Исследование теплопроводности некоторых твердых тел и жидкостей

X Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся
Старт в науке

Исследование теплопроводности некоторых твердых тел и жидкостей

Бывалин Г.В. 1
1МБОУ СОШ с.Киселёвка Ульчского района Хабаровского края
Бывалина Л.Л. 1
1МБОУ СОШ с.Киселёвка Ульчского района Хабаровского края
Автор работы награжден дипломом победителя I степени
Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке "Файлы работы" в формате PDF

Введение

Актуальность темы.

Мы живем в России, основная территория которой находится в умеренном и холодном климате. В течение полугода в нашей местности – Хабаровском крае ночные и дневные температуры отрицательные, мороз достигает 40°С. Поэтому так важно иметь жилища, которые не запускают холод снаружи и удерживают тепло внутри помещений в холодный период года. Летом температура может достигать +40°С. Поэтому назначение стен жилищ должно быть противоположным – задерживать тепло снаружи, не допуская перегрева жилища.

Важным становится проектирование теплозащиты жилых зданий, больниц, детских садов, в которых нужно поддерживать постоянной температуру в теплый и холодный периоды года. У нас в стране даже существует свод правил «Тепловая защита зданий».

Применение материалов, которые обладают малой теплопроводностью позволяет снизить теплопотери. Но теплопроводность веществ касается не только зданий, но и непосредственно человека, материала его одежды, учитывается в сельском хозяйстве, чтобы сохранить от вымерзания посевы. В быту также невозможно не учитывать теплопроводность различных веществ.

Проблемный вопрос: как человеку нужно учитывать теплопроводность различных веществ?

Гипотеза: знание особенностей теплопроводности материалов позволяет снизить теплопотери.

Цель работы: исследовать особенности теплопроводности различных материалов (твердых тел, сыпучих веществ, жидкостей)

Задачи работы:

изучить литературу по теплопроводности различных веществ;

выяснить практическое применение теплопроводности в жизни человека;

провести эксперименты по изучению теплоизоляционных свойств снега, теплопроводности твердых тел, жидкостей и их растворов;

провести просветительскую работу среди учеников школы, познакомить их с результатами своей работы.

Объект исследования: теплопроводность

Предмет исследования: теплопроводность твердых тел и жидкостей.

Новизна данной работы заключается в том, что исследование теплопроводности позволит сделать вывод об особенностях проводимости тепла различными веществами, посмотреть на проблему использования твердых тел, жидкостей с точки зрения уменьшения теплопотерь.

Практическая значимость: результаты работы позволят взглянуть на теплопроводность с практической точки зрения, применение в жизни человеком веществ с различной теплопроводностью.

В ходе выполнения данной работы были использованы следующие методы исследования:

эмпирические методы исследования –лабораторное наблюдение, эксперимент;

теоретические методы исследования – анализ литературы по теме исследования, анализ полученных данных, синтез, сравнение, обобщение полученных результатов, формулирование выводов.

Ожидаемый результат: проведены экспериментальные исследования теплоизоляционных свойств снега, измерена удельная теплоёмкость грунта, почвы, ряда твердых тел, по результатам экспериментов проведено сравнение теплопроводности сыпучих веществ, различных жидкостей и растворов жидкостей, сделаны выводы о практическом значении знания теплопроводности веществ для человека, проведена просветительская работа среди учеников школы.

Теоретическая часть.

2.1. Теплопередача, виды теплопередачи.

Любое макроскопическое тело обладает внутренней энергией.

Внутренняя энергия тела – сумма кинетической энергии хаотического теплового движения частиц (атомов или молекул) тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

В природе существует два способа изменения внутренней энергии тела: работа и теплопередача (теплообмен).

При контакте двух тел с разными температурами происходит передача энергии от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Этот процесс будет происходить до тех пор, пока температуры тел не сравняются. При этом механическая работа не совершается.

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей.

Количество теплоты – это энергия, которую тело получает или теряет при теплопередаче. Количество теплоты обозначается буквой Q и измеряется в Джоулях (Дж).1

Существует три вида теплопередачи – теплопроводность, конвекция и излучение.

В работе рассматривается один из видов теплопередачи – теплопроводность.

2.2. Теплопроводность. Удельная теплоемкость веществ.

