Старт в науке. Доклад: Тепловые явления в природе и в жизни человека Молекулы и атомы

8 класс

Physis (греч.) - ПРИРОДА АРИСТОТЕЛЬ IV век до н.э. в науку ЛОМОНОСОВ М.В. XVIII век в русский язык

Физика - наука о природе и тех изменениях, которые в ней происходят.

Изменения, происходящие в природе - физические явления Механические Электрические Магнитные Оптические Звуковые Тепловые

Тепловые явления 24 часа

Урок №1 Тепловое д вижение. Температура.

Цель урока Познакомиться с понятиями: «тепловое движение» «термометр» «температура»

Тепловые явления Таяние льда Кипение воды Образование снега Действие электронагревательных приборов Плавление металлов

Что общего? Тепловые явления – это явления, связанные с изменением температуры тел.

Температура - свойства тел Изменение времени года Состояние воды Состояние льда

Температура - свойства тел

Температура – величина, характеризующая тепловое состояние тел, степень его нагретости Примеры: Температура горячей воды выше температуры холодной воды Зимой температура воздуха на улице ниже, чем летом

Температура связана с субъективными ощущениями «тепла» и «холода», связанными с тем, отдаёт ли живая ткань тепло или получает его. Термо́метр (греч. θέρμη - тепло; μετρέω - измеряю) - прибор для измерения температуры воздуха, почвы, воды и так далее.

Из истории термометра 1597 (1603) год Термоскоп Галилео Галилей (итальянский учёный) 1702 г Воздушный термоскоп постоянного объема (Амонтон франц.)

Из истории термометра Жидкостные термоскопы постоянного объема (около1702 г.) Термометр Галилея

Из истории термометра Термометры 19-го века

Жидкостные термометры 1714 год Фаренгейт (голландский учёный) ртутный термометр 0 0 F смесь льда и соли 32 0 F таяние льда 212 0 F кипение воды Англия, США 1°F= 1 0 С · 1,8 + 32 0 С 1730 год Реомюр (французский физик) спиртовый термометр 0 0 R таяние льда 80 0 R кипение воды 1 °R = 1,25° C

Жидкостные термометры 1742 Термометр Цельсия Андре Цельсий (1701-1744) -шведский физик и астроном 0 0 С –температура тающего льда; 100 0 С – температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

Измерение температуры: Жидкостные термометры (ртуть, спирт) Газовые термометры Электронные термометры Механические термометры Оптические термометры

Жидкостные термометры Принцип действия основан на зависимости изменения объема жидкости от изменения её температуры (тепловое расширение вещества)

Уличные и комнатные термометры Ч асы-термометр садовый (керамика)

Термометры для воды Для бассейна Для аквариума

Жидкостные термометры Для вина чая Для садоводов Для нефтепродуктов Для

Термометр всегда показывает свою собственную температуру. Для определения температуры среды: термометр следует поместить в эту среду и подождать до тех пор, пока температура прибора не перестанет изменяться, приняв значение, равное температуре окружающей среды.

Максимальный термометр Медицинский термометр, предназначенный для измерения температуры тела человека. Фиксирует наибольшую температуру, до которой он был нагрет.

Медицинские термометры Электронные (цифровые) Ртутные Ртутный термометр необходимо встряхнуть.

Механический термометр

Чем горячая вода отличается от холодной? Эксперимент Возьмем два куска сахара и один из них бросим в холодную воду, а другой – в кипяток. В горячей воде сахар растворится быстрее, в холодной медленнее. Диффузия при более высокой температуре происходит быстрее, чем при низкой. Почему?

Температура зависит от средней скорости движения и массы молекул. Скорость молекул кислорода при 0 градусов – 425 м/с 20 градусов – 440 м/с Средняя скорость молекул азота = 440 м/с при температуре 16 градусов

Температура является мерой средней кинетической энергии частиц тела

ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ В 1 см 3 Н 2 О 3,34*10 22 молекул (33400000000000000000000) 33,4 секстиллиона Молекулы непрерывно и беспорядочно движутся

Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют ТЕПЛОВЫМ ДВИЖЕНИЕМ.

СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВА

Все тела состоят из малых частиц, между которыми есть промежутки.

Частицы тел постоянно и беспорядочно движутся.

Частицы тел взаимодействуют друг с другом: притягиваются и отталкиваются.

ОПЫТНОЕ ОБОСНОВАНИЕ

• Расширение тел при нагревании

• Диффузия

• Притяжение свинцовых

цилиндров,

деформация

АГРЕГАТНЫЕ СОСТОЯНИЯ ВЕЩЕСТВА

ТВЕРДЫЕ ТЕЛА

ЖИДКОСТИ

Сохраняют свою

ГАЗЫ

форму и объем

Сохраняют объем, но

Молекулы расположены в определенном порядке, вплотную

меняют форму

Не имеют собственного

друг к другу

Порядка не существует,

Силы притяжения между

Молекулы совершают

Силы притяжения между

молекулами очень

Расстояния между молекулами значительно

расстояние между

объема и формы

больше размеров

молекулами равно

велики

молекулами слабые

Силы притяжения между

колебания около некоторого среднего

Молекулы могут совершать различные движения, перемещаются «перескоками»

молекул

размеру молекул

молекулами отсутствуют

положения

Молекулы движутся с

большими скоростями в

разных направлениях

ОБЪЯСНИТЬ РИСУНОК

• Что вы знаете о молекулах?
• Что вы знаете о диффузии?
• Что происходит с телами при нагревании?
• Почему тела при нагревании расширяются?
• Чем отличается движение молекул в холодной воде и горячей?
• Какие вы знаете агрегатные состояния?
• Чем отличается строение льда, воды и пара?
• Какая величина отвечает за состояние вещества?

1. Температура характеризует степень нагретости тела.

На какие процессы влияет температура?

Температура влияет на:

а) скорость протекания диффузии

б) расширение тел

в) скорость движения молекул

г) давление газа

д) агрегатные состояния

Обозначение – t

Единица измерения - о С

градусы Цельсия ( о С)

Прибор для измерения-термометр

Впервые прибор для определения температуры был изобретен Галилеем в 1592 г.

Небольшой стеклянный баллон был припаян к тонкой трубке с открытым концом. Но термометр Галилея был открытым и реагировал не только на изменение температуры, но и на изменение атмосферного давления.

К тому же, этот термометр не имел шкалы, и его показания нельзя было отобразить числом. Пожалуй, единственное, что мог делать термометр Галилея, так это сравнивать на уровне «больше-меньше» температуры разных тел в одном и том же месте, в одно и то же время.

Измерительная шкала появилась только через 150 лет!

Галиле́о Галиле́й

(15.02.1564- 8.01.1642)

итальянский ученый

Первый современный термометр был изготовлен Даниэлем Фаренгейтом.

Он взял стеклянную трубку с шариком на одном конце, налил туда ртути, откачал из нее воздух и запаял. Температуру смеси льда и поваренной соли (самое холодное, но еще жидкое вещество того времени) он обозначил за 0 градусов, точке таяния льда стало соответствовать значение 32 ºF.

Следующей точкой у Фаренгейта была температура человеческого тела – 96 ºF.

Температура кипения воды получилась у него равной 212 ºF. В Англии и США до сих пор используют эту шкалу.

Даниэль Габриэль Фаренгейт

(24.05.1686 - 16.09.1736) немецкий физик

В 1742 г. Цельсием была предложена стоградусная шкала, в которой за нуль градусов принималась температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а за сто градусов – температура таяния льда.

Несколько позже эту шкалу перевернули.

А перевернули шкалу Цельсия его же соотечественники: ботаник К. Линней и астроном М. Штремер.

Вот этот "перевернутый" термометр и получил широкое распространение!

Андерс Цельсий

(27.11.1701 – 25.04.1744)

шведский астроном и физик

ТЕРМОМЕТР

Прибор для измерения температуры

Термометр

показывает

собственную

температуру

Температура

термометра

равна

измеряемой

температуре

Измеряет только в определенных пределах

Правила пользования термометром

I. Нельзя пользоваться термометром, если измеряемая температура может оказаться ниже или выше установленных для данного термометра предельных значений.

Правила измерения температуры

II. Снятие показаний с термометра надо производить спустя некоторое время, в течение которого он примет температуру среды.

III. При измерении температуры, жидкостный термометр (кроме медицинского) не должен извлекаться из среды, температуру которой определяют.

Интересно, что

• самая высокая температура на Земле зарегистрированная в Ливии в 1922 году +57,80 °С;
• самая низкая температура, зарегистрированная на Земле в Антарктиде –89,20 °С;

• температура в центре Земли 200000 °С;

• температура на поверхности Солнца 6000 °С, в центре 20 млн. °С;
• вольфрамовая нить накала в лампочке, когда по ней течет ток нагревается до 2525 °С.

2. – явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел

ПРИМЕРЫ

а) нагревание воды

б) таяние льда

в) образование тумана

или облаков

3. ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ

• беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела.

Зависит : 1) от температуры

2) от состояния вещества

3) от массы молекул

Тепловое движение в твердых телах, жидкостях и газах

Молекулы

колеблются,

вращаются

и перемещаются

относительно

друг друга

Молекулы

Молекулы и атомы

свободно

колеблются около

некоторых средних

перемещаются

положений

по всему

(«бег на месте»)

пространству

Блок контроля:

1. Диффузия происходит быстрее, если

А. движение молекул замедляется

Б. движение молекул прекращается

В. скорость движения молекул увеличивается

2. Чем теплая вода отличается от холодной?

А. скоростью движения молекул

Б. строением молекул

В. прозрачностью

3. Какое из явлений относится к тепловым?

А. вращение Земли вокруг Солнца

Б. радуга

В. таяние снега

Блок контроля:

4. По какой траектории движутся молекулы газов?

А. по прямолинейной

Б. по криволинейной

В. по ломаной

5. Температура- это физическая величина, характеризующая...

А. способность тел совершать работу

Б. разные состояния тела

В. степень нагретости тела

6. Какое движение называют тепловым?

А. движение тела, при котором оно нагревается

Б. постоянное хаотическое движение частиц, из которых состоит тело

В. движение молекул в теле при высокой температуре

Блок контроля:

7. Температура тела зависит от...

А. плотности его вещества

Б. его внутреннего строения

В. скорости движения его молекул

8. Если средняя кинетическая энергия молекул тела уменьшится, то температура тела

А. понизится

Б. не изменится

В. понизится

9. Движутся ли молекулы жидкости при температуре 0 °C?

А. не движутся

Б. все зависит от рода жидкости

В. движутся

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

• «Исследование изменения со временем температуры остывающей воды»

Цель: научиться измерять температуру, понять смысл теплового равновесия

Время, мин

температура

Постройте график зависимости

Т Е П Л О В О Е Д В И Ж Е Н И Е

• - беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела.
• Зависит: 1) от температуры
• 2) от состояния вещества
• 3) от массы молекул

• ДИФФУЗИЯ

• ИЗМЕНЕНИЕ АГРЕГАТНОГО СОСТОЯНИЯ

• РОСТ ТЕМПЕРАТУРЫ

Cлайд 1

Cлайд 2

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом. Теплопроводность Излучение Теплопроводность Конвекция

Cлайд 3

Опишите превращения энергии в данных примерах. 1 2 3 4 Способы изменения внутренней энергии

Cлайд 4

Количество теплоты, которое получает (или отдаёт) тело, зависит от его массы, рода вещества и изменения температуры. Удельная теплоёмкость вещества показывает, какое количество теплоты требуется для изменения температуры вещества массой 1 кг на 1 0С. Обозначается: С. Единица измерения: 1 Дж / кг 0С. Q = cm(t2 – t1) Энергия, которую получает или теряет тело при теплопередаче называют к о л и ч е с т в о м т е п л о т ы. Расчёт количества теплоты Q Российская газета

Cлайд 5

При теплопроводности само вещество не перемещается от нагретого конца тела к холодному. Как же передаётся тепло? Будет ли происходить перенос тепла в условиях невесомости? х о р о ш и е Металлы, их расплавы, твёрдые тела и др. п л о х и е Жидкости, газы, пористые тела, земля… Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к более холодным за счёт теплового движения и взаимодействия ч а с т и ц т е л а. Теплопроводность Особенности Проводники тепла

Cлайд 6

Почему в одинаковых условиях металл на морозе кажется холоднее дерева и горячее – при нагреве? В какой обуви больше мёрзнут ноги зимой: в просторной или тесной? Объясните. Деревянная ложка в стакане с горячей водой нагревается меньше, чем металлическая. Почему? Из какой посуды удобнее пить горячий чай: из алюминиевой кружки или фарфоровой чашки? Почему? Зачем жители Средней Азии в жару носят ватные халаты и папахи?

Cлайд 7

Плавление 2. Как изменяется энергия молекул и их расположение? 1. Как изменяется внутренняя энергия вещества? 4. Изменяются ли молекулы вещества при плавлении? 5. Как изменяется температура вещества при плавлении? 3. Когда тело начнет плавиться? При нагревании увеличивается температура. Скорость колебания частиц возрастает. Увеличивается внутренняя энергия тела. Когда тело нагревается до температуры плавления, кристаллическая решетка начинает разрушаться. Энергия нагревателя идет на разрушение решетки. Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое. Тело принимает энергию

Cлайд 8

Кристаллизация – переход вещества из жидкого состояния в твердое. Жидкость отдает энергию 2. Как изменяется энергия молекул и их расположение? 1. Как изменяется внутренняя энергия вещества? 4. Изменяются ли молекулы вещества при кристаллизации? 5. Как изменяется температура вещества при кристаллизации? 3. Когда тело начнет кристаллизоваться? Кристаллизация

Cлайд 9

плавление нагревание отвердевание охлаждение Физическая величина, показывающая, какое количество теплоты необходимо для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры, называется удельной теплотой плавления. Обозначается: Единица измерения: Поглощение Q Выделение Q t плавления = t отвердевания

Cлайд 10

«Читаем график» 1. В какой момент времени начался процесс плавления вещества? 4. Сколько длилось: а) нагревание твердого тела; б) плавление вещества; с) остывание жидкости? 2. В какой момент времени вещество кристаллизовалось? 3. Чему равна температура плавления вещества? Температура кристаллизации?

Cлайд 11

Кипение – это интенсивное парообразование, происходящее одновременно внутри и на поверхности жидкости. 2. Кипение – это процесс, при котором жидкость переходит в пар при определенной и постоянной для каждой жидкости температуре и не только с поверхности, но и по всему объему жидкости. 3. Кипение происходит с поглощением теплоты. 4. С изменением атмосферного давления изменяется и температура кипения: при повышении давления температура кипения повышается. Запомни, что…

Cлайд 12

Парообразование – переход вещества из жидкого состояния в газообразное. 2. Как изменяется энергия молекул и их расположение? 1. Как изменяется внутренняя энергия вещества при парообразовании? 3. Изменяются ли молекулы вещества при парообразовании? 4. Как изменяется температура вещества при парообразовании? Испарение – процесс, при котором с поверхности жидкости или твердого тела вылетают частицы (молекулы, атомы). Парообразование Скорость испарения жидкости зависит от: 1) рода вещества; 2) площади испарения; 3) температуры жидкости; 4) скорости удаления паров с поверхности жидкости.

Cлайд 13

Конденсация – переход вещества из газообразного состояния в жидкое. 2. Как изменяется энергия молекул и их расположение? 1. Как изменяется внутренняя энергия вещества при конденсации? 3. Изменяются ли молекулы вещества при конденсации? Если идет процесс парообразования, то жидкости требуется сообщить тепло, а если пар превращается в жидкость, то некоторое количество тепла выделяется. Количество теплоты, необходимое для парообразования и конденсации, определяется по формуле: Q=L*m , где L – удельная теплота парообразования. Конденсация

Тепловое движение

Тепловое движение отличается от механического тем, что в нем принимают участие частицы, которые движутся самостоятельно и из которых состоит вещество - атомы и молекулы. В газах частицы движутся беспорядочно, с разной скоростью по всему объему. В твердых телах частицы беспорядочно колеблются около своих устойчивых положений. Во время нагревания скорость теплового движения увеличивается, в процессе охлаждения - уменьшается.
Энергию движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело, называют внутренней энергией . Перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц называют теплопроводностью . Наибольшая теплопроводность у металлов, меньшая - в жидкостей, незначительная - у газов. Вещества с низкой теплопроводностью используют там, где необходимо предохранять тело от охлаждения или перегрева. Например, дома строят не из металла, а из кирпича, бетона, дерева. Теплопроводность ведет к выравниванию температуры тела.
Энергия, которую тело получает или теряет при теплопередаче, называется количеством теплоты . Теплоту измеряют термометром и выражают в градусах Цельсия - °C.

Тепловые явления в природе

Тепловая энергия Солнца поступает на нашу планету постоянно и относительно равномерно. Но из-за вращения Земли и изменение им положения относительно Солнца разные зоны планеты получают неодинаковое количество тепла с определенной периодичностью (ритмичностью ).
Различают годовые и суточные ритмы . Годовые циклы состоят из четырех времен года, суточные - со смены дня и ночи.
Тепловые явления в природе хорошо рассматривать на примере воды. Зимой вода в водоемах превращается в лед. Плотность льда меньше, чем плотность воды, и лед находится на ее поверхности. Это позволяет выживать водяным животным при низких температурах. Снег, покрывая почву, препятствует его промерзанию, что позволяет зимовать многолетним растениям и зерновым культурам, посеянным осенью. Оттаивание льда свидетельствует о повышении температуры воздуха и приход весны. Во время весеннего таяния снега почва насыщается влагой, что и делает прорастания семян и многолетних растений. Нагреваясь, вода испаряется и переходит в газообразное состояние. Пар, поднимаясь в верхние слои атмосферы, охлаждается и выпадает в виде дождя.

Сезонные приспособления живых организмов

Живые организмы по-разному приспосабливаются к изменению температуры.

Однолетние растения переносят холодное время года в состоянии семян. Многолетние травянистые растения хранят запас питательных веществ в корнях. Древесные растения защищает кора. В клетках зимующих растений является растворенная глюкоза, что препятствует их промерзанию.

Внутренняя энергия и способы ее изменения Внутренняя энергия – это энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело. Способы изменения внутренней энергии совершение работы теплопередача над теломсамим телом теплопроводность конвекция излучение Е увеличиваетсяЕ уменьшается

Теплопередача Теплопроводность – вид теплообмена, при котором происходит передача внутренней энергии от частиц более нагретой части тела к частицам менее нагретой части тела (или от более нагретого тела к менее нагретому телу). Конвекция – перенос энергии потоками (или струями) вещества. Излучение – перенос энергии с помощью различных невидимых лучей, испускаемых нагретым телом.

Количество теплоты Количество теплоты (Q) – энергия, которую тело получает или отдаёт в процессе теплопередачи. Удельная теплоёмкость (c) – количество теплоты, которое необходимо для нагревания 1 кг вещества на 1°C. Единица измерения – Дж/кг°С. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для нагревания тела и выделяемого им при охлаждении: Q=cm(t 2 -t 1), где m – масса тела, t 1 – начальная температура тела, t 2 – конечная температура тела.

Горение Горение – процесс соединения атомов углерода с двумя атомами кислорода, при котором образуется углекислый газ и выделяется энергия. Удельная теплота сгорания топлива (q) – физическая величина, показывающая, какое количество теплоты выделится при полном сгорании 1 кг топлива. Формула для расчёта количества теплоты, выделяющегося при полном сгорании топлива: Q=qm.

Плавление Плавление – процесс перехода вещества из твёрдого состояния в жидкое. Кристаллизация – процесс перехода вещества из жидкого состояния в твёрдое. Температура плавления – температура, при которой вещество плавится (во время плавления не меняется). Удельная теплота плавления () – физическая величина, показывающая какое количество теплоты требуется для превращения 1 кг кристаллического вещества, взятого при температуре плавления, в жидкость той же температуры. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для плавления кристаллического тела, взятого при температуре плавления и выделяемого им при отвердевании: Q= m.

Испарение Испарение – парообразование, происходящее с поверхности жидкости (происходит при любой температуре). Кипение – интенсивный переход жидкости в пар, сопровождающийся образованием пузырьков пара по всему объёму жидкости и дальнейшим всплывании их на поверхность (происходит при определённой для каждого вещества температуре). Удельная теплота парообразования (L) – количество теплоты, необходимое для превращения жидкости массой 1 кг, взятой при температуре кипения, в пар. Формула для расчёта количества теплоты, необходимого для превращения в пар жидкости любой массы, взятой при температуре кипения: Q=Lm.

Физический процесс Объяснение с молекулярной точки зрения Объяснение с энергетической точки зрения Формула для расчёта количества теплоты Физические постоянные 1. нагревание Скорость движения молекул увеличивается Энергия поглощается Q=cm(t 2 -t 1) с – удельная теплоёмкость, Дж/кг°С 2. охлаждение Скорость движения молекул уменьшается Энергия выделяется Q=cm(t 2 -t 1); Q 0 3. плавление Происходит разрушение кристаллической решётки твёрдого тела Энергия поглощается Q= m - удельная теплота плавления, Дж/кг 4. кристаллизация Восстановление кристаллической решётки Энергия выделяется Q=- m 5. испарение Разрываются связи между молекулами жидкости Энергия поглощается Q=Lm L – удельная теплота парообразования, Дж/кг 6. конденсация Возвращение молекул пара в жидкость Энергия выделяется Q=-Lm 7. сгорание топлива С+О 2 СО 2 Энергия выделяется Q=qm q – удельная теплота сгорания топлива, Дж/кг