Фізика. 8 клас. Засєкіна

Підсумки до розділу «Теплові явища»

Після вивчення розділу «Теплові явища» вам стали більш зрозумілими ті природні та штучні явища і процеси, що пояснюються особливостями руху й взаємодії часток речовини, її внутрішньою будовою.

Ваші знання теплових явищ і процесів будуть більш цілісними й операційними, коли ви навчитеся їх систематизувати, застосовувати загальні принципи, теорії, ідеї до аналізу конкретних запитань і практичного втілення знань у конкретних життєвих ситуаціях. Особливо такі вміння стануть у пригоді в ситуаціях, коли вам потрібно буде діяти не за інструкцією, а шукати неординарні способи вирішення проблем.

1. Ви можете описати деякі фізичні характеристики речовини, що пояснюються тепловим рухом.

Тепловим рухом називають безперервний, невпорядкований (хаотичний) рух молекул.

Продовження таблиці

Фізичні характеристики

Агрегатні стани речовини

Тверді тіла

Рідини

Гази

Кристалічні

Аморфні

Характер взаємодії молекул

Діють міжмолекулярні сили притягання й відштовхування

Молекули слабо взаємодіють між собою

Форма й об’єм

Мають задану форму й об’єм

Зберігає об’єм, але не тримає форму.

Має вільну поверхню

Не зберігають ані форми, ані об’єму.

Легко стискаються (або розширюються)

Рідкі кристали — це речовини, для яких характерне особливе розташування молекул: у двох напрямах для молекул характерним є ближній порядок, а в одному — існує певна впорядкованість.

Плазма — різновид газоподібного стану. Складається з йонів та окремих електронів

Внутрішня енергія

Визначається середнім значенням потенціальної енергії взаємодії молекул (атомів)

Визначається сумою середніх значень кінетичної і потенціальної енергій руху й взаємодії молекул (атомів)

Визначається середнім значенням кінетичної енергії руху молекул (атомів)

Теплопровідність

Найкращу теплопровідність мають метали, найгіршу — пористі матеріали

Практично не проводять тепло

Залежність властивостей від температури

При нагріванні (що не перевищує критичних значень температур) розширюються (без зміни агрегатного стану)

За температури плавлення переходять у рідкий стан

Починають плавитись від початку нагрівання

За температури кипіння переходять у газоподібний стан

За дуже великих температур переходять у стан плазми

За охолодження (до температури плавлення) тверднуть

За охолодження (до температури кипіння) конденсуються (зріджуються)

Ви можете зауважити, що в таблиці подано не всі фізичні характеристики речовини, адже вам доводилося чути, що метали проводять електричний струм, а діелектрики — ні, що вода та скло прозорі й крізь них може проходити світло, що уран — радіоактивний елемент. Це дійсно так. Розширювати свої знання про фізичні властивості речовини ви будете під час вивчення інших розділів фізики. У цьому розділі ви розглянули властивості, що пояснюються на молекулярному (атомарному) рівні, без урахування внутрішньої будови частинок речовини.

2. Ви вмієте описувати теплові характеристики тіл і теплові процеси за допомогою відповідних фізичних величин.

Продовження таблиці

3. Ви знаєте, що внутрішня енергія передається двома способами, і можете пояснити особливості механізмів теплообміну.

4. Ви можете виміряти кількість переданої або отриманої під час теплообміну енергії й переконатись у тому, що для теплових процесів виконується закон збереження енергії і що енергія може перетворюватися.

Рівняння теплового балансу:

у замкненій системі під час теплообміну одні тіла віддають таку саму кількість теплоти, яку отримують інші тіла.

Якщо між тілами з різними температурами встановлюється тепловий контакт і зовнішні умови не змінюються, то тіла самі по собі переходять у стан теплової рівноваги — стан, за якого температура набуває для всіх тіл однакового значення.

У природі неможливий процес, єдиним результатом якого є виконання механічної роботи лише за рахунок охолодження джерела теплової енергії без нагрівання навколишніх тіл.

5. Ви знаєте, як на практиці використовують теплові властивості речовини, і можете оцінити вплив теплових машин та інших засобів теплотехніки на довкілля, а також необхідність використання енергозбережувальних технологій.

Теплова машина — пристрій для перетворення внутрішньої енергії в механічну.

Механічна робота А, виконана тепловою машиною, дорівнює різниці кількості теплоти Q1, яку надає нагрівник робочому тілу, і кількості теплоти Q2, яку віддає робоче тіло охолоджувачу: A = Q1 - Q2.

Принцип дії теплових машин

6. Ви можете оцінити роль видатних учених у розвитку знань про теплоту.

Із історії дослідження теплових явищ

Філософи давнини мали дві точки зору щодо природи теплоти:

1. Теорія теплороду, де теплоту пов’язували із природними стихіями (вогнем, водою, повітрям і землею), з яких утворені всі тіла.

2. В інших дослідженнях теплоту пов’язували з атомістичним ученням про будову речовини (згодом ці дослідження стали підґрунтям термодинамічної теорії)

1742 р.

Шведський учений Андерс Цельсій запропонував шкалу для вимірювання температури

1760 р.

Шотландський фізик і хімік Джозеф Блек увів поняття питомої теплоємності. Покладено початок калориметрії

1783 р.

Французькі вчені Антуан Лавуазьє і П’єр Лаплас винайшли калориметр і визначили питомі теплоємності багатьох твердих і рідких тіл

1784 р.

Шотландський інженер Джеймс Ватт побудував універсальний паровий двигун

1799 р.

Британський фізик і хімік Гемфрі Деві провів досліди з тертям двох кусків льоду, які підтвердили, що нагрівання тіл може бути здійснене за рахунок механічної роботи, і відіграли особливу роль у спростуванні теорії теплороду

1824 р.

Французький фізик і математик Саді Карно опублікував працю «Міркування про рушійну силу вогню і про машини, здатні розвивати цю силу», що згодом стала основою теорії теплових двигунів; заклав основи другого начала термодинаміки; розглянув цикл теплового двигуна (цикл Карно), який має особливе значення для термодинаміки

1827 р.

Англійський ботанік Роберт Броун першим спостерігав рух мікрочастинок, який згодом назвали його ім’ям — броунівський рух

1842 р.

Німецький учений Роберт Майєр відкрив закон збереження енергії (незалежно від нього до відкриття цього закону також прийшли в 1843 р. англійський фізик Джеймс Джоуль і в 1847 р. німецький фізик Герман Гельмгольц)

1845 р.

Англійський фізик Джеймс Джоуль визначив величину механічного еквівалента теплоти

1848 р.

Британський фізик Вільям Томсон (лорд Кельвін) ввів поняття абсолютної температури й абсолютну шкалу температур (шкалу Кельвіна)

1850 р.

Німецький фізик Рудольф Клаузіус увів поняття внутрішньої енергії і сформулював другий закон термодинаміки (у 1851 р. своє формулювання запропонував Вільям Томсон)

1860 р.

Французький інженер Етьєн Ленуар створив перший поршневий двигун внутрішнього згорання (удосконалену конструкцію двигуна внутрішнього згорання створив у 1878 р. німецький винахідник Ніколаус Отто)

1888 р.

Луї Жорж Гюї довів теплову природу броунівського руху

1905-1906 рр.

Німецький фізик Альберт Ейнштейн та польський учений Маріан Смолуховський дали найбільш повне пояснення броунівського руху

1897 р.

Німецький інженер Рудольф Дізель побудував двигун внутрішнього згорання з попереднім стисненням повітря і самозайманням палива

ВИКОНУЄМО НАВЧАЛЬНІ ПРОЕКТИ

• Чи замислювались ви над тим, у результаті чого з речовиною відбуваються такі перетворення: із рідини (соляний розчин) утворюється тверде тіло (кристал)?

• Чи лише в результаті зміни температури відбуваються зміни агрегатного стану речовини?

• Що таке зріджені гази, сухий лід?

• Як отримують речовини із заданими властивостями?

Ознайомтесь із цими питаннями, виконуючи проект «ШТУЧНІ ТА ПРИРОДНІ РЕЧОВИНИ».

• А чи знаєте ви, що таке рідкі кристали? Полімери? Наноматеріали?

• У яких сучасних пристроях вони використовуються?

• Як пов’язані між собою наноматеріали та інформаційні технології?

Дослідіть це, виконуючи проекти «РІДКІ КРИСТАЛИ», «ПОЛІМЕРИ», «НАНОМАТЕРІАЛИ», та поділіться своїми результатами із друзями.

• Вивчаючи теплове розширення тіл, ви дізналися, що вода має аномальні властивості.

• А чи існують інші унікальні властивості води?

Дізнайтеся про це, виконуючи проект «УНІКАЛЬНІ ВЛАСТИВОСТІ ВОДИ».

• Якби вам доручили спроектувати будівництво екологічного містечка, які теплоенергетичні й енергозберігаючі технології ви застосовували б?

• Як зменшити теплові витрати вашого будинку чи квартири?

З’ясуйте ці питання, виконуючи проекти «ЕНЕРГОЗБЕРІГАЮЧІ ТЕХНОЛОГІЇ», «ТЕПЛОВІ НАСОСИ», «ЕКОЛОГІЧНІ ПРОБЛЕМИ ТЕПЛОЕНЕРГЕТИКИ».

ПРОЯВЛЯЄМО КОМПЕТЕНТНІСТЬ

Уважно розгляньте інтер’єр та обладнання вашої кухні. Вивчивши розділ Теплові явища, спробуйте відповісти на такі запитання:

  • 1. Чим відрізняються процеси нагрівання в духовій шафі та мікрохвильовій печі?
  • 2. Чому, якщо дістати з холодильника пляшку мінеральної води, на ній з’являються краплі води?
  • 3. Якщо рибу покласти в морозильник, вона замерзне. Чому ж риба не замерзає у продовольчих магазинах, коли її кладуть у крихти льоду?
  • 4. Улітку, щоб приготувати прохолодний напій, ви дістаєте з морозильної камери шматочок льоду і кладете у склянку із соком. Чому лід не розтає відразу, адже температура у склянці із соком — значно вища від 0 °С?
  • 5. У якій посудині швидше схолоне гарячий чай: у вузькій і високій чи низькій і широкій? Чому?
  • 6. Чому ручки сковорідок виготовляють із пластмаси?
  • 7. У кулінарних книгах часто пишуть, що для приготування тістечок вершкове масло слід розтопити на водяній бані. Поясніть, як це слід робити.
  • 8. Перед закипанням чайник гуде. Як пояснити це явище?
  • 9. У каструлях-скороварках вода кипить за температури 120 °С. Яка конструкція таких каструль?
  • 10. Як готують «льодяники» із цукру?

Готуючись до уроків, для пошуку потрібної інформації ви неодноразово користувались науково-популярними журналами й Інтернетом. Припустимо, що вам трапився такий текст про тверді побутові відходи.

ТВЕРДІ ПОБУТОВІ ВІДХОДИ: ПРОБЛЕМА ЧИ ПЕРСПЕКТИВА?

Як правило, тверді побутові відходи (ТПВ) утилізують завдяки спалюванню. В Україні працює всього два сміттєспалювальні заводи — у Києві та Дніпрі. Разом вони переробляють на рік аж 6 % (!) утвореного обсягу ТПВ. У результаті згорання сміття в атмосферу потрапляють дуже шкідливі сполуки свинцю, ртуті та інших важких металів. Особливо небезпечні для людини викиди діоксиду, який учені називають «гормоном деградації» або «хімічним СНІДом». Сіаме з причини утворення діоксиду в багатьох країнах світу сміттєспалювальні заводи заборонені.

Проте ТПВ можуть бути й корисними. З них можна отримати теплову та електричну енергію, якщо їх спалювати, застосовуючи передові очисні технології. У Європі щорічно за рахунок переробки твердих побутових відходів виробляється понад 28 млрд кВт • год електроенергії і приблизно 69 млрд кВт • год теплової енергії. Лідером у цій галузі серед інших європейських держав є Швеція. Програма переробки побутових відходів в електричну і теплову енергію у Швеції набрала таких обертів, що навіть прийнято рішення імпортувати відходи з інших країн, оскільки сама Швеція виробляє недостатньо сміття для забезпечення власних енергетичних потреб.

Україна може продавати тверді побутові відходи в європейські країни або будувати сучасні заводи з їх утилізації. Таким чином, утилізація твердих побутових відходів, з одного боку, є проблемою, а з іншого — створює для нашої країни значні інвестиційні перспективи та економічні заощадження.

Висловіть власні судження, відповідаючи на такі запитання

  • 1. Чи відповідає заголовок тексту змісту матеріалу?
  • 2. Який висновок робить автор щодо проблеми твердих побутових відходів? Які аргументи він наводить на підтвердження своєї думки?
  • 3. Що, на вашу думку, перспективніше: продавати ТПВ чи будувати в Україні сучасні підприємства з виробництва енергії з ТПВ? Відповідь обґрунтуйте.
  • 4. Що можете зробити для вирішення проблеми твердих побутових відходів ви особисто? Ваші батьки? Фахівці у цій галузі?