Теплопроводностьюназывается явление передачи энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым в результате теплового движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

Теплопроводностью называется также количественная характеристика способности тела проводить тепло. Теплопроводность характеризует способность материала проводить тепловой поток через свою толщину при наличии разности температур на поверхностях, ограничивающих материал.

Количественно способность вещества проводить тепло характеризуется коэффициентом теплопроводности. Эта характеристика равна количеству теплоты, проходящему через однородный образец материала единичной длины и единичной площади за единицу времени при единичной разнице температур (1 К).2

Факторы, влияющие на величину теплопроводности

1. Пористость. Наличие пор в структуре материала нарушает его однородность. Чем больший объем будет занят воздушными порами, тем меньше будет теплопроводность материала.

2. Структура пор. Малый размер пор и их замкнутый характер способствуют снижению скорости теплового потока. В случае использования материалов с крупными сообщающимися порами в дополнение к теплопроводности в процессе переноса тепла будут участвовать процессы передачи тепла конвекцией.

3. Плотность. При больших значениях плотности частицы более сильно взаимодействуют друг с другом и лучше передают тепловую энергию.

4. Влажность. При намокании материала происходит вытеснение сухого воздуха из пор и замещение его каплями жидкости или насыщенным влажным воздухом. При увлажнении материала теплопроводность его увеличивается, так как коэффициент теплопроводности воды примерно в 25 раз больше, чем воздуха.

Теплопроводность зависит от природы материала, его строения, пористости и влажности. Таким образом, теплопроводность у различных веществ различна.

В своей работе рассматриваю особенности теплопроводности различных твердых, сыпучих и жидких веществ.

Материал кристаллического строения обычно более теплопроводен по сравнению с материалом аморфного строения. Коэффициент теплопроводности слоистых (слоистые пластики) и волокнистых (древесина) материалов зависит от направления теплового потока по отношению к слоям или волокнам. Так, у древесины вдоль волокон он примерно вдвое больше, чем поперек.3

Наибольшей теплопроводностью обладают металлы — она у них в сотни раз больше, чем у воды. Наибольшей теплопроводностью обладают серебро и медь. Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (безвоздушное пространство). Объясняется это тем, что теплопроводность — это перенос энергии от одной части тела к другой, который происходит при взаимодействии молекул или других частиц. В пространстве, где нет частиц, теплопроводность осуществляться не может.4

Для того чтобы нагреть на определённую величину тела, взятые при одинаковой температуре, изготовленные из различных веществ, но имеющие одинаковую массу, требуется разное количество теплоты.

Формула для расчета количества теплоты: Q=cm(t2t1)

Физическая величина, равная количеству теплоты, которое необходимо передать веществу массой 1 кг для того, чтобы его температура изменилась на 1 °С, называется удельной теплоёмкостью вещества. Удельная теплоёмкость обозначается буквой с и измеряется в Дж/(кг·°С).

Удельная теплоёмкость вещества, находящегося в различных агрегатных состояниях, различна. Например, вода в жидком состоянии имеет удельную теплоёмкость, равную 4200 Дж/(кг·°С), в твёрдом состоянии (лёд) — 2100 Дж/(кг·°С), в газообразном состоянии (водяной пар) — 2200 Дж/(кг·°С).

2.3. Практическое применение теплопроводности

Способность различных веществ по-разному проводить тепло учитывается в промышленности, строительстве, сельском хозяйстве, быту.

В холодное время года помещения охлаждаются из-за теплопроводности стен, потому что теплый воздух выходит через вентиляционные щели. Чтобы температура в жилых и производственных помещениях была комфортна для человека, необходимо уменьшить эти потери. Для этого стены домов изготавливают из материалов с малой теплопроводностью — естественных (дерева, пемзы, пробки) или искусственных (кирпича, бетона, пенопласта и др.).

Современные теплоизоляционные материалы — это пенополистирол, минеральная вата, пенопласт, стекловата, утепляющие материалы на основе пенополиуретана. Их использование позволяет значительно снизить толщину ограждающих конструкций, так как они обладают плохой теплопроводностью.

