домашнее задание для 8-9 классов на 26.04.2015 г

Тепловые явления
Формулы:
Краткая теория
Все тела состоят из молекул, которые находятся в непрерывном
движении. Нам уже известно что, диффузия при более высокой температуре
происходит быстрее. Это означает что скорость движения молекул и
температура связаны между собой. При повышении температуры скорость
движения молекул увеличивается, при понижении уменьшается.
Следовательно, температура тела зависит от скорости движения молекул.
Явления, связанные с нагреванием и охлаждением тел называются
тепловыми. Например, охлаждение воздуха, таяние льда. Каждая молекула в
теле движется по очень сложной траектории. Так, например частицы газа
движутся на больших скоростях в разных направлениях, сталкиваются друг с
другом и со стенками сосуда.
Беспорядочное движение частиц, из которых состоит тело, называется
тепловым движением.
Расширение твердых тел.
При нагревании амплитуда колебания молекул увеличивается,
расстояние между ними возрастает, и тело заполняет больший объем.
Твердые тела при нагревании расширяются во всех направлениях.
Расширение жидкостей.
Жидкости расширяются значительно сильнее твердых тел. Они также
расширяются во всех направлениях. Вследствие большой подвижности
молекул жидкость принимает форму сосуда, в котором находится.
Тепловое расширение жидкостей тоже можно подтвердить на опыте. В
одинаковые колбы нальем: в одну — воду, а в другую — такой же объем
спирта. Колбы закроем пробками с трубками. Начальные уровни воды и
спирта в трубках отметим резиновыми кольцами (а). Поставим колбы в
емкость с горячей водой. Уровень воды в трубках станет выше. Вода и спирт
при нагревании расширяются. Но уровень в трубке колбы со спиртом выше
(б). Значит, спирт расширяется больше. Следовательно, тепловое расширение
разных жидкостей, как и твердых веществ, неодинаково.
Расширение газов
А испытывают ли тепловое расширение газы? Ответим на вопpoс с
помощью опыта. Закроем колбу с воздухом пробкой с изогнутой трубкой. В
трубке (а) находится капля жидкости. Достаточно приблизить руки к колбе,
как капля начинает перемещаться вправо (б). Это подтверждает тепловое
расширение воздуха при его даже незначительном нагревании. Причем, что
очень важно, все газы, в отличие от твердых веществ и жидкостей, при
нагревании расширяются одинаково.
Учет и использование теплового расширения в технике.
В быту и технике тепловое расширение имеет очень большое значение.
На электрических железных дорогах необходимо зимой и летом сохранять
постоянное натяжение провода, питающего энергией электровозы. Для этого
натяжение провода создается тросом, один конец которого соединен с
проводом, а другой перекинут через блок и к нему подвешен груз.
При сооружении моста один конец фермы кладется на катки. Если
этого не сделать, то при расширении летом и сжатии зимой ферма будет
расшатывать устои, на которые опирается мост.
При изготовлении ламп накаливания часть провода проходящего
внутри стекла необходимо делать из такого материала, коэффициент
расширения которого такой же как у стекла иначе оно может треснуть.
Приведенные выше примеры далеко не исчерпывают роль и различные
применения теплового расширения в быту и технике.
Термометры.
Термометры всегда показывают собственную температуру. Только
через определенное время эта температура становится равной температуре
окружающей среды. Иначе говоря, термометрам свойственна определенная
инерционность.
Устройство и действие самого простого термометра было основано на
тепловом расширении вещества. Термометр представлял собой стеклянный
баллончик, соединенный с тонкой трубкой (капилляром). Баллончик
заполнялся ртутью или подкрашенным спиртом. Для изготовления шкалы
определялись положения уровней жидкости в трубке при опускании
баллончика в тающий снег или лед (а) и кипящую воду (б). Положение
уровня жидкости в трубке, когда баллончик был в тающем льде,
принималось за нулевое (см. а), а температура тающего льда — за ноль
градусов. Второму положению уровня соответствовала температура кипящей
воды, принятая за 100 градусов. Длина столбика между 0 и 100 градусами
делилась на 100 равных частей. Одно деление означало один градус. Такая
шкала впервые была предложена шведским ученым А. Цельсием в 1742 г.
Поэтому она называется стоградусная шкала Цельсия, а единица шкалы —
градусом Цельсия (°С).
Жидкостные термометры.
Длина столбика жидкости ртути, спирта, толуола, пентана и других
служит мерой температуры. Интервал измерения ограничен температурами
кипения и замерзания жидкости в термометре.
Металлические термометры.
Металлический термометр представляет собой биметаллическую
пластину, т. е пластинку, сваренную из полосок двух различных металлов.
Вследствие разницы в тепловых расширениях металлов пластинка при
нагревании будет изгибаться. Из длинной пластинки сгибают спираль.
Наружный конец спирали закрепляют, а к внутреннему прикрепляют
стрелку, которая указывает по шкале определённую температуру
Термометры сопротивления.
Сопротивление металлов меняется с температурой. Сила тока в цепи
зависит от сопротивления проводника, а следовательно и от его температуры.
Преимущество термометра сопротивления состоит в том, что измерительный
прибор и место, где измеряется температура могут быть разнесены на
приличное расстояние.
Особенности теплового расширения воды.
Коэффициент объемного расширения слабо зависит от температуры.
Вода является исключением и коэффициент расширения воды сильно
зависит от температуры, а в интервале от 0 до 4 градусов С принимает
отрицательное значение. Другими словами объём воды уменьшается от 0 до
4 градусов С, а затем возрастает.
Значение теплового расширения в природе.
Тепловое расширение воздуха играет большую роль в явлениях
природы. Тепловое расширение воздуха создает движение воздушных масс в
вертикальном направлении (нагретый, менее плотный воздух поднимается
вверх, холодный и менее плотный вниз). Неравномерный нагрев воздуха в
разных частях земли приводит к возникновению ветра. Неравномерный
разогрев воды создает течения в океанах.
При нагревании и охлаждении горных пород вследствие суточных и
годовых колебаний температуры (если состав породы неоднороден)
образуются трещины, что способствует разрушению пород.
Внутренняя энергия.
Существует два вида механической энергии: кинетическая и
потенциальная. Чем больше температура тела, тем больше средняя
кинетическая энергия его молекул. Потенциальная энергия определяется
взаимным расположением взаимодействующих тел или его отдельных
частей.
Кинетическая и потенциальная энергия – это два вида механической
энергии, они могут превращаться друг в друга.
Кинетическая энергия всех молекул, из которых состоит тело, и
потенциальная энергия их взаимодействия составляют внутреннюю энергию
тела.
Внутренняя энергия тела зависит от температуры, состояния вещества.
Внутренняя энергия тела не зависит от скорости движения и
положения тела относительно других тел.
Способы изменения внутренней энергии
Все тела состоят из молекул, которые непрерывно движутся и
взаимодействуют друг с другом. Они обладают одновременно
кинетической и потенциальной энергией.
Эти энергии и составляют
внутреннюю энергию тела.
Таким образом, внутренняя энергия - это энергия движения и
взаимодействия частиц
из которых состоит тело. Внутренняя энергия
характеризует тепловое состояние тела.
Внутренняя энергия тела зависит от средней кинетической энергии его
молекул, а эта энергия, в свою очередь, зависит от температуры. Поэтому,
изменяя температуру тела, мы изменяем и его внутреннюю энергию. При
нагревании тела его внутренняя энергия увеличивается, при охлаждении
уменьшается. Внутреннюю энергию тела можно изменить путем совершения
над телом работы, в частности трением.
Итак, путем трения можно повысить температуру вещества. При
трении предметы нагреваются. Также предметы нагреваются при ударах,
давлении, то есть, иными словами, при взаимодействии. Всем известно, как
добывали огонь в древности – либо терли деревяшки друг о друга, либо
стукали кремнием по другому камню.
Совершая над телом работу (например, ударяя по куску свинца
молотком, сгибая и разгибая проволоку, перемещая один предмет по
поверхности другого или сжимая газ, находящийся в цилиндре с поршнем),
мы увеличиваем его внутреннюю энергию. Если же тело само совершает
работу (за счет своей внутренней энергии), то внутренняя энергия тела
уменьшается и тело охлаждается.
Итак, существует два способа изменить внутреннюю энергию тела или
системы тел. Первый способ – это совершение работы. Второй способ –
теплопередача.
Если работу совершает само тело, то его внутренняя энергия
уменьшается. Если работу совершают над телом, то внутренняя энергия тела
увеличивается. При этом происходит превращение механической энергии во
внутреннюю, или, наоборот, внутренней в механическую.
Если в результате теплопередачи тело остывает, то его внутренняя
энергия уменьшается. Если же телу передается тепло, то его внутренняя
энергия увеличивается.
Пример увеличения внутренней энергии тела за счет
работы: сжатие газа (при этом он нагревается).
Пример уменьшения внутренней энергии тела за счет работы:
расширение газа (при этом газ охлаждается).
Теплопередача представляет собой способ изменения внутренней
энергии тела без совершения работы. При этом передающуюся энергию
называют количеством теплоты (Q, Дж). Тело получает ровно то количество
теплоты, которое ему отдает другое тело, т. е. теплопередача подчиняется
закону сохранения энергии.
В любом случае изменение внутренней энергии тела отражается в
изменении его температуры.
Изменение внутренней энергии тела за счет работы и теплопередачи
может происходить в один и тот же момент времени, т. е. эти два способа
работают совместно.
1. Теплопроводность- это вид теплообмена, при котором происходит
непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к
частицам его менее нагретой части. При теплопроводности само вещество не
перемещается вдоль тела - переносится лишь энергия.
Наибольшей теплопроводностью обладают металлы, особенно серебро
и медь. У жидкостей (за исключением расплавленных металлов)
теплопроводность невелика. У газов она еще меньше, так как молекулы их
находятся сравнительно далеко друг от друга и передача энергии от одной
частицы к другой затруднена.
2. Конвекция- это теплообмен в жидких и газообразных средах,
осуществляемый потоками (или струями) вещества.
Общеизвестно,
например, что жидкости и газы обычно нагревают снизу. Чайник с водой
ставят на огонь, радиаторы отопления помещают под окнами около пола.
Случайно ли это?
Поместив руку над горячей плитой или над включенной лампой, мы
почувствуем, что от плиты или лампы вверх поднимаются теплые струи
воздуха.
3. Лучистый теплообмен - это теплообмен, при котором энергия
переносится различными лучами. Это могут быть солнечные лучи, а также
лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.
Так, например, сидя около камина или костра, мы чувствуем, как тепло
передается от огня нашему телу.
Разгадайте кроссворд:
1. Величина, от которой зависит интенсивность излучения.
2. Вид теплопередачи, который может осуществляться в вакууме.
3. Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над
телом или самим телом.
4. Основной источник энергии на Земле.
5. Смесь газов. Обладает плохой теплопроводностью.
6. Процесс превращения одного вида энергии в другой.
7. Металл, имеющий самую хорошую теплопроводностью.
8. Разреженный газ.
9. Величина, обладающая свойством сохранения.
10. Вид теплопередачи, который сопровождается переносом вещества.
Разгадав кроссворд, вы получите слово, которое является синонимом к
слову «теплопередача». (Какое это слово??)
1.
2.
3.
4.
5.
Качественные вопросы
Что называют тепловым расширением тел?
Приведите примеры теплового расширения (сжатия) твердых тел,
жидкостей, газов.
Чем отличается тепловое расширение газов от теплового расширения
твердых тел и жидкостей?
Чем объяснить значения нижнего и верхнего пределов измерения
медицинского термометра
Можно ли измерить бытовым термометром температуру одной капли
воды? Почему?
Количественные задачи
1. Какое количество льда, взятого при температуре -100С, можно растопить,
затратив энергию 780 Дж? Удельная теплоемкость льда 2,1кДж/(кг*К),
удельная теплота плавления льда равна 333кДж/кг (Ответ: 2г)
2. В двух калориметрах налито по 200 г воды при температурах +30 °С и +55
°С. Из «горячего» калориметра зачерпывают 50 г воды, переливают в
«холодный» и перемешивают. Затем из «холодного» зачерпывают 50 г воды,
переливают в «горячий» и перемешивают. Процесс переливания тудаобратно повторяют еще раз. Какова будет разница температур в
калориметрах после двух таких переливаний туда-обратно. Потерями тепла в
процессе переливаний и теплоемкостью калориметров пренебречь.
(Ответ:90С)
(Ответ: 730С)
4. На какую высоту можно поднять груз массой 1т, если на подъем
использовать энергию, равную энергии, освобождаемой при остывании
одного стакана воды от 1000С до 200С? Объем стакана 250 мл, плотность
воды принять 1000кг/м3, ускорение свободного падения принять равным 10
м/с2, удельная теплоемкость воды равна 4,2 кДж/(кг*К) (Ответ: 8,4м)
5.
Ответ: 1.
2.
Вопросы, связанные с решением задач, а также любые вопросы,
касающиеся тем занятий и интересующих тем по физике можно задавать
по e-mail: [email protected] с пометкой «ЦДО».