Примеры теплообмена в природе и технике - Внутренняя энергия

Цели: углубить знания учащихся о видах теплообмена и их роли в природе и технике; рассмотреть примеры использования видов теплообмена в различных областях человеческой деятельности.

Демонстрации: работа термоса; работа вертушки над поверхностью горячей воды; рисунки, слайды, таблицы по примерам теплопередачи в природе и технике.

Ход урока

I. Повторение изученного. Проверка домашнего задания

Проверку усвоения пройденного материла можно провести как в виде тестирования (см. раздел «Проверочные тесты» в конце данного пособия), так и в виде самостоятельной работы.

Самостоятельную работу можно провести дифференцированно - подготовить карточки с заданиями четырех уровней сложности, например:

Уровень 1

1. Почему ручки кранов у баков с горячей водой делают деревянными?

2. Какие из перечисленных ниже веществ обладают хорошей теплопроводностью: медь, воздух, алюминий, вода, стекло, водяной пар?

Уровень 2

1. Что стынет быстрее: стакан компота или стакан киселя? Почему?

2. Обыкновенный или пористый кирпич обеспечит лучшую теплоизоляцию здания? Почему?

Уровень 3

1. Будет ли гореть свеча на борту космического орбитального комплекса?

2. Зачем на нефтебазах баки для хранения топлива красят «серебряной» краской?

3. Почему термосы изготавливают круглого, а не квадратного сечения?

Уровень 4

1. Какие тела - твердые, жидкие или газообразные - обладают лучшей теплопроводностью?

2. Когда парусным судам удобнее входить в гавань - днем или ночью?

3. Почему самая высокая температура воздуха не в полдень, а после полудня?

4. Почему тонкая полиэтиленовая пленка предохраняет растения от ночного холода?

Повторение можно провести и по вопросам учебника к изученному параграфу, добавив к ним несколько более интересных:

- При какой температуре и металл, и дерево будут казаться одинаково нагретыми?

- Почему форточки для проветривания комнаты помещают в верхней части окна?

- Почему снег в городе тает быстрее, чем в поле?

- Почему в низинах растения чаще гибнут от заморозков, чем на возвышенностях?

- Почему зимой в доме, где рамы двойные, теплее, чем в доме с однократным застеклением?

- Почему эскимосы зимой смазывают лицо жиром?

- В каком из двух сосудов закипит быстрее вода? Один сосуд светлый, а другой закопченный.

- Согласны ли вы с утверждением, что шуба «греет»?

II. Изучение нового материала

Материал урока связан с определением места изученных ранее явлений в нашей жизни, поэтому объяснение можно построить на привлечении различного дополнительного материала, который повысит познавательную деятельность учеников.

Говоря о конвекционных эффектах, можно привести в качестве примера ветры, которые постоянно дуют в земной атмосфере. Именно перенос ветрами огромной энергии, либо наоборот, приводит к заметному изменению погоды в данном регионе. Побережье любого теплого моря зимой всегда имеет более высокую среднюю температуру, чем материковые области, которые могут находиться южнее. Пример. Побережье Мурманской области и центральная Сибирь. Существование теплых и холодных морских течений - тоже примеры конвекционных явлений.

Часто можно в зоне промышленных предприятий увидеть высокие трубы из кирпича. Они служат для создания хорошей тяги. Теплый газ или дым легче холодного воздуха, и поэтому он поднимается вверх. Чем больше перепад давления внизу и вверху трубы, тем лучше тяга. Поэтому трубы и делают высокими. Ясно, что из двух труб одинаковой высоты лучшая тяга будет у кирпичной, нежели у металлической. Горячий воздух в металлической трубе остывает при подъеме быстрее, отчего тяга уменьшается.

Особое место занимает возможность отопления многоквартирных домов. Принцип отопления связан с циркуляцией горячей воды по трубам. Источником горячей воды являются котельные и ТЭЦ. Вода, циркулируя по трубам, отдает часть тепла, охлаждается, затем снова идет на нагрев в ТЭЦ. Любые изменения давления в системе регулируют при помощи расширительных баков.

В быту часто используют термосы. Они служат для сохранения горячей жидкости длительное время. Впрочем, в термосах также можно долго хранить и холодную жидкость. Основным элементом любого термоса является рабочий сосуд с двойными стенками, между которыми глубокое разрежение. Это - сосуд Дьюара. Английский ученый Джеймс Дьюар в конце XIX века изобрел такой сосуд. Чтобы исключить влияние излучения изнутри и снаружи, стенки сосуда делают зеркальными.

Можно в качестве примера провести опыт: налить в открытый сосуд и термос равные порции воды, нагретой до 70 °С. Затем, через 10-20 минут, измерить температуру в обоих сосудах. Ясно, что в термосе температура изменится очень слабо, а в открытом сосуде - заметно.

По ходу объяснения материала заранее подготовленные учащиеся делают сообщения по теме, остальные - дополняют, исправляют ответы.

III. Закрепление

Если в конце урока остается время, можно с целью закрепления изученного материала коллективно обсудить ряд качественных задач, например:

- Какой из видов теплопередачи играет основную роль в нагревании воды в чайнике?

- Человек греется у костра. Какой из трех видов теплопередачи играет главную роль в передаче тепла от костра к человеку?

- Почему не падают облака?

- Стакан наполовину заполнен кипятком. В каком из двух случаев получится менее горячая вода: а) если подождать 5 мин, а затем долить в стакан холодную воду; б) если сразу долить холодную воду, а затем подождать 5 мин?

- Когда тяга в трубах лучше - зимой или летом? Почему?

- На севере меховые шапки носят, защищаясь от холода, а на юге - от жары. Объясните целесообразность этого.

- Почему от закрытого окна, даже если оно плотно закрыто, дует (особенно зимой)?

Домашнее задание

1. § 4-6 учебника; вопросы и задания к параграфу.

2. Сборник задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 965, 976, 981.