Помещения будут теплыми, если они полностью выполнены из теплоизоляционных материалов. Но теплоизоляционные материалы обладают низкой конструкционной прочностью, поэтому основные несущие конструкции выполняют из кирпича, дерева, пенобетонных блоков… А слой утеплителя укладывается по наружной поверхности и компенсирует избыточную теплопроводность основного стенового материала.

Наиболее теплые дома – деревянные. Для утепления дома прокладывают между двойными стенками материал (поролон, войлок строительный, стекловату, стекловолокно, опилки и т.п.) - плохие проводники тепла. Если покрывают дом шифером, рубероидом, металлочерепицей, битумной черепицей, ондулином, то лучше дополнительно сделать слой из пенопласта или стекловаты. Сверху на потолочные перекрытия в частных домах часто насыпают смесь песка с опилками. Все это способствует сохранению тепла в доме.

Входные двери хорошо утеплять материалом с низкой теплопроводностью. Например, поролоном, войлоком строительным, стекловатой, стекловолокном. Окна с двойным стеклом уменьшают потери тепла. Стекла зданий покрывают специальной пленкой, уменьшающей потери тепла на излучение. Изготавливают оконные блоки, в которых между стеклами воздух заменяют газами с малой теплопроводностью.

Теплоемкость учитывают при расчете подогрева составляющих бетона и раствора, также мастик для работ в зимнее время. Теплопроводность имеет практическое значение при выборе материалов для изоляции теплосетей, холодильников, котлов.

В сельском хозяйстве также учитывают теплопроводность веществ. Для сельского хозяйства, выживаемости живых организмов и растений в зимний период большое значение имеет изучение теплозащитных свойств снега.

Коэффициент теплопроводности снега примерно в 10 раз меньше коэффициента теплопроводности почвы и в 10 раз больше коэффициента теплопроводности воздуха. Плохая теплопроводность снега объясняется тем, что его кристаллы неплотно прилегают друг к другу, между ними оказываются промежутки, заполненные воздухом. Чем рыхлее снег, тем больше он содержит воздуха. Но теплопроводность воздуха мала, поэтому теплопроводность рыхлого снега намного меньше, чем плотного.

Количество теплоты, которое передается через слой снега, зависит, как и для любых веществ, от глубины (высоты) этого слоя. Чем больше толщина снежного покрова, тем медленнее передается тепло от земли воздуху, тем медленнее изменяется температура почвы под снегом.5

Для живых организмов большое значение имеет глубина снега и темпера-тура почвы на глубине узла кущения. Сильное понижение температуры может вызвать гибель растений и живых организмов, обитающих на этой глубине.

Чем больше влаги накоплено с осени в почве, тем менее опасны суровые зимы для озимых посевов. Так как теплоемкость влажной почвы выше, чем сухой, то общий запас тепла в ней будет больше. Почва, закрытая снегом, будет расходовать запасы тепла очень медленно.

Теплопроводность и ее регулировка важны в быту. Для приготовления пищи используют металлическую посуду, так как её теплопроводность выше, чем у других материалов. Когда металлические кастрюли, сковороды, противни соприкасаются с источником тепла, то это тепло быстро передается еде. Наибольшей теплопроводностью обладает медная, алюминиевая, стальная посуда, наименьшей – стеклянная, керамическая, чугунная посуда. Но чем быстрее кастрюля нагревается, тем быстрее она остынет. Поэтому для долгого и медленного приготовления пищи, тушения мяса лучше использовать посуду с меньшей теплопроводностью, в которой равномерное тепло будет поддерживаться более длительное время.

Теплопроводность регулируют, выбирая посуду с разной теплопроводностью. В духовом шкафу, микроволновой печи используют керамическую, стеклянную посуду, теплопроводность которой намного ниже, чем у металлической посуды. Люди используют материалы с низкой теплопроводностью между руками и посудой, чтобы не обжечься. Ручки многих кастрюль сделаны из пластмасс, а противни вынимают из духовки прихватками из ткани или пластмассы с низкой теплопроводностью.

Материалы с невысокой теплопроводностью используют для поддержания температуры еды неизменной. Чтобы чай, суп дольше оставался горячим, его наливают в термос, контейнер с хорошей теплоизоляцией. Еда в них остается горячей (или холодной) благодаря тому, что между их стенками находится материал, плохо проводящий тепло. Пенопласт обладает плохой теплопроводностью и его используют для стаканчиков и контейнеров для еды на вынос. 6

Создание веществ, обладающих хорошими теплоизоляционными свойствами - одна из важнейших задач современности.

Практическая часть.

В своей работе привожу примеры экспериментов по исследованию теплопроводности различных твердых, сыпучих веществ и жидкостей.

3.1. Исследование теплоизоляционных свойств снега.

Цель эксперимента: исследовать теплоизоляционные свойства снега, его теплопроводность и зависимость температуры почвы под снегом от толщины снежного покрова

Приборы и материалы: линейка, термометр.

Содержание и метод выполнения работы.

1. Выбираем 5-6 исследуемых точек.

2. Измеряем температуру на поверхности снега.

З. Измеряем толщину снежного покрова.

4. Измеряем температуру на поверхности почвы под снегом.

5. Рассчитываем разность температур.

6. Результаты заносим в таблицу.

Измерения проводились в течение нескольких недель (Таблица 1).

Результаты измерений.

Толщина снежного покрова, см

Температура, ºС

Разница температур, ºС

На поверхности снега

На поверхности почвы под снегом

1 серия опытов

18

-17

-9

8

20

-17

-9

8

33

-17

-8

9

41

-17

-6

11

42

-17

-5

12

2 серия опытов

9

-15

-12

3

19

-15

-8

7

21

-15

-9

6

31

-15

-7

8

41

-15

-6

9

3 серия опытов

13

-19

-15

4

18

-19

-13

6

24

-19

-11

8

32

-19

-9

10

48

-19

-6

13

56

-19

-5

14

4 серия опытов

8

-13

-10

3

16

-13

-9,5

3,5

23

-13

-10

3

34

-13

-8,5

4,5

55

-13

-8

5

5 серия опытов

14

0

-2

2

24

0

-3

3

34

0

-4

4

39

0

-3

3

57

0

-3

3

6 серия опытов

15

-4

-5

1

21

-4

-4

0

29

-4

-4

0

51

-4

-5

1

Таблица 1

З ависимость температуры почвы под снегом от толщины снежного покрова

Выводы.

Анализируя полученные результаты, видим, что они имеют ряд погрешностей. Но на основании нескольких серий измерений температуры на поверхности почвы под снегом, можно заметить некоторую закономерность. Можно сделать вывод, что с глубиной температура повышается, особенно это относится к глубокому снегу. Чем глубже снег, тем больше (при сильных морозах) разность температур на поверхности снега и на поверхности почвы под снегом (более десяти градусов).

Если слой снега невелик (до 20 см), то и разность температур небольшая, с увеличением глубины перепад температур растет.

С увеличением температуры воздуха, температура на небольшой глубине растет, а на большой глубине (более 50 см) практически не меняется.

Наблюдения показывают, что, начиная с высоты снежного покрова 25 см, температура почвы не понижается более чем до -10°С.

3.2. Измерение удельной теплоёмкости грунта.

Цель эксперимента: измерение удельной теплоёмкости грунта (почва, песок, глина).

Приборы и материалы: стакан с водой, калориметр, термометр, весы, гири, разные вещества (грунт), сосуд с горячей водой.

Содержание и метод выполнения работы.

Ход опыта:

Налил в калориметр горячую воду массой m₁, измерил начальную температуру воды t₁.

Измерил массу m₂ и начальную температуру вещества t₂ - температура воздуха в комнате.

Затем опустил сыпучее вещество в калориметр с горячей водой.

Нагрел вещество в сосуде с горячей водой. Измерил температуру воды в калориметре после опускания вещества t.

Рассчитал удельную теплоемкость почвы

Количество теплоты Q₁, которое отдала вода при остывании:

Q₁=c₁m₁(t₁-t), гдеc₁=4200 Дж/кг⸱°C - удельная теплоёмкость воды.

Количество теплоты Q₂, полученное грунтом при нагревании: Q₂=c₂m₂(t-t₂), где c₂- удельная теплоёмкость вещества, значение которой надо определить.

Зная, что количество теплоты, полученное грунтом при нагревании, равно количеству теплоты, отданному водой при охлаждении, можно записать:

Q₁=Q₂, или c₁m₁(t₁-t)=c₂m₂(t-t₂)

В полученном уравнении неизвестной величиной является удельная теплоёмкость c₂; .

