Материал на тему Тепловые процессы

МБОУ «СОШ №1» Г.Алексина

Экзаменационная работа по физике на тему:

«Тепловые процессы»

Выполнила:

Ученица 9 класса «Б»

Шулякова Татьяна

Проверила:

Учитель физики: Кудинова М. А.

Город Алексин, 2012 год

• Титульный лист

• Содержание

• Введение

• Общие сведения о тепловых явлениях

• Общие сведения о тепловых процессах

• Теплообмен:

1) теория

2) опыты

• Нагревание:

1) теория

2) опыт

• Охлаждение:

1) теория

2) опыт

• Плавление:

1) теория

2) опыт

• Кристаллизация:

1) теория

2) опыт

• Парообразование:

1) теория

2) разновидности

• Кипение:

1) теория

2) опыт

• Испарение:

1) теория

2) опыт

• Конденсация:

1) теория

2) опыт

• Сгорание:

1) теория

2) опыт

• Значение тепловых процессов

• Заключение

• Список литературы

Тепловые явления - явления, связанные с изменением температуры (нагреванием, охлаждением) тел и веществ. Тепловые процессы являются разновидностью тепловых явлений - это процессы, при которых меняется температура тел и веществ, а также возможно изменение их агрегатных состояний.

Тепловые процессы широко распространены на Земле. В природе это нагревание земли солнечными лучами, таяние ледников, образование снега, выпадение осадков, испарение воды, и многие другие явления. В технике тепловые процессы используются в тепловых двигателях и холодильных установках, широко применяются в металлургии, химической промышленности, электроэнергетике и так далее.

Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Их значение трудно переоценить. Действительно, ведь с изменение температуры на 20-30°С при смене времени года вокруг нас все стремительно меняется. От температуры окружающей среды зависит возможность жизни на Земле.

Люди добились относительной независимости от окружающей среды после того как научились добывать и поддерживать огонь. Это было одним из величайших открытий, сделанных на заре развития человечества, которое способствовало его дальнейшему развитию.

Без тепловых процессов мы не смогли бы делать многие привычные вещи, например, подогреть еду, взятую из холодильника, остудить горячий суп, «разморозить» холодильник, чтобы он не испортился, вскипятить чайник, чтобы заварить чай, высушить белье, приготовить еду на плите, развести костер в лесу. Мы бы никогда не увидели дождь, снег, росу и многое другое.

Тепловые процессы важны в нашей жизни, без них невозможно нормальное существование человека на Земле. Именно поэтому необходимо изучать их как можно более подробно, ведь они сопровождают нас повсюду.

Одним словом, тепловые процессы - неотъемлемая часть жизни людей. Именно поэтому им посвящена моя исследовательская работа по физике.

Доказать важность тепловых процессов в жизни человека.

• Изучить теорию по данной теме;

• На практике рассмотреть существование тепловых процессов.

Тепловые явления - явления, связанные с изменением температуры (нагреванием, охлаждением) тел и веществ.

Известно, что температура тела напрямую зависит от скорости движения молекул. Чем эта скорость больше, тем температура тел выше, и наоборот: чем скорость меньше, тем температура ниже. Это позволяет сделать вывод о том, что температура тела находится в тесной связи с энергией движущихся частиц (со средней кинетической энергией тела). Беспорядочное движение таких частиц, из которых состоят тела, называют тепловым движением.

Тепловое движение - процесс хаотического (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество. Хаотичность - важнейшая черта теплового движения. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул.

• Броуновское движение - это движение видимых взвешенных в веществе частиц (посторонних частиц, а не самого вещества).

• Диффузия - это процесс взаимного проникновения молекул одного вещества между молекулами другого, приводящий к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму.

Тепловые процессы - разновидность тепловых явлений; процессы, при которых меняется температура тел и веществ, а также возможно изменение их агрегатных состояний.

Тепловые процессы:

• Нагревание

• Охлаждение

• Плавление

• Кристаллизация

• Парообразование

• Кипение

• Испарение

• Конденсация

• Сгорание

Агрегатное состояние - состояние вещества, характеризующееся определёнными качественными свойствами: способностью или неспособностью сохранять объём и форму, текучестью и другими.

Выделяют три основных агрегатных состояния: твёрдое тело, жидкость и газ.

Наглядным примером изменения агрегатных состояний с изменением температуры является обычное вещество - вода:

При t < 0°C - твердое вещество (лёд)

При 0°C < t < 100°C - жидкое вещество (вода)

При t > 100°C - газообразное вещество (пар)

Теплообмен (теплопередача) - физический процесс передачи тепловой энергии от более горячего тела к более холодному либо непосредственно (при контакте), либо через разделяющую (тела или среды) перегородку из какого-либо материала. Когда физические тела одной системы находятся при разной температуре, то происходит теплопередача от одного тела к другому до наступления теплового равновесия. Самопроизвольная передача тепла всегда происходит от более горячего тела к более холодному.

Всего существует три простых (элементарных) вида передачи тепла:

• Теплопроводность - это перенос тепловой энергии структурными частицами вещества в процессе их теплового движения. Такой теплообмен может происходить в любых телах с неоднородным распределением температур, но механизм переноса теплоты и скорость будут зависеть от агрегатного состояния вещества.

• Конвекция - это явление переноса теплоты в жидкостях или газах путем перемешивания самого вещества (как вынужденно, так и самопроизвольно).

• Тепловое излучение - это излучение, испускаемое нагретыми телами за счёт их тепловой энергии.

Существуют также различные виды сложного переноса тепла, которые являются сочетаниями элементарных видов.

Рассмотри все три способа теплообмена на опытах.

Опыт 1: Теплопроводность.

Известно, что теплопроводность различных веществ неодинакова. Также известно, что самой высокой теплопроводностью среди других веществ обладают металлы. На этом основании я провела опыт: в кружку с горячим чаем опустила серебряную ложку. Через некоторое время часть ложки, не погруженная в чай, нагрелась. Это свидетельствует о том, что произошла теплопередача путем теплопроводности.

Опыт 2: Конвекция.

Чтобы на опыте обнаружить конвекцию, я включила обогреватель. Вскоре после его включения, возле обогревателя и в верхней части помещения стало заметно теплее, в то время как в нижней части помещения было холоднее. Через некоторое время температура в помещении стала одинаковой. Это произошло благодаря самопроизвольному перемешиванию (конвекции) воздушных потоков.

Опыт 3: Тепловое излучение.

Чтобы обнаружить на опыте тепловое излучение, я включила обычную настольную электрическую лампу накаливания. Через некоторое время я подставила ладонь под её свет на расстоянии приблизительно в 10 сантиметров. Вскоре я почувствовала тепло, исходящее от лампы. Это свидетельствует о том, что от электрической лампы произошло тепловое излучение.

Нагревание - процесс повышения температуры тела или вещества. Этот процесс сопровождается поглощением энергии (теплоты) из окружающей среды. При нагревании агрегатное состояние вещества не изменяется.

Формула для вычисления количества теплоты при нагревании:

Q = cm(t₂ - t₁),

где Q - количество теплоты,

с - удельная теплоемкость вещества (табличная величина),

m - масса вещества,

t₁ - начальная температура,

t₂ - конечная температура,

а (t₂ - t₁) - разность между конечной и начальной температурами.

Опыт 4: Нагревание.

Я решила обнаружить нагревание на опыте.

1. Я налила воду из крана в стакан и измерила её температуру (20°C).

2. Затем я поставила стакан на батарею, и через некоторое время измерила температуру воды (30°C).

3. Подержав стакан с водой ещё некоторое время на самой горячей батарее, я еще раз измерила температуру (50°C).

Как видно из опыта, внешних признаков нагревания нет, но термометр показывает увеличение температуры сначала на 10°C, а потом и на 20°C.

Охлаждение - процесс, обратный нагреванию; процесс понижения температуры тела. Охлаждение сопровождается выделением энергии (теплоты) в окружающую среду. При охлаждении агрегатное состояние вещества не изменяется.

Формула аналогичная нагреванию:

Q = cm(t₂ - t₁)

Все буквенные обозначения сохраняются,

но так как теплота выделяется, то Q получает отрицательное значение

(из-за превышения t₁ над t₂).

Опыт 5: Охлаждение.

Я решила обнаружить охлаждение на опыте.

1. Из крана в стакан я налила горячую воду и измерила её температуру (50°C).

2. Стакан с водой некоторое время стоял в холодном месте, после чего температура воды изменилась (20°C).

Как видно из опыта, охлаждение также не имеет внешних признаков, но термометр показывает понижение температуры на 30°C.

Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Этот процесс сопровождается поглощением энергии (теплоты) из окружающей среды.

Количество теплоты, затрачиваемой на плавление тела, вычисляется по формуле:

Q = λm,

где Q - количество теплоты,

m - масса тела (вещества),

λ - удельная теплота плавления (табличная величина).

Для каждого вещества существует своя определенная температура плавления - температура, при которой начинается процесс перехода вещества из твердого состояния в жидкое.

Во время плавления температура остается постоянной.

Опыт 6: Плавление.

Плавление легко обнаруживается на опыте.

1. Я достала из морозильной камеры холодильника несколько кубиков твердого вещества - льда.

2. Через некоторое время появилась вода - лед начал таять.

3. Спустя некоторое время весь лед растаял, то есть полностью перешел из одного агрегатного состояния (твердого) в другое (жидкое).

Во время опыта ясно наблюдается процесс изменения агрегатного состояния вещества с твердого на жидкое вследствие плавления.

Кристаллизация (отвердевание) - процесс, обратный плавлению; это переход вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Кристаллизация сопровождается выделением энергии (теплоты) в окружающую среду.

Количество выделяемой теплоты вычисляется по той же формуле, что и при плавлении:

Q = λm,

где все буквенные обозначения сохраняются.

Жидкие вещества начинают свою кристаллизацию при той температуре, при которой аналогичные им твердые вещества начинают плавиться. Это температура называется температурой кристаллизации (отвердевания).

Во время кристаллизации температура также остается постоянной.

Опыт 7: Кристаллизация.

Чтобы обнаружить кристаллизацию, я провела опыт.

1. Я наливала воду из крана в стакан и поставила в морозильную камеру холодильника.

2. Через некоторое время начался процесса отвердевания вещества.

3. Вскоре вся вода в стакане полностью превратилась в лед, то есть кристаллизовалась.

Во время опыта ясно наблюдается процесс изменения агрегатного состояния вещества с жидкого на твердое вследствие кристаллизации.

Парообразование - процесс перехода вещества из жидкого состояния в газообразное. При парообразовании энергия (теплота) из окружающей среды поглощается.

Количество теплоты, поглощаемой из окружающей среды при парообразовании, вычисляется по формуле:

Q = Lm

или

Q = rm,

где Q - количество теплоты,

m - масса вещества,

L, r - удельная теплота парообразования (табличная величина).

Парообразование может осуществляться двумя способами:

испарением и кипением.

Кипение - процесс парообразования; интенсивный переход жидкости в пар, происходящий с образованием пузырьков пара по всему объему жидкости при определенной температуре.

Температура кипения - температура, при которой то или иное вещество начинает закипать. Для разных веществ эта температура различна.

Во время процесса кипения температура жидкости не меняется, то есть остается постоянной.

Опыт 8: Кипение.

С кипением мы каждый день сталкиваемся в быту.

1. Я налила в чайник воду и поставила его на огонь.

2. Начинается процесс интенсивного нагревания, а затем и кипения воды, о чем свидетельствует пар, выходящий из носика чайника и пузырьки пара по всему объему воды в нем.

По внешним признакам (пузырьки пара по всему объему воды, пар из носика чайника) мы можем сказать, что вода кипит, то есть происходит процесс парообразования посредством кипения.

Испарение - процесс парообразования, явление превращения жидкости в пар.

Испарение может происходить как с закрытой,

так и с открытой поверхности жидкости.

Испарение зависит от:

• Температуры вещества

(чем выше температура, тем интенсивнее испарение; чем ниже температура, тем менее интенсивно испарение);

• Площади поверхности жидкости

(чем больше площадь, тем активнее испарение; чем меньше площадь, тем менее активно испарение);

• Наличия ветра

(при наличии ветра испарение идет более активно);

• Рода вещества

(разные вещества испаряются с разной скоростью).

Опыт 9: Испарение.

Я решила обнаружить испарение на опыте.

1. Я взяла обычную аромалампу, налила в неё воды, добавила ароматическое масло и зажгла свечку.

2. Через некоторое время я почувствовала аромат масла в воздухе. Вода в лампе не кипела, а значит, частички масла распространились по комнате вместе с частичками воды благодаря испарению.

На основе опыта можно сделать вывод, что вода вместе с ароматическим маслом распространились по комнате благодаря испарению.

Конденсация - процесс, обратный парообразованию, при котором вещество переходит из газообразного состояния в жидкое.

Конденсация сопровождается выделением энергии (теплоты) в окружающую среду.

Количество выделяемой теплоты при конденсации вычисляется по той же формуле, что и при парообразовании:

Q = Lm

или

Q = rm,

где все буквенные обозначения сохраняются.

Опыт 10: Конденсация.

Я решила обнаружить на опыте конденсацию.

1. Я налила в чайник воду, поставила его на огонь и подождала, пока вода закипит и из носика чайника пойдет пар.

2. Затем я поднесла к носику чайника холодное зеркало, и подержала его так несколько минут.

3. На зеркале четко видны капли конденсировавшегося водяного пара.

Явление конденсации можно наблюдать летом, ранним прохладным утром. Капельки воды на траве и цветах - роса - свидетельствуют о том, что водяной пар, содержавшийся в воздухе, конденсировался.

На основе опыта можно сделать вывод, что пар изменил свое агрегатное состояние благодаря

конденсации.

Сгорание - процесс сжигания топлива, сопровождающийся выделением энергии. Эта энергия используется в различных сферах нашей жизни.

Выделение энергии при сжигании объясняется тем, что атомы соединяются в молекулы, не совершая при этом работы по преодолению сил притяжения между ними.

Количество теплоты, выделяемой при сгорании, вычисляется по формуле:

Q = qm,

где Q - количество выделяемой теплоты,

q - удельная теплота сгорания топлива (табличная величина),

m - масса вещества.

Опыт 11: Сгорание.

Каждый день мы можем наблюдать, как сгорает природный газ в горелке плиты. Это и есть процесс сгорания топлива. Также процессом сгорания топлива является процесс сжигания дров.

Поэтому, чтобы провести опыт по сгоранию топлива, достаточно только зажечь газовую горелку или спичку.

По внешним признакам можно судить о том, что идет процесс сгорания топлива.

Значение тепловых явлений в жизни человека исключительно велико. Достаточно сказать, что изменение температуры организма всего на 0,5°С означает заболевание. Температура внешней среды в любом районе Земли колеблется в значительных пределах и в течение суток, и в течение года. Защитные механизмы организма не в состоянии компенсировать изменение температуры при теплообмене со средой, и нужно принимать какие-то дополнительные меры: изобретать соответствующую одежду, строить жилища с учетом условий местности, где живут люди, ограничивать пребывание человека в среде, температура которой намного выше или ниже температуры организма. Одежда и жилище народов крайнего Севера или жарких стран - просто кладезь мудрости и здравого смысла безвестных изобретателей.

Благодаря научным знаниям и достижениям созданы легкие, прочные малотеплопроводные материалы для одежды и защиты жилища, кондиционеры, вентиляторы и прочие приспособления. Это позволяет нам намного легче преодолевать трудности и многие проблемы, связанные с теплом. Но все же изучать тепловые явления необходимо, так как они имеют исключительно большое влияние на нашу жизнь.

В природе мы являемся свидетелями тепловых явлений, но порой, не обращаем внимания на их сущность. Например, летом идёт дождь, а зимой снег. Образуется роса на листьях. Появляется туман. Зимой моря и реки покрываются льдом, а весной этот лед тает. Образуются айсберги. Можно привести множество подобных примеров.

Знания о тепловых явлениях помогают людям конструировать обогреватели для домов, тепловые двигатели (двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины, реактивные двигатели и прочее), предсказывать погоду, плавить металл, создавать теплоизоляционные и термостойкие материалы, которые используются всюду - от постройки домов до космических кораблей.

В ходе своей исследовательской работы я изучала наиболее распространенные тепловые процессы, такие как нагревание, охлаждение, плавление, кристаллизация, парообразование, кипение, испарение, конденсация и сгорание.

Кроме того, в работе были затронуты такие темы, как теплообмен, способы теплообмена, тепловое движение, агрегатные состояния веществ, а также общая теория по тепловым явлениям и тепловым процессам.

Были изучены основные формулы вычисления количества теплоты при том или ином тепловом процессе.

На основе простейших опытов рассматривалось то или иное тепловое явление. Опыты сопровождаются демонстрационными картинками.

Итак, на основе проделанной работы я могу сделать вывод.

• Теория по теме «Тепловые явления» изучена;

• На практике с помощью одиннадцати опытов рассмотрено существование различных тепловых процессов;

• Доказана важность тепловых процессов в жизни человека.

Следовательно, поставленная цель и задачи

исследовательской работы выполнены.

Список материалов, использованных при подготовке работы.

• images.yandex.ru/

• Учебник по физике за 8 класс (Перышкин)

• wikipedia.org/