Как понять сложные законы физики. 100 простых и увлекательных опытов для детей и их родителей Дмитриев Александр Станиславович

8 Теплопроводность

Теплопроводность

Для опыта нам потребуются: алюминиевая ложка или кусок толстой медной проволоки, деревянная ложка или обычный карандаш, чашка с кипятком.

Знаешь ли ты, мой уважаемый читатель, почему баню или сауну изнутри обшивают деревом? Более того, если дерево для лавки прибивают гвоздями, то шляпки гвоздей забивают так, чтобы они были ниже поверхности дерева. Зачем это делают?

Представим себе, что в парилке, где температура достигает 110 градусов (а иногда и выше!), один из гвоздей немного выскочил наружу и голой кожей вы коснулись металла. Немедленно возникнет ощущение боли, и небольшой ожог обеспечен. Но как же так, ведь температура поверхности дерева и температура поверхности гвоздя должны быть одинаковыми!

Действительно, температура поверхности и металла, и дерева в одном и том же помещении одинаковая. Дело в том, что температура – это еще не самое главное. Есть такое понятие, как теплопроводность.

Что это означает? Это означает то, как вещество, из которого состоит предмет, пропускает (проводит) через себя тепло. Тепло можно представить себе как невидимую воду, текущую через все предметы. Есть только одно правило, которому эта «вода» – или тепло – подчиняется. Тепло всегда перетекает от более теплого тела к более холодному.

Именно поэтому было время, когда ученые думали, что наш мир через много-много лет ожидает «тепловая смерть». Ведь если все теплые тела отдадут тепло более холодным, нагревая их, то настанет такой момент, когда все тела станут одинаковой температуры. И все процессы, все движение, все реакции (например, переваривание пищи в желудке) станут невозможными. Мир как бы будет остановлен. (На самом деле, во-первых, до этого еще так далеко, что и нам, и нашим прапрапрапрапраправнукам эта опасность не грозит. Во-вторых, ученые потом подумали получше и поняли, что вселенная может оказаться бесконечной и тогда «тепловая смерть» не наступит.)

Итак, разные тела проводят тепло по-разному. Очень хорошо проводят тепло металлы. Металлы для тепла – как широкие речки, по ним тепло быстро и далеко течет.

Если начать охлаждать (или нагревать) любую часть металлического предмета, то очень быстро тепло распространяется на весь предмет (или весь предмет охлаждается). Кстати, если металл охладить до невероятно низкой температуры, то у металла начинают проявляться просто фантастические свойства. Например, пущенный по металлу ток будет бежать вечно, никогда не ослабляясь. В обычных проводах ток потихонечку слабеет с расстоянием и через несколько тысяч километров может почти совсем исчезнуть. (Ток, как и тепло, лучше всего поначалу представлять в виде воды. Вода в реке быстрее течет у истока и медленнее – у устья.)

Другие материалы проводят тепло хуже и отдают тепло только с поверхности. Дерево, например, почти вообще не проводит тепло. Это уже не «речка», а плотина какая-то! Чем хуже проводит тепло материал, тем лучше им защищаться от холода (или жары). Например, обычный жир очень плохо проводит тепло (у него низкая теплопроводность, как сказали бы физики). Поэтому все теплокровные животные, живущие в холодных морях или на севере, такие жирные. Тюлень, белый медведь, каланы, морские львы и котики – посмотрите на них: жировой слой с его плохой теплопроводностью служит им скафандром, одеялом, укутывающим их с ног до головы. Проведем простой опыт. Для него нам понадобятся две ложки: деревянная и алюминиевая. Если у тебя не найдется в доме деревянной ложки, возьми деревянную палочку или обычный карандаш. Вместо алюминиевой ложки можно взять кусок толстой медной проволоки. Вскипяти чайник и налей кипятка в обычную чашку. Теперь возьми в одну руку деревянную ложку (карандаш), а в другую – алюминиевую (кусок проволоки) и опусти обе в кипяток. Некоторое время ты можешь размешивать кипяток и той и другой ложкой. Но скоро металл придется бросить – он сильно нагревается.

Теперь нам ясно, как отличаются вещества по теплопроводности. Ведь температура воды в чашке одна и та же, а тепло, бегущее по опущенным в воду предметам, передается по-разному. Еще можно представить, что если тепло – это невидимая жидкость, то металл – это удобный шланг, по которому жидкость бежит быстро. А дерево, пластмасса – это губка, которая, хоть и впитывает тепло, но медленно и отдает неохотно.

И нам становится ясно, почему в бане (сауне) гвозди забивают глубоко, чтобы не торчали шляпки наружу. Это все из-за теплопроводности!

