 30-сантиметровые куски стальной, медной, алюминиевой, нихромовой проволоки; пластилин; гвоздики; штатив; часы.

Задание: закрепите проволоку горизонтально одним концом в штативе; на расстоянии 5 см от другого конца и через 5 см один от другого подвесьте к ней (на пластилине) четыре гвоздика. Нагревая проволоку со свободного конца, наблюдайте за падением гвоздиков. Сделайте вывод.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ РАЗЛИЧНЫХ ВЕЩЕСТВ

Автор работы награжден дипломом победителя III степени

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

2. Основная часть.

2.1. Теоретическая часть

В жизни мы действительно ежедневно встречаемся с тепловыми явлениями. Однако не всегда мы задумываемся, что эти явления можно объяснить, если хорошо знать физику. На уроках физики мы познакомились со способами изменения внутренней энергии: теплопередачей и совершением работы над телом или самим телом. При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не сравняются (не наступит тепловое равновесие). При этом механическая работа не совершается. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей. При теплопередаче энергия всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому. Обратный процесс самопроизвольно (сам по себе) никогда не происходит, т. е. теплообмен необратим. Теплообмен определяет или сопровождает многие процессы в природе: эволюцию звезд и планет, метеорологические процессы на поверхности Земли и др. Виды теплопередачи : теплопроводность, конвекция, излучение.

Теплопроводностью называется явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды. Исключением являются ртуть и свинец, но и здесь теплопроводность в десятки раз больше, чем у воды.

При опускании металлической спицы в стакан с горячей водой очень скоро конец спицы становился тоже горячим. Следовательно, внутренняя энергия, как и любой вид энергии, может быть передана от одних тел к другим. Внутренняя энергия может передаваться и от одной части тела к другой. Так, например, если один конец гвоздя нагреть в пламени, то другой его конец, находящийся в руке, постепенно нагреется и будет жечь руку.

2.2. Практическая часть.

Изучим это явление, проделав ряд опытов с твердыми телами, жидкостью и газом.

Опыт №1

Взяли различные предметы: одну алюминевую ложку, другую деревянную, третью - пластмассовую, четвертую - из нержавеющего сплава, а пятую - серебряную. Прикрепили к каждой ложке каплями меда скрепки для бумаг. Вложили ложки в стакан с горячей водой, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Ложки нагреются, и по мере нагревания мед будет плавиться и скрепки отпадут.

Конечно, ложки должны быть одинаковые по форме и размеру. Где нагревание произойдет быстрее, тот металл лучше проводит тепло, более теплопроводен. Для этого опыта я взял стакан с кипятком и четыре вида ложек: алюминиевую, серебряную, пластмассовую и нержавеющую. Я опускал их по одной в стакан и засекал время: за сколько минут она нагреется. Вот, что у меня получилось:

Подошва утюга — его главный рабочий орган. Насколько легко утюг будет скользить, не прожжет ли он тонкую синтетику, как долго утюг сохранит свои преимущества — все это зависит от подошвы. Неудивительно, что производители уделяют материалу подошвы столько внимания, предлагая покупателю около десятка различных модификаций. Попробуем разобраться в этом разнообразии и выяснить, каковы свойства предлагаемых материалов и какие они дают преимущества.

Основные свойства подошвы

Какая она должна быть — идеальная подошва? Вопрос несложный для любого, кто хоть пару раз гладил белье. Подошва должна легко скользить, не пережигать ткань, к ней не должно ничего приставать и пригорать, и она должна легко чиститься. Она должна быстро нагреваться и быстро остывать. Еще неплохо, если она будет легкой. Как всего этого достичь?

Чтобы подошва легко скользила, она должна быть идеально гладкой. Добиться гладкости несложно практически на любом материале — сложнее ее сохранить. То есть, материал подошвы должен быть прочным, чтобы постоянное трение не снижало его гладкость. Причем, не только об ткань, но и об пуговицы, застежки, молнии и другие элементы одежды.

Чтобы ткань быстро не пережигалась даже при неправильно выставленной температуре, подошва должна иметь небольшую теплопроводность. Почему горячий металлический чайник обжигает сильнее, чем керамический той же температуры? Потому что у металла выше теплопроводность. То же с тканью: подошва с высокой теплопроводностью быстрее передает тепло ткани, в результате стоит чуть ошибиться с температурой, и на синтетике остаются заметные следы.

Но если у материала будет низкая теплопроводность, он будет долго греться и остывать. То есть, подошва все же должна иметь высокую теплопроводность? Налицо противоречие, которое каждый производитель решает по-своему.

Чтобы к подошве ничего не приставало и она легко чистилась, она должна обладать низким показателем адгезии — способностью материала прилипать к другим материалам. Адгезия зависит как от самого материала, так и от его обработки: полировка снижает адгезию, а наличие царапин, наоборот — повышает. Еще одна причина для повышения твердости материала. Ну, и сам материал должен быть низкоадгезивным.

Теперь рассмотрим все популярные материалы подошв утюгов с учетом подобранных критериев.

