Тепловые явления

МКОУ «СОШ № 4 р.п. Линево»

 

 

 

 

Реферат

На тему: «Тепловые явления».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Работу  выполнила: Стукаленко Кристина

Ученица 11 «А» класса

Руководитель: Федотова Надежда Юрьевна

 

 

 

2012 год

Содержание:

 

1. Введение
2. Тепловое движение. Температура
3. Внутренняя энергия
4. Теплопередача
5. Количество теплоты
6. Энергия топлива. Удельная теплота сгорания
7. Закон сохранения и превращение энергии в механических и  тепловых процессах
8. Список литературы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

«Тепловые явления» включает систему понятий, формирование которых имеет важное мировоззренческое и политехническое  значение. К ним относятся: тепловое движение, внутренняя энергия, способы  изменения внутренней энергии, количество теплоты, удельная теплоемкость вещества, изменение агрегатных состояний  вещества (плавление и отвердевание, испарение и конденсация) их объяснение на основе молекулярно-кинетических представлений, превращения энергии в механических и тепловых процессах, тепловые двигатели.

  Основные термины этой темы — «теплота», «количество теплоты», «теплоемкость», «тепловая передача», «теплообмен» — появились в период теплопроводных представлений, когда под теплотой понимали особую материальную среду.

  Для преодоления трудностей при изучении тем, связанных с формированием у нас школьников многих сложных и абстрактных понятий, надо идти по пути самого широкого использования демонстрационного и лабораторного физического эксперимента, решения задач и привлечения примеров из жизни, быта, природы и производства.

  Поэтому я предлагаю, собранный  и оформленный мной материал  использовать на уроках физики  в дальнейшем.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Тепловое движение. Температура

           В окружающем нас мире происходят различного рода физические явления, которые напрямую связанны с изменением температуры тел. Еще с детства мы знаем, что холодная вода при нагревании сначала становится едва теплой и лишь спустя определенное время горячей.

Такими  словами как «холодный», «горячий», «теплый», мы определяем различную  степень «нагретости» тел, или, если говорить языком физики на различную  температуру тел. Температура теплой воды немного выше температуры прохладной воды. Если сравнивать температуру  летнего и зимнего воздуха, то разница в температуре очевидна.

Температура тел измеряется с помощью термометра и выражается в градусах Цельсия (°C).

Как известно, диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Из этого следует, что скорость перемещения молекул и температура глубоко взаимосвязаны между собой. Если увеличить температуру, то скорость движения молекул увеличится, если уменьшить – понизится.

Таким образом, делаем вывод: температура тела напрямую зависит от скорости перемещения молекул.

Горячая вода состоит из абсолютно таких  же молекул, как и холодная. Разница  между ними состоит лишь в скорости передвижения молекул.

Явления, которые имеют отношение к  нагреву  или охлаждению тел, изменению температуры, получили название тепловые. К ним можно отнести нагревание или охлаждение воздуха, плавку метала, таяние снега.

Молекулы, либо атомы, которые являются основой всех тел, находятся в  бесконечном хаотичном движении. Количество подобных молекул и атомов в окружающих нас телах огромно. В объеме равном 1 см³ воды, содержится приблизительно 3,34×10²² молекул. Любая  молекула имеет очень сложную  траекторию движения. К примеру, частицы  газа, передвигающиеся с большими скоростями в различных направлениях, могут сталкиваться как друг c другом, так и со стенками сосуда. Таким  образом, они меняют свою скорость и  опять продолжают движение.

Рисунок №1 демонстрирует беспорядочное  движение частиц краски, растворенных в воде. Таким образом, делаем еще один вывод: Хаотичное движение частиц, которые составляют тела, называют тепловым движением.

 

 

 

Хаотичность является важнейшей чертой теплового  движения. Одним из самых главных  доказательств движения молекул является диффузия и Броуновское движение. Броуновское движение было открыто английским ботаником Робертом Броуном (1773-1858гг.).

 

Броуновское движение – движение мельчайших твердых частиц в жидкости под  воздействием ударов молекул. Как показывает наблюдение,  Броуновское движение не может прекратиться.

В жидкостях  молекулы могут колебаться, вращаться  и двигаться относительно других молекул. Если брать твердые тела, то в них молекулы и атомы колеблются около некоторых средних положениях.

В тепловом движении молекул и атомов участвуют абсолютно все молекулы тела, именно поэтому с изменением теплового движения меняется и состояние  самого тела, его различные свойства. Таким образом, если повысить температуру  льда то он начинает таять, принимая при  этом уже абсолютно другую форму - лед становится жидкостью. Если же наоборот, понижать температуру, к примеру, ртути, то она изменит свои свойства и из жидкости, превратится в твердое  тело. Температура тела напрямую зависит от средней кинетической энергии молекул.

ТЕМПЕРАТУРА — величина, которая характеризует тепловое состояние тела или иначе мера «нагретости» тела.

Чем выше температура тела, тем большую  в среднем энергию имеют его атомы и молекулы.

Приборы, служащие для измерения температуры называются термометрами.

Закон теплового равновесия:

У любой группы изолированных тел через какое-то время температуры становятся одинаковыми, т.е. наступает состояние теплового равновесия.

 Делаем очевидный вывод: чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул. И, наоборот, при понижении температуры тела, средняя кинетическая энергия его молекул уменьшается.

 

Внутренняя энергия.

 

          Внутренняя энергия тела (обозначается как E или U) — это сумма энергий молекулярных взаимодействий и тепловых движений молекулы. Внутренняя энергия является однозначной функцией состояния системы. Это означает, что всякий раз, когда система оказывается в данном состоянии, её внутренняя энергия принимает присущее этому состоянию значение, независимо от предыстории системы. Следовательно, изменение внутренней энергии при переходе из одного состояния в другое будет всегда равно разности между ее значениями в конечном и начальном состояниях, независимо от пути, по которому совершался переход.

Внутреннюю энергию тела нельзя измерить напрямую. Можно определить только изменение внутренней энергии:

 
где

 — подведённая к телу теплота, измеренная в джоулях

 — работа, совершаемая телом против внешних сил, измеренная в джоулях

U = A/q Эта формула является математическим  выражением первого начала термодинамики.

 

 

 

 

 

СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ

Внутреннюю  энергию можно изменить двумя способами: 1.Если работа совершается над телом, его внутренняя энергия увеличивается; 2.Если работу совершает само тело, его внутренняя энергия уменьшается.

 

                                         

 

 

 

Теплопередача.

ТЕПЛОПЕРЕДАЧА (или теплообмен)- один из способов изменения  внутренней энергии тела (или системы  тел), при этом внутренняя энергия  одного тела переходит во внутреннюю энергию другого тела без совершения механической работы.

Существует 3 вида теплопередачи: 

Виды теплопередачи

 

Излучение

Конвекция

Теплопроводность

 

 

Теплообмен  между двумя средами происходит через разделяющую их твердую  стенку или через поверхность  раздела между ними.

Теплота способна переходить только от тела с более  высокой температурой к телу менее  нагретому. Теплообмен всегда протекает  так, что убыль внутренней энергии  одних тел всегда сопровождается таким же приращением внутренней энергии других тел, участвующих  в теплообмене.

Это является частным случаем закона сохранения энергии.

Теплопроводность

- перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым за счет теплового движения и взаимодействия микрочастиц (атомов, молекул, ионов и т.п.), который приводит к выравниванию температуры тела. 
Не сопровождается переносом вещества! 
Этот вид передачи внутренней энергии характерен как для твердых веществ, так и для жидкостей и газов. 
Теплопроводность различных веществ разная. Металлы обладают самой высокой теплопроводностью,  
причем у разных металлов теплопроводность отличается. Жидкости обладают меньшей теплопроводностью, чем твердые тела, а газы меньшей, чем жидкости.

При нагревании верхнего конца закрытой пальцем пробирки с воздухом внутри можно не бояться обжечь палец, т.к. теплопроводность газов очень низкая.  
Интересно, что  можно было бы поднести руку  почти вплотную к пламени, например, газовой горелки (температура  больше 1000 градусов) и не обжечь ее, если бы … 
Газ, как правило,  очень плохой проводник тепла, поэтому достаточно  было бы лишь небольшой прослойки воздуха между рукой и пламенем. Но! 
Но существует такое явление, как конвекция в газах, поэтому вблизи пламени руку сильно жжет.  
 

 

Конвекция

- это перенос  энергии струями жидкости или газа.

 
При конвекции происходит перенос вещества в пространстве. 
Объяснить явление конвекции можно тепловым расширением тел и законом Архимеда, конвекция невозможна в твёрдых телах. 
Интенсивность конвекции зависит от разности температур слоев жидкости или газа и агрегатного состояния вещества.  
 
Конвекция может быть двух видов:

 
так, например, в лампе для ее возникновения  требуется подогрев жидкости снизу 
(или в другом устройстве - охлаждение сверху).

 Когда под действием вентиляторов, насосов, движения ложки и т.п. переносятся потоки газа или жидкости.

 

Излучение

Излучение - это перенос энергии путем испускания электромагнитных волн. 
Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

 
Эти лучи называют тепловым излучением. Когда излучение, распространяясь от тела-источника, достигает других тел, то часть его отражается, а часть ими поглощается. При поглощении энергия теплового излучения превращается во внутреннюю энергию тел, и они нагреваются.

Все окружающие нас предметы излучают тепло в той или иной мере.  
Тепловое (инфракрасное) излучение не воспринимается глазом. 
 
При повышении температуры тела тепловое излучение увеличивается, т.е. чем выше температура тела, тем интенсивнее тепловое излучение. Как фантастично выглядел бы окружающий мир, если бы мы могли видеть недоступные нашему глазу тепловые излучения других тел! 
 
Теплопередача способом излучения возможна в любом веществе и в вакууме, все тела излучают энергию и остывают.  
Тела способны не только излучать, но и поглощать тепловое излучение, приэтом они нагреваются.

Темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые (или имеющие зеркальную, полированную поверхность), и лучше излучают.

 

 

 

 

 

 

 

Количество теплоты

Теплообмен.

Процесс передачи энергии  от одного тела к другому без совершения работы называется теплообменом или  теплопередачей.

 Теплообмен происходит между  телами, имеющими разную температуру.  При установлении контакта между  телами с различной температурой  в результате взаимодействия  атомов или молекул на границе  соприкосновения тел происходит  передача части внутренней энергии  от тела с более высокой  температурой к телу, у которого  температура ниже.

   Энергия, переданная  телу в результате теплообмена,  называется количеством теплоты.

Удельная теплоемкость.

  Если процесс теплопередачи не сопровождается работой (А = 0), то на основании первого закона термодинамики количество теплоты Q равно изменению внутренней энергии тела :

  Средняя энергия беспорядочного поступательного движения молекул пропорциональна абсолютной температуре. Изменение внутренней энергии тела равно алгебраической сумме изменений энергии всех атомов или молекул. Число атомов или молекул пропорционально массе тела, поэтому изменение внутренней энергии   тела и, следовательно, количество теплоты Q пропорционально его массе m и изменению температуры  :