Подставив в уравнение значения величин, измеренных на опыте, вычислил c₂

Все данные измерений и вычислений записал в таблицу 2.

Вещество

Масса воды в калори-метре m₁, кг

Начальная температура воды t₁, °C

Масса вещества

m₂, кг

Начальная температура

вещества

t₂, °C

Общая температура

воды и вещества t, °C

Удельная теплоемкость

с, Дж/кг⸱°C

Почва (перегной)

0,15

83°C

0,05

23°C

70°C

3485

Глина

0,1

80°C

0,1

23°C

64°C

1639

Песок

0,15

76°C

0,1

23°C

62°C

2261

Таблица 2

Выводы.

Наименьшей теплопроводностью обладает рыхлая почва (перегной). В ходе эксперимента у меня получились для нее самое большее значение удельной теплоемкости - 3485 Дж/кг⸱°C.

Лучше проводит тепло глина, так как она состоит из мелких частичек, которые плотно прилегают друг к другу и быстрее проводят тепло (с=1639 Дж/кг⸱°C).

Проводимость песка занимает промежуточное значение между проводимостью почвы и глины.

С увеличением пористости теплопроводность почвы, грунта уменьшается.

При увеличении влажности почвы её теплопроводность увеличивается, постепенно приближается к теплопроводности воды.

Практическое значение теплопроводности, заключается в том, что для сохранения растений в зимнее время почва должна быть менее влажной и более рыхлой. В этом случае растения лучше перезимуют, и их корни не вымерзнут. В практике земледелия приходится принимать особые меры по увеличению теплопроводности осушенных болот и заболоченных земель. С этой целью в такие почвы вводят минеральные вещества, например песок, теплопроводность которого больше теплопроводности органической части осушенных болотных почв.

3.3. Измерение удельной теплоёмкости твердых тел.

Цель эксперимента: измерение удельной теплоёмкости твердых тел

Приборы и материалы: стакан с водой, калориметр, термометр, весы, гири, разные вещества, сосуд с горячей водой.

Содержание и метод выполнения работы.

Ход опыта:

Налил в калориметр воду комнатной температуры массой m₁, измерил начальную температуру воды t₁.

В стакан с горячей водой опустил твердое тело, нагрев его до температуры t₂ - начальная температура тела.

Измерил массу m₂ и начальную температуру тела t₂.

Опустил тело в калориметр. Измерил температуру воды в калориметре после опускания тела t.

С помощью весов определил массу тела, предварительно обсушив его.

Провел расчет удельной теплоемкости:

Количество теплоты Q₁, которое получила вода при нагревании:

Q₁=c₁m₁(t-t₁), гдеc₁=4200 Дж/кг⸱°C - удельная теплоёмкость воды.

Количество теплоты Q₂, отданное веществом при охлаждении: Q₂=c₂m₂(t₂-t) c₂- удельная теплоёмкость вещества, значение которой надо определить.

Зная, что количество теплоты, полученное водой при нагревании, равно количеству теплоты, отданному веществу при охлаждении, можно записать:

Q₁=Q₂, или c₁m₁(t-t₁)=c₂m₂(t₂-t)

В полученном уравнении неизвестной величиной является удельная теплоёмкость c₂; .

Подставив в уравнение значения величин, измеренных на опыте, вычислил c₂

Все данные измерений и вычислений записал в таблицу 3.

Вещество

Масса воды в калори-метре

m₁, кг

Начальная температура воды t₁, °C

Масса вещества

m₂, кг

Начальная температура

вещества

t₂, °C

Общая температура

воды и вещества

t, °C

Удельная теплоемкость

Дж/кг°C

Гранит №1

0,2

22°C

0,034

54°C

23°C

797

Гранит №2

0,1

21°C

0,029

81°C

25°C

1034

Кирпич

0,1

21°C

0,029

75°C

25°C

1159

Камень

0,1

21°C

0,015

72°C

23°C

1143

Таблица 3.

Выводы.

Наименьшее значение удельной теплоемкости получилось у гранита, то есть он лучше проводит тепло, чем кирпич и камень.

Наибольшее значение удельной теплоемкости оказалось у кирпича. Кирпич имеет, в отличие от камня, гранита небольшие поры, поэтому обладает большей удельной теплоемкостью, чем они и хуже проводит тепло.

Кирпичные дома теплее, чем каменные, так как теплопроводность кирпича хуже, чем теплопроводность камня.

3.4. Сравнение теплопроводности сыпучих веществ.

Цель эксперимента: сравнить теплопроводность сыпучих веществ.

Приборы и материалы: песок речной, песок сахарный, цемент, гипс строительный, глина, зола древесная, опилки лиственницы, соль, вода, пробирки, спиртовка, спички, термометр, измерительный цилиндр (мензурка), емкости под сыпучие вещества.

Содержание и метод выполнения работы.

Для опытов взяли сыпучие вещества: песок речной, песок сахарный, цемент, гипс строительный, глину, золу древесную, опилки лиственницы, соль.

В эксперименте использовали две пробирки различного диаметра. В пробирку меньшего диаметра наливали воду объемом 9 см3 при температуре воздуха в классной комнате 20°С. Эту пробирку помещали в пробирку большего диаметра. А пространство между внутренней пробиркой и внешней наполняли исследуемыми сыпучими веществами.

Затем обе пробирки держали над спиртовкой в течение 1 минуты. Измеряли температуру во внутренней пробирке с водой. Снимали показания термометра перед непосредственным окончанием эксперимента (в последние секунды минуты).

Вычисляли перепад температур между внутренней и внешней средой, результаты занесли в таблицу №4.

Начальная температура воды - 20°С Таблица №4

Название сыпучего вещества

Объем воды в пробирке,

см3

Объем сыпучего вещества, см3

Перепад температур между внутренней и внешней средой, °С

Время нагревания пробирок, мин.

1

Песок речной

9

25

1

2

Гипс строительный

9

24

10°

1

3

Зола древесная

9

20

11°

1

4

Глина

9

24

1

5

Цемент

9

24

1

6

Опилки лиственницы

9

25

1

7

Сахарный песок

9

25

1

8

Соль

9

24,5

15°

1

Выводы.

Из опытов можно сделать вывод, что наибольшей теплопроводностью обладают соль, зола, гипс и цемент. Это менее пористые вещества, вещества, у которых большая плотность.

Наименьшая теплопроводность получилась у опилок и сахарного песка.

Если расположить вещества в порядке убывания теплопроводности (роста удельной теплоемкости), то получится следующий ряд: соль, зола, гипс, цемент, глина, песок, опилки, песок сахарный. Эти результаты соответствуют табличным коэффициентам теплопроводности различных материалов, полученных учеными.

3.5. Сравнение теплопроводности различных жидкостей, растворов.

Цель эксперимента: сравнить теплопроводность жидкостей, растворов.

Приборы и материалы: раствор соли насыщенный, раствор сахара насыщенный, раствор уксуса (9%), спирт этиловый, подсолнечное масло, машинное масло (отработка), очиститель для окон, вода, пробирки, спиртовка, спички, термометр, измерительный цилиндр (мензурка), емкости под исследуемые жидкости.

Содержание и метод выполнения работы.

Для опытов взяли жидкие вещества: раствор соли насыщенный, раствор сахара насыщенный, уксус (9%), спирт этиловый, подсолнечное масло, машинное масло, очиститель для окон.

В эксперименте использовали две пробирки различного диаметра. В пробирку меньшего диаметра наливали воду объемом 9 см3 при температуре воздуха в классной комнате 24°С. Эту пробирку помещали в пробирку большего диаметра. А пространство между внутренней пробиркой и внешней наполняли исследуемыми жидкостями.

Затем обе пробирки держали над спиртовкой в течение 1 минуты. Измеряли температуру во внутренней пробирке с водой. Снимали показания термометра перед непосредственным окончанием эксперимента (в последние секунды минуты).

Вычисляли перепад температур между внутренней и внешней средой, результаты занесли в таблицу №5.

Начальная температура воды - 24°С

Название жидкости

Объем воды в пробирке,

см3

Объем жидкости в пробирке, см3

Перепад температур между внутренней и внешней средой, °С

Время нагрева пробирок, мин.

1

Раствор соли насыщенный

9

23

8

1

2

Раствор сахара насыщенный

9

21

7

1

3

Раствор уксуса (9%)

9

22

6

1

4

Спирт этиловый

9

25

12

1

5

Подсолнечное масло

9

24

7

1

6

Машинное масло (отработка)

9

24

11

1

7

Очиститель для окон

9

24

10

1

Таблица №5

В ыводы.

Из опытов можно сделать вывод, что наибольшей теплопроводностью обладают спирт, машинное масло (отработка) и очиститель.

Наименьшей теплопроводностью (хуже проводят тепло) обладают раствор уксуса, подсолнечное масло, раствор сахара.

Если расположить вещества в порядке убывания теплопроводности, то получится следующий ряд: спирт, машинное масло (отработка), очиститель для окон, раствор соли насыщенный, раствор сахара насыщенный, подсолнечное масло, раствор уксуса (9%).

Заключение.

В работе рассчитал удельную теплоемкость некоторых веществ, а также сравнил теплопроводность ряда сыпучих, пористых (снега) веществ и растворов различных жидкостей. Пришел к выводу, что теплопроводность вещества зависит от его агрегатного состояния. У твердых плотных тел теплопроводность больше, чем у жидкостей. А у жидкостей теплопроводность больше, чем у газов. Понял, что теплопроводность твердых тел зависит от их пористости, плотности. Чем более пористое тело, тем хуже оно проводит тепло. Снег обладает плохой теплопроводностью, причем плотный снег проводит тепло лучше, чем только что выпавший, пушистый снег.

Сыпучие вещества также обладают разной теплопроводностью. Соль, зола, гипс, цемент хорошо проводят тепло, так как состоят из мелких частиц, которые плотно прилегают друг к другу. Хуже проводят тепло глина, песок, сахарный песок, опилки.

Жидкости также по-разному проводят тепло. Среди жидкостей наибольшая теплопроводность у растворов кислот, воды, а плохой теплопроводностью обладают вязкие жидкости, масла.

О результатах своих экспериментов рассказал ученикам 8-9 классов школы.

Теплопроводность веществ учитывают в быту, строительстве, сельском хозяйстве, легкой промышленности. Если возникает необходимость предохранить тело от охлаждения или нагревания, то применяют вещества с малой теплопроводностью. Так, для кастрюль, сковородок ручки делают из пластмассы. Зимой для сохранения тепла люди используют для пошива одежды шерстяную ткань, ватин, синтепон. Дома строят из бревен или кирпича, обладающих плохой теплопроводностью, а значит, предохраняют от охлаждения. Но это традиционные строительные материалы. Сейчас, в наше время создаются новые вещества, обладающие хорошими теплоизоляционными свойствами. Это такие теплоизоляционные материалы как пенопласт, пеноплекс, пенополиуретан, стекловата, шлаковата, эковата, арболит, армофол, экофол, пенофол, пориплекс… Они имеют низкую теплопроводность, чтобы уменьшить теплопередачу, сохраняя тепло.

Технологи изобретают все новые и новые жидкие и твердые утеплители. С помощью нанотехнологий создан самый эффективный теплоизоляционный материал – аэрогель, состоящий на 3% из твёрдых частиц кварца, которые являются плохими проводниками и 97% воздуха в очень маленьких нанопорах.

Знание особенностей теплопроводности материалов и применение веществ с заданными теплоизоляционными свойствами важно, так как позволяет снизить теплопотери и имеет большое значение для быта человека, для экономии электроэнергии, пожаробезопасности.

Список литературы.

Литература.

Алейникова Л.А. Теплообмен в природе и технике. Физика. Издательский дом «Первое сентября» № 22, 2006 г.

Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2016.

Семке А.И. Практические работы по физике с экологическим содержанием: Естественнонаучный профиль. 9-11 классы. – М.: Чистые пруды, 2008.

Физика: Молекулярная физика и термодинамика с основами общей астрономии: Учеб.для 7 кл. общеобразоват. учреждений / Под редакцией А.А.Фадеевой. – М.: Просвещение, 2006.

Источники информации

http://lektsii.org/5-21903.html

http://www.tvk.by/pimg/s_63.jpghttp://images.yandex.ru

https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%A2%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%BF%D1%80%D0%BE%D0%B2%D0%BE%D0%B4%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C

https://arxipedia.ru/materialy-i-svojstva/teploprovodnost-i-teploemkost-materialov.html

https://www