Алюминий

Высокая теплопроводность — быстро нагревается и остывает
Низкая прочность — легко царапается и даже деформируется.
Высокая теплопроводность — легко пережечь ткань.
Высокая адгезия — легко пачкается и плохо чистится.

Минусы значительно перевешивают, поэтому в чистом виде алюминий уже почти не используется. Сегодня применяется анодированный алюминий — покрытый оксидной пленкой, придающей подошве коррозионную стойкость и дополнительную прочность. Оксидная пленка имеет низкую теплопроводность, поэтому утюгам с такой подошвой удается сохранить высокую скорость прогрева подошвы одновременно с бережным отношением к ткани.

Оксидная пленка хоть и прочнее самого алюминия, но тоже царапается металлическими предметами.

Нержавеющая сталь

Прочная, хорошо держит полировку и не боится механических воздействий.
Недорогая.

Нержавеющая сталь — уверенный середнячок по большинству показателей. Теплопроводность ее в 10 раз ниже, чем у алюминия, но при этом в 10 раз выше, чем у керамики. Будучи новой, подошва из нержавейки хорошо скользит, не пачкается и легко чистится, но со временем полировка все же сходит. Эксплуатационные характеристики средние, зато такая подошва совершенно не боится ударов.

Тефлон и другие антипригарные покрытия

В первую очередь, надо понимать, что подошва утюга не целиком тефлоновая. Чаще всего она алюминиевая, реже стальная и покрыта тонким слоем тефлона. Это позволяет разрешить противоречивые требования к теплопроводности: алюминиевая подошва быстро прогревается, но теплопроводность тефлонового слоя низка, поэтому быстрого перегрева ткани не происходит.

В целом, подошва с тефлоновым покрытием имеет следующие плюсы и минусы:

Быстро прогревается и остывает.

Эмаль

Эмалированные подошвы по характеристикам близки к тефлоновым. Основной недостаток большинства эмалей — низкая прочность. Впрочем, встречаются эмали по устойчивости к царапинам близкие к керамике.

Керамика

Керамические подошвы тоже не сплошь керамические, основа такой подошвы обычно стальная. Слой керамики на подошве варьируется от нескольких микрон до миллиметров.

Плюсы	Минусы
Бережное отношение к ткани. Низкая адгезия — подошва долго остается чистой. Поверхность устойчива к царапинам.	Керамика хрупкая, боится ударов и падений; на ней могут образовываться сколы и трещины.

Отличные эксплуатационные характеристики керамики портит низкая ударостойскость. Поэтому производители постоянно ищут способ уменьшить хрупкость этого материала, сохранив остальные характеристики.

Металлокерамика и стеклокерамика

Металлокерамика производится спеканием порошков металла и керамики. Итоговый материал обладает всеми преимуществами керамики при пониженной хрупкости. Эти характеристики делают металлокерамику одним из лучших материалов для утюгов. Стеклокерамика — произведенное по особой технологии стекло. Она прочнее керамики или простого стекла, но ее все еще можно расколоть сильным ударом.

Титан

Титановые подошвы по характеристикам близки к стальным, но титан легче и прочнее. Он дольше держит полировку и так же, как и сталь, не боится ударных воздействий. Но теплопроводность у него такая же, как у стали, так что с деликатными тканями надо быть аккуратнее. Для повышения прочности поверхности некоторые производители производят карбидирование подошвы: поверхность титановой подошвы покрывается слоем карбида титана — материала, по прочности близкого к корундам и сапфирам с твердостью 9 по шкале Мооса. Прочнее только алмаз. Для снижения стоимости подошву обычно делают двухслойной: слой титана поверх стальной основы.

Плюсы	Минусы
Прочный, хорошо держит полировку и не боится механических воздействий. Легкий.	Дорогой.

Разработки производителей

Практически каждый производитель предлагает свой уникальный материал подошвы. Впрочем, большинство из них используют те же материалы, что были рассмотрены выше. Рассмотрим некоторые брендовые предложения.

Steamglide — подошвы фирмы Philips. Стальная основа с покрытием из керамики или металлокерамики Steamglide Plus. Подошвы Steamglide Elite и Steamglide Advanced имеют титановое покрытие с карбидированием.

Eloxal — подошва из анодированного алюминия компании Braun.

Saphir — еще одна интересная разработка Braun. Стальная подошва, покрытая высокопрочным сплавом алюминия, никеля, цинка и хрома. Прочность сплава близка к сапфиру, поэтому покрытие и получило такое название.

Ceranium Glisse и Palladium Glisse — соответственно, керамическая и металлокерамическая подошвы компании Bosch.

Durilium Airglide — керамическая подошва утюгов компании Tefal.

Что выбрать

При изготовлении подошв недостаточно просто использовать какой-то материал. Важен конкретный состав этого материала, крайне важны технология изготовления и точность обработки поверхности. Поэтому металлокерамика бюджетного малоизвестного производителя и металлокерамика известного бренда — это два совсем разных материала. Выбирая подошву утюга, следует понимать, что сравнивать можно материалы только приборов одного класса.

Читайте также: