Пізнаємо природу. 6 клас. Мідак
Цей підручник можна завантажити у PDF форматі на сайті тут.
§ 6. Теплопередача
У цьому параграфі ви дізнаєтеся про:
- види теплопередачі;
- теплопровідність різних матеріалів;
- явище конвекції та його прояви в природі і побуті;
- передачу тепла за допомогою випромінювання і види випромінювання.
Теплопередача
• Яке слово зашифроване в ребусі?
Енергія — це міра взаємодії та руху всіх видів матерії. Одним зі способів взаємодії фізичних тіл є теплопередача.
• Пригадайте свої відчуття, коли взимку заходите з вулиці в тепле приміщення.
Теплопередача — це фізичний процес передачі тепла від гарячішого тіла до менш гарячого під час їхнього контакту або через «посередника».
Існує три способи передачі тепла: теплопровідність, конвекція, випромінювання.
Теплопровідність
Виконуємо експеримент
1. У склянку з гарячим чаєм обережно покладіть металеву ложечку. Вийміть ложечку зі склянки та обережно доторкніться до тої її частини, що була занурена у чай. Що ви відчули? Чому?
2. Знову покладіть ложечку у склянку з чаєм. Через деякий час обережно доторкніться до ложечки. Що відбулося? Спробуйте пояснити явища, які відбулися.
Ви вже знаєте, що температура тіла визначається інтенсивністю руху частинок речовини. Молекули води та інших речовин у склянці з гарячим чаєм будуть рухатися швидко і під час зіткнень з атомами металу ложечки передаватимуть їм свою енергію. Як наслідок, коливання атомів металу ставатимуть інтенсивнішими, і частина ложечки, занурена в чай, почне нагріватися. Натомість молекули води будуть сповільнюватися, втрачаючи енергію. У такий спосіб тепло передається від більш нагрітого тіла (чаю в склянці) до менш нагрітого (ложечки). Далі відбудеться вирівнювання температур різних частин ложечки, унаслідок чого вся ложечка нагріється.
Такий вид передачі тепла називають теплопровідністю.
Теплопровідність — один із видів перенесення тепла від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих, що сприяє вирівнюванню температури.
Теплопровідність різних матеріалів
Найбільшу теплопровідність мають метали. Через пластмасу або деревину тепло передається набагато повільніше. Причиною цього є відсутність швидкого руху частинок у цих матеріалах.
Гази, наприклад повітря, мають малу теплопровідність. Тому склопакети на вікнах роблять подвійними або потрійними, щоб повітряні прошарки ефективно обмежували витік тепла з кімнати взимку.
Утеплення будинкової стіни
З цієї ж причини добрими теплоізолюючими властивостями характеризуються матеріали, в яких багато порожнин, заповнених повітрям: вовна, вата, пінопласт тощо.
• Який одяг ви носите взимку? З яких матеріалів він виготовлений? Чому?
Конвекція
Розглянемо рух повітря в кімнаті (мал. 4). Як бачимо, тепле повітря піднімається вгору (червоні стрілки), а на його місце переміщається холодне (сині стрілки). Це відбувається як у середині будівель, так і в навколишньому середовищі.
Мал. 4. Рух холодного та теплого повітря під час конвекції
У кімнаті взимку може бути тепло, але біля підлоги все ж відчувається холод. Рідини поводять себе так само. Якщо вода у каструлі на плиті, починає закипати, то гаряча вода також піднімається вгору і температура вирівнюється у всьому об’ємі.
Розглянуте явище вирівнювання температур пояснюється конвекцією.
Конвекція — вид теплопередачі, під час якої енергія переноситься потоками рідини або газу.
Випромінювання
Улітку нас зігріває Сонце, інколи аж занадто. Його поверхня має температуру близько 6000 °С. Яким чином воно передає своє тепло на Землю (на відстань 150 мільйонів кілометрів)? Передача тепла в цьому випадку здійснюється сонячними променями, а такий спосіб теплопередачі називають випромінюванням.
Випромінювання — це вид теплопередачі, під час якої енергія передається променями (хвилями) і не супроводжується перенесенням речовини.
Передача тепла випромінюванням може відбуватися у вакуумі та в будь-яких речовинах: рідинах, твердих чи газуватих.
Навесні сніг тане набагато швидше біля торішнього листя, яке є темнішим за сніг. Тіла з темною поверхнею не тільки краще поглинають тепло, але й більше випромінюють. Тому печі й нагрівальні прилади системи опалення для ефективної тепловіддачі краще зафарбовувати в темний колір.
• Літній одяг має, здебільшого, світлі кольори. Чому? Обґрунтуйте свою відповідь.
Робота у групі
Підготуйте проєкт ефективного утеплення вашого класу, враховуючи усі способи теплопередачі.
Цікаві факти
Глиняні стіни будинку можуть накопичувати енергію, отриману вдень від сонячних променів, та повільно віддавати тепло вночі. Тому такий будинок буде теплим.
Глину використовують як будівельний матеріал здавна. Дотепер збереглися глиняні хати-мазанки, в яких колись жили наші предки. Проте і сьогодні будівництво екобудинків із природних матеріалів стає все більш популярним. І глину знову використовують як будівельний матеріал, який виконуватиме роль природного терморегулятора та забезпечить оптимальні показники мікроклімату в приміщенні.
Підсумки параграфа
Існують три види теплопередачі: теплопровідність, конвекція та випромінювання. Теплопровідність — процес передачі тепла від одних частин тіла до інших, який відбувається унаслідок хаотичного руху частинок та взаємодії між ними рухом частинок і взаємодією між ними. Може відбуватись у будь-якому середовищі. Конвекція — вид теплопередачі, під час якої енергія переноситься потоками рідини або газу. У твердих тілах конвекція не відбувається. Випромінювання — вид теплопередачі, під час якої енергія передається променями і не супроводжується перенесенням речовини. Може відбуватись у будь-якому середовищі або вакуумі.
Запитання та завдання для самоперевірки
- 1. Чому матеріали по-різному проводять тепло?
- 2. Наведіть приклади конвекції в природі.
- 3. Наведіть приклади видів теплообміну, які можливі у вакуумі; у твердих тілах.
Перевірте себе
1. У яких тілах відбувається конвекція?
- а) тільки у рідинах
- б) тільки у твердих тілах
- в) тільки у газах
- г) у рідинах та газах
2. Укажіть вид теплопередачі, під час якої влітку нагрівається поверхня Землі.
- а) тільки теплопровідність
- б) конвекція та випромінювання
- в) тільки випромінювання
- г) теплопровідність та випромінювання
3. Яке тіло краще поглинає та віддає тепло?
- а) біле
- б) жовте
- в) чорне
- г) червоне
Виконайте вдома
1. Дослідіть, як у кімнаті розміщені складові частини системи опалення? Поміркуйте, чому нагрівальні прилади у системі ставлять поближче до підлоги. Зробіть висновки.
2. Разом з дорослими проаналізуйте та опишіть, які заходи було вжито для збереження тепла у вашій оселі. Які матеріали було використано? Чому?
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України