Практический совет: никогда не дотрагивайся языком до железных предметов на морозе. Жидкость, которая содержится на языке, с такой скоростью отдает свое тепло металлу (ведь у металла хорошая теплопроводность!), что мгновенно превращается в лед, и язык прочно пристывает, примерзает к металлу. Но уж если такое произошло, надо чтобы кто-нибудь налил большую кружку теплой воды и лил на металл и язык. Когда металл в этом месте нагреется, лед растает и язык отлипнет от металла сам.

Занятие №27: Опыты с теплопроводностью September 29th, 2012

В четверг на занятие к нам никто прийти не смог — но это не помешало нам провести серию экспериментов. Как водится, я собрал для этого кучу всяких штуковин.

Идея была в том, чтобы показать распространение тепла внутри тела, и показать разницу в теплопроводности разных материалов.

Гвоздики приклепляются обыкновенным пластилином - потом конец объекта помещается над свечой, объект нагревается, и, по мере того, как пластилин плавится, гвоздики отваливаются один за другим.

Удостоверившись, что гвоздики отваливаются именно один за другим - то есть тепло распространяется линейно - мы перешли ко второй фазе.

Здесь мы уже сравнивали распространение тепла в разных объектах. Слева - обрезок керамической плитки, справа - толстая медная проволока.

Слева по-прежнему керамика, по которой тепло распространяться не спешило, справа - алюминевая проволока.

Третья фаза эксперимента:

Три пластины соединены прищепками. Центральная - над свечкой. Справа пластины зажаты просто так, а слева между ними проложена маленькая бумажка. Спросил у Никиты, где гвоздики быстрее отвалиться - он сказал, что слева, потому что там бумага, а она вспыхивает от малейшей искры - значит, теплопроводная сильно:)
Экспериментальная проверка всё расставила по своим местам. Пояснил разницу между теплопроводностью и температурой воспламенения, привёл в пример пуховик (мы раньше уже обсуждали, почему одежда хорошо "греет"), который неплохо горит.

На этом эксперимент закончили - и пошли на кухню. Спросил у Никиты, зачем на некоторых кастрюлях ручки пластиковые - он верно догадался. А про металлические ручки сказал, что нужно использовать полотенце, причём лучше мокрое. Я предложил уточнить у мамы предпочтёт ли она исползовать мокрое или сухое полотенце - она сказала, что исключительно сухое. Никита подумал и сам догадался, что мокрое, хоть и холоднее, но оно с водой, а вода проводит тепло лучше воздуха!

Непроводники или изоляторы — это материалы, препятствующие передаче тепловой энергии. Они используются для сохранения предметов теплыми (холодными).

Сегодня мы попробуем найти лучший изолятор, проведя простые домашние опыты с теплопроводностью.

Опыт 1 Соревнование банок

Для опыта возьмем:

• 3 банки с крышками схожих размеров и форм
• Носок
• Пузырчатая пленка
• Газета
• Ледяная вода
• Термометр
• Скотч
• Ножницы

Что мы делали?

Почему так происходит?

Если вам удастся найти материал, который плохо передает тепло, то он послужит хорошим изолятором. Если тепло, содержащееся в воздухе, не передается воде, вода долгое время будет оставаться холодной. Свойство веществ проводить тепло называется теплопроводностью.

Предыдущий опыт показался нам не очень наглядным, поэтому решено было провести еще испытания материалов на теплопроводность. На этот раз испытаниям подверглись фольга, вата и бумага.

Опыт 2 Соревнование ледышек

Мы решили кубики льда обернуть в различные материалы и проверить какой кубик быстрее растает. Итак, оборачиваем ледышки в алюминиевую фольгу, вату и бумажную салфетку. Мы предположили, что в фольге лед дольше сохранится, но ошиблись! Лед в фольге растаял быстрее остальных образцов. На фотографии слева на право (лед был в фольге, в бумаге, в вате). Из ваты достали чуть подтаявший кубик.

Вот это открытие! Стали искать и нашли в интернете следующую информацию.

Коэффициент теплопроводности измеряется в в Вт /(м ·K )

Теперь все стало ясно: алюминиевая фольга не сохранит ледышку. Лучше это сделает вата, потому что теплопроводность ваты гораздо меньше, чем у алюминия.

Если такие опыты со льдом вам показались сложными, то можно провести простые ледяные эксперименты для малышей .

Ух и быстро летит время вместе с веселой наукой. И останавливаться не хочется. Еще опытов! Еще экспериментов! Фокусы! Поделки. Веселье. Яркие эмоции. Улыбки. Радость и смех. Вам понравилась эта заметка. Я же вижу, вы улыбаетесь. Хочу, чтобы ваша научно-познавательная жизнь стала еще увлекательней и поэтому дарю вам книгу ОПЫТЫ СО ЗВУКОМ . Продолжайте удивляться и делать открытия вместе с Веселой наукой. До скорой встречи, друзья.

Удачных экспериментов! Наука – это весело!

ОПЫТЫ ПО ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ

Разные твердые вещества по-разному проводят тепло. Лучше всего это делают металлы. Но и среди металлов есть чемпионы по теплопроводности. К ним относятся так называемые «благородные металлы» — платина, золото, серебро.

Опыт с железным гвоздем

В толстую чурку забей гвоздь и поставь ее на противень.
Снизу к этому длинному гвоздю прилепи пластилином, или воском несколько маленьких гвоздиков. Под шляпку гвоздя подставь горящую свечу.

Смотри: вот отвалился один гвоздик.., другой… третий…
Строго по порядочку, по очереди.

Опыт с деревом

Когда гвоздь остынет, выдерни его и в оставшееся отверстие вставь лучинку.
Повтори тот же опыт с ней.

Картина будет совсем другая!
Конец лучинки загорится, а гвоздики будут держаться по-прежнему. Выходит, что дерево проводит тепло гораздо хуже, чем железо.

Опыт со стеклом

Если есть у тебя подходящая по толщине стеклянная палочка или трубка, повтори опыт с ней.
Она, конечно, не горит, но тепло проводит не лучше дерева.

Опыт с ложками

Возьмите две чайные ложки: одну серебряную, другую из никелевого сплава. Прикрепите к ним каплями стеарина скрепки для бумаг. Вложите ложки в стакан, чтобы ручки со скрепками торчали из него в разные стороны. Налейте в стакан кипяток. Ложки нагреются. У серебряной ложки стеарин расплавится, и скрепка отпадет. У другой ложки скрепка или совсем не отпадет, или отпадет позже, когда ложка нагреется сильнее.

Конечно, ложки должны быть одинаковые по форме и размеру. Если нет серебряной ложки, возьмите такие, какие у вас есть, но только из разных металлов. Где нагревание произойдет быстрее, тот металл лучше проводит тепло, более теплопроводен.

Опыт с монетой

Различные вещества по-разному проводят тепло. Это хорошо видно из небольшого опыта.
Приложите к кусочку дерева монету и оберните их белой бумагой. Поднесите все это на короткое время к пламени свечи так, чтобы пламя только коснулось места, где над бумагой находится монета. Старайтесь не дать бумаге загореться. Но бумага все же успела обуглиться, и обуглилась она вокруг монеты.

Там же, где была сама монета, остался не тронутый огнем белый кружок. Металл монеты, как хороший теплопроводный материал, отобрал на себя жар пламени и предохранил бумагу от обгорания.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ПОРИСТЫХ ТЕЛ

Из твердых веществ хуже всего проводит тепло керамика, пластмасса, дерево, ткань.

Вот поэтому ручки у чайников или сковородок делают из пластмассы или дерева. А если ручка металлическая, то, чтобы не обжечь пальцы, приходится пользоваться тряпкой. Она тоже плохо проводит тепло и, предохраняя руку от ожога, служит теплоизоляцией.

Опыт

Распушите небольшой комок ваты и оберните им шарик термометра.
Теперь подержите некоторое время термометр на определенном расстоянии от какого-нибудь нагревателя и заметьте, как поднялась температура. Затем тот же комок ваты сожмите и туго обмотайте им шарик термометра и снова поднесите к лампе. Во втором случае ртуть поднимется гораздо быстрее.
Значит, сжатая вата проводит тепло намного лучше!

Высокие теплоизоляционные свойства вате придает воздух, заключенный между волокнами распушенной ваты (а не сама вата). Шерсть теплее, чем вата, именно потому, что ее волокнистая структура позволяет задерживать в себе еще больше воздуха.

На этом же принципе основано производство теплоизоляционных материалов для домостроения. В них делают как можно больше воздушных промежутков.

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ ГАЗА

Зимой вы применяете теплоизоляцию и надеваете теплое пальто или шубу. Воздух, который содержится между волокнами ваты или меха, как и всякий газ, плохой проводник тепла.

Итак, для того чтобы предохранить что-либо от холода, применяется теплоизоляция. Но и от излишнего тепла приходится принимать теплоизоляционные меры. Когда космический корабль на спуске с огромной скоростью летит в атмосфере Земли, его стенки трутся о воздух и сильно нагреваются. Для сохранения внутри корабля от высокой температуры экипажа и аппаратуры применяют теплоизоляционный, теплостойкий чехол. Он состоит из слоев плохо проводящих теплоту материалов.

Опыт 1

Уже говорилось о том, что газы плохо проводят тепло.
Возьмите алюминиевую тарелочку от детской посуды, поставьте ее на небольшой огонь и, когда она достаточно нагреется, налейте на нее половину чайной ложки воды

Вода не испарится мгновенно, как следовало бы ожидать. Вода перекатится плоским шариком — сфероидом на самое низкое место тарелочки и замрет там на раскаленном металле. Кажется странным, что вода не превращается сразу в пар. Конечно, вода испаряется, но этот самый пар, в который превращается вода, и предохраняет большую сфероидальную каплю от раскаленного металла. Пар в данном случае оказывается отличной теплоизоляцией.

Опыт 2

Когда вы гладите белье, переверните утюг и, если он достаточно нагрет, брызните на него водой. Она сразу превратится в маленькие круглые шарики, которые быстро покатятся по утюгу.

Эти мелкие шарообразные капельки тоже не испарились мгновенно, их тоже защитила от жара утюга паровая прослойка, «паровая подушка». На этой «паровой подушке» водяные шарики и пропутешествовали по раскаленному утюгу.

Опыт 3

Возьмите несколько маленьких кусочков сухого льда, положите их на гладкую поверхность алюминиевой тарелки. Наклоняйте тарелку в разные стороны. Кусочки сухого льда будут легко скользить по гладкой поверхно-сти. Теплая поверхность алюминиевой тарелки (ее температура отличается от температуры сухого льда по крайней мере на 100 градусов) помогает углекислому газу более бурно выделяться. Под кусочками сухого льда получаются «углекислые подушки», на них и происходит скольжение.

Коробицын Денис

Теплопроводность различных материалов при увеличении температуры нагрева.

Скачать:

Предварительный просмотр:

IВВЕДЕНИЕ

Однажды, я задал вопрос маме, почему она всегда дает нам деревянные ложки, когда мы садимся кушать. Она ответила, что деревянные нагреваются медленнее, чем железные и ими не обожжешься. Я задумался, ведь я замечал, что металлические предметы очень быстро нагреваются, а вот почему? Оказалось, что у всех твердых материалов есть такое свойство, называется – теплопроводность. Мне стало интереснокакие материалы проводят тепло быстрее, а какие медленнее, и что случится если увеличить температуру нагрева, будут ли эти материалы нагреваться в таком же порядке?

Гипотеза: я думаю, что разные материалы имеют разную теплопроводность и что с увеличением температуры нагрева, они будут нагреваться в том же порядке.

Объект: теплопроводность.

Предмет: теплопроводность некоторых материалов.

Цель: Определить, почему по-разному нагреваются различные предметы, притом, что они нагревались в одинаковых условиях, но были изготовлены из разных материалов.

Задачи:

1) изучить литературу и материалы интернета по вопросу теплопроводности материалов;

2) провести опыт, с целью определения, теплопроводности материалов;

3) познакомить одноклассников с изученной темой.

Для реализации данных задач и подтверждения гипотезы:

1. Подберу научную литературу по по вопросу теплопроводности материалов;
2. Изучу данную литературу и сделаю выводы;
3. Для подтверждения теоритических выводов проведу зксперемент;
4. По результатам эксперимента сделаю выводы;
5. С результатами данных выводов познакомлю одноклассников

II ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Что такое теплопроводность?

Основной источник тепла на Земле - Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т.д.

Ответить на вопрос, что такое теплота, удалось не сразу. Лишь в XVIII веке стало ясно, что все тела состоят из молекул, что молекулы движутся и взаимодействуют друг с другом. Тогда ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении - уменьшается.

Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела более нагретого к телу менее нагретому.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).

1. Снег - пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.

2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.

3. Вещества с хорошей теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2.1 Проведение эксперимента

Для проведения эксперимента мне понадобилось: стеклянная миска, деревянная, металлическая и пластмассовая ложка, стеклянная трубка, пластилин, фишки, маргарин, секундомер, лист для записи результатов и ручка.

Приготовив все необходимые материалы я приступил к проведению опыта. Я установил ложки и стеклянную трубку вертикально в миску и прикрепил их с помощью пластилина к краям миски. Затем с помощью одинаковых кубиков маргарина я прикрепил фишки к каждому предмету. Далее заполнил миску теплой водой и включил секундомер. Я рассчитывал провести опыт с теплой водой, а затем с кипятком.

После того, как прошло 10 минут, а не одна фишка не сдвинулась с места, я решил, что температура воды недостаточная, для того, чтобы растопить маргарин.

Я слил теплую воду и аккуратно залил кипяток, включил секундомер. Далее я записал, в какой последовательности соскальзывали фишки с предметов:

металлическая ложка – 52 секунды;

стеклянная трубка – 4 минуты 13 секунд;

пластмассовая ложка – 5 минут 7 секунд;

деревянная ложка – 6 минут 18 секунд.

Хочу добавить, что когда соскользнула фишка с металлической ложки, через две минуты я добавил еще кипятка, потому, что маргарин под остальными фишками не таял.

Таким образом, я выяснил, что лучшим проводником тепла является металл, а хуже всех выбранных материалов тепло проводит деревянные предметы. Это значит, что металл имеет высокую теплопроводность, он быстро нагревается и быстро остывает, а дерево наоборот имеет низкую теплопроводность, медленно нагревается и медленно остывает. Еще, я заметил, металлическая ложка нагрелась меньше, чем за минуту, другие предметы нагревались гораздо дольше, это значит, что металл проводит тепло очень быстро, в отличии от пластмасса, стекла и дерева.

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в результате проведенной работы я выяснил, что теплопроводность это свойство твердых материалов, которое позволяет оценить, как быстро нагревается и остывает тот или иной материал.

В результате проведения опыта было установлено, что самая высокая теплопроводность у металлических предметов, затем у стекла, далее упластмасса и самой маленькой теплопроводностью обладает дерево.

Гипотезу удалось проверить частично, так как температура теплой воды была мала и первую часть опыта провести не удалось. Однако во второй части опыта мы подтвердили гипотезу - разные материалы имеют разную теплопроводность.

IV СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. А. В. Перышкин, Учебник физики - М.: Дрофа, 2010г, - с.11-14

2. Материалы сайта http://class-fizika.narod.ru/8_3.htm

3. Материалы сайта http://elementy.ru/trefil/21095

4. Материалы сайта http://www.fizika.ru/kniga/index.ph

5. Материалы сайта http://class-fizika.spb.ru/index.php/opit/726-op-teplpr

Предварительный просмотр:

I ВВЕДЕНИЕ……………………………………………………………………………………..3

II ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ…………………………….……………………………………………4

2.1 Что такое теплопроводность...………………………………………………………………4

2.2. Проведение эксперимента…………………………………………………………………..5

III ЗАКЛЮЧЕНИЕ……………………………………………………………………………....6

IV СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ…………………………………………………………...………7

Предварительный просмотр:

Чтобы пользоваться предварительным просмотром презентаций создайте себе аккаунт (учетную запись) Google и войдите в него: https://accounts.google.com

Подписи к слайдам:

Муниципальное автономное образовательное учреждение «Средняя общеобразовательная школа №8 с углубленным изучением отдельных предметов г.Назарово Красноярского края» Теплопроводность материалов Автор: Коробицын Денис 4«В » класс Руководитель: Адольф Е.Я., учитель начальных классов Назарово 2015

Цель: определить, почему по-разному нагреваются различные предметы, притом, что они нагревались в одинаковых условиях, но были изготовлены из разных материалов. Гипотеза: я думаю, разные материалы имеют разную теплопроводность и что с увеличением температуры нагрева, они будут нагреваться в том же порядке.

Задачи: 1) изучить литературу и материалы интернета по вопросу теплопроводности материалов; 2) провести опыт, с целью определения теплопроводности материалов; 3) познакомить одноклассников с изученной темой.

В 18 веке ученые поняли, что теплота связана со скоростью движения молекул. При нагревании тел скорость молекул увеличивается, а при охлаждении уменьшается. Тепло передается от более нагретого тела к менее нагретому.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух.

Для проведения эксперимента мне понадобилось: стеклянная миска, деревянная, металлическая и пластмассовая ложка, стеклянная трубка, пластилин, фишки, маргарин, секундомер, лист для записи результатов и ручка.

Последовательность соскальзывания фишки с предметов: металлическая ложка – 52 секунды; стеклянная трубка – 4 минуты 13 секунд; пластмассовая ложка – 5 минут 7 секунд; деревянная ложка – 6 минут 18 секунд.

Самая высокая теплопроводность у металла, это значит он быстро нагревается и быстро остывает. Вторым по теплопроводности оказалось стекло, третий – пластмасс. Самая плохая теплопроводность у дерева, оно медленно нагревается и медленно остывает.

Гипотезу удалось проверить частично, так как температура теплой воды была мала и первую часть опыта провести не удалось. Однако во второй части опыта я подтвердил гипотезу - разные материалы имеют разную теплопроводность.

СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!