Фізика і хімія в побуті. Підручник для осіб з особливими освітніми потребами (F70). 10 клас. Тороп

§ 3. Теплові явища в природі

Усе життя ми стикаємося з тепловими явищами: від полум’я свічки до вогнища, від приготування їжі до виплавляння сталі, від виверження вулканів до космічних ракет.

Явища, пов’язані з нагріванням й охолодженням тіл, називаються тепловими явищами.

Влітку нам спекотно, а взимку — холодно, виходячи після купання з води, нам прохолодно, змінюється погода, з’являється вітер, випадає та потім розтає сніг, замерзає та тане лід, висихають калюжі після дощу — всі ці та інші явища повторюються рік у рік, день у день, і це теплові явища.

Головним джерелом тепла на Землі є Сонце. Воно розтоплює навесні сніг, випаровує калюжі. З ним пов’язана зміна пір року. Від нього залежить, холодним чи теплим буде день. Більшість інших джерел тепла так чи інакше пов’язані із Сонцем. Вугілля, нафта, газ зберігають накопичене протягом мільйонів років тепло сонячних променів. Вітер також залежить від променів Сонця.

Прикладами теплових явищ є: нагрівання, охолодження, випаровування, конденсація (перехід речовини з газоподібного стану в рідкий), плавлення і тверднення речовин (мал. 10).

Основною характеристикою теплових явищ є температура. Температура — це міра нагріву тіла. Прилади, які використовуються для вимірювання температури, називають термометрами.

Мал. 10. Приклади теплових явищ в природі

Мал. 11. Кругообіг води в природі

Мал. 12. Теплопередача від багаття: теплове випромінювання, конвекція та теплопровідність

Зміна температури може призвести до зміни агрегатного стану речовини (Згадайте агрегатні стани речовини. Наведіть приклади речовин у кожному агрегатному стані). Приклади зміни агрегатних станів речовини у природі: з поверхонь океанів, морів, озер, річок випаровується вода, а під час охолодження водяної пари утворюються хмари, роса, туман, сніг, град. Річки й озера взимку замерзають, а навесні лід і сніг тануть. Теплові явища також пояснюють кругообіг води в природі (мал. 11).

Для передачі тепла потрібна різниця температур.

Теплопередача — це спосіб переміщення тепла від однієї фізичної системи (або тіла) до іншої. Теплота переходить від теплішого тіла (вища температура) до холоднішого (нижча температура). Тіла, про які йдеться, можуть перебувати у твердому, рідкому або газоподібному стані. Існує три способи передачі тепла: теплопровідність, конвекція і випромінювання (мал. 12).

Теплове випромінювання — це випромінювання, яке створюють предмети, тому що вони тепліші за ті, що їх оточують. Його можна відчувати як тепло або бачити як світло.

Теплове випромінювання може поширюватися в усіх напрямках. Темні, тьмяні поверхні випромінюють більше тепла, тоді як яскраві, блискучі поверхні випромінюють менше. Ті поверхні, які добре випромінюють тепло, також добре поглинають його.

Наприклад, людина біля вогню може зігрітися завдяки теплу вогню, навіть якщо повітря холодне. Іншим прикладом теплового випромінювання є тепло, яке надходить від Сонця до Землі.

Більшість предметів на Землі достатньо теплі, щоб створити теплове випромінювання. Лампочки розжарювання настільки гарячі, що їх випромінювання вмикає видиме світло.

Конвекція — це рух тепла внаслідок руху теплої речовини.

Наприклад, внаслідок переміщення теплого повітря до прохолодних зон утворюється вітер. Вітер, у свою чергу, може проникати й охолоджувати кімнату, якщо вікно відкрито. Прикладами конвекції є рух хмар, океанські течії та тепло, що надходить від різних типів обігрівачів.

Природна конвекція відбувається тому, що гаряча речовина легша, а холодна важча, тому, коли речовина нагріта нерівномірно, гаряча частина природно рухатиметься вгору, а холодна — вниз.

Наприклад, якщо вода в каструлі гаряча біля дна через вогонь, вона рухається з дна на поверхню. Водночас вода біля поверхні холодніша, тому рухається на дно. Це ми можемо спостерігати під час кипіння води (мал. 13).

Теплопровідність — це переміщення тепла між об’єктами з різною температурою, коли вони торкаються один одного.

Мал. 13. Приклад конвекції — кипіння води

Наприклад, ми можемо зігріти руки, торкаючись гарячої батареї. Коли холодні руки торкаються батареї, тепло переходить від теплішого предмета (батареї) до холоднішого (руки). Люди виготовляють речі з різною теплопровідністю, наприклад, посуд для нагрівання продуктів або ізольовані контейнери, термоси, термокружки, щоб зберігати гаряче гарячим або холодне холодним.

Тепло завжди перетікає від теплішої речовини до холоднішої, тобто постійно відбувається теплообмін.

Теплообмін (теплопередача) — передавання теплової енергії від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою.

Теплообмін — це захоплююче явище, яке керує рухом теплової енергії між об’єктами. Усвідомлюємо ми це чи ні, але передача тепла постійно присутня у нашому повсякденному житті, від систем опалення та охолодження в наших будинках до нашого самопочуття та здоров’я. Наприклад, коли ми тренуємось, наші м’язи виробляють тепло, і для підтримки стабільної внутрішньої температури у нашому тілі відбувається теплообмін. Потовиділення є одним із способів, за допомогою якого наше тіло розсіює надлишок тепла та охолоджується, забезпечуючи нашу внутрішню температуру.

Оптимальною температурою у житловому приміщенні вважається температура +22 °С (проте взимку допускається температура між 19-22 °С, а влітку 24-26 °С). Це гарантія здорового способу життя, гарного настрою, працездатності, така температура забезпечує високий тепловий комфорт і добре самопочуття людини.

Занадто сильна спека небезпечна для здоров’я кожного (мал. 14). Особливо вразливі до теплового стресу немовлята, діти, вагітні жінки та люди похилого віку. Дитячий організм має більше проблем з регулюванням температури, ніж дорослий, і тому завданням дорослих є захистити їх від спеки.

Мал. 14. Небезпека від перегрівання

ЩО РОБИТИ ПІД ЧАС СПЕКИ?

Завжди дізнавайтеся, наскільки спекотно та волого буде сьогодні, цього тижня та цього місяця, щоб спланувати прогулянки, відпочинок чи господарську діяльність на свіжому повітрі.
Зберігайте прохолоду у своєму домі. Якщо можливо, закривайте штори в найспекотніші пори дня і відкривайте вікна вночі, щоб охолодити будинок.
Використовуйте вентилятори або кондиціонери.
Тримайтеся подалі від спеки — не виходьте на вулицю в найспекотніші години дня, якщо ви можете цього уникнути. Намагайтеся влаштовувати свої заняття раніше або пізніше, коли прохолодніше.
Перебуваючи на вулиці, користуйтеся сонцезахисним кремом і намагайтеся залишатися в тіні або використовуйте головні убори для захисту.
Пийте воду через рівні проміжки часу, перш ніж відчуєте спрагу.
Надмірно теплий одяг у спеку може призвести до зневоднення значно швидше, тому носіть легкий та вільний одяг.

Не лише життя людини залежить від температурного режиму.

Свійські тварини навесні та восени линяють. Навесні хутро тварин стає коротшим і менш густим, восени ж, навпаки, — довшим та густішим. Вовна, хутро, пух погано проводять тепло й надійно захищають тіло тварин від охолодження.

Тварини, які живуть або полюють у холодних морях, мають під шкірою товстий жировий прошарок (мал. 15), який завдяки слабкій теплопровідності дозволяє їм тривалий час перебувати у воді без значного переохолодження.

Мал. 15. Тюлені не бояться холодів

Багато комах узимку закопуються глибоко в землю — її гарні теплоізоляційні властивості дозволяють комахам вижити навіть у люті морози. Деякі рослини пустелі вкриті дрібними ворсинками: повітря між ними перешкоджає теплообміну з довкіллям.

Конспект учня (запиши в зошит)

ТЕМА. ТЕПЛОВІ ЯВИЩА В ПРИРОДІ

Явища, пов’язані з нагріванням й охолодженням тіл, називаються тепловими явищами.

Температура — це міра нагріву тіла. Вимірюється термометрами.

Теплопередача — це спосіб переміщення тепла від однієї фізичної системи (або тіла) до іншої.

Теплове випромінювання — це випромінювання, яке створюють предмети, тому що вони тепліші за оточення.

Конвекція — це рух тепла внаслідок руху нагрітої речовини.

Теплопровідність — це переміщення тепла між об’єктами з різною температурою, коли вони торкаються один одного.

Теплообмін (теплопередача) — передавання теплової енергії від тіла з вищою температурою до тіла з нижчою температурою.

Подумай та дай відповідь

1. Наведіть приклади теплових явищ
2. Що показує температура тіла? Чим її можна виміряти?
3. Що таке теплопередача? Наведіть приклади.
4. Чому Сонце вважають основним джерелом тепла на Землі?
5. Чи впливають на життя людини процеси теплопередачі, як саме?
6. Яка температура у приміщенні вважається оптимальною для людини?
7. За малюнком 14 поясніть, чим небезпечне для людини перегрівання у спекотні дні.
8. Що робити під час спеки?
9. Як живі організми та рослини пристосовуються до зміни теплових умов?

Цікаво знати

«Механізми» охолодження та нагрівання, які зустрічаються в природі — що роблять тварини, якщо їм потрібно охолодитися або зігрітися?

Багато тварин лягають на прохолодну вологу поверхню, щоб втрачати тепло шляхом теплопровідності. Інші риють нори туди, де земля ще прохолодніша. Інші шукають прохолодну воду, яка е хорошим провідником тепла, щоб пройти вбрід або поплавати.

Білка може тримати хвіст над спиною як парасольку, щоб сховатися від сонячних променів. Тварини, які не можуть створити собі тінь самостійно, шукають тінь дерев, рослин, каменів тощо.

Кролики, що мешкають у пустельних районах, мають особливо високі та вузькі вуха. Вони сповнені кровоносних судин, які проходять прямо під шкірою. Ці кровоносні судини несуть тепло від внутрішньої частини тіла кролика до вух, велика поверхня яких може охолоджуватися шляхом випромінювання і конвекції. У слонів надзвичайно великі вуха. Слони часто махають вухами, імовірно, щоб примусова конвекція діяла разом з їх власними механізмами втрати тепла.

Коли вулики стають занадто теплими, бджоли використовують свої крила, щоб обдувати внутрішню частину вулика, і це е ще одним прикладом охолодження за допомогою примусової конвекції.

Купчасті хмари утворюються, коли тепле повітря на поверхні Землі піднімається дуже високо в атмосферу шляхом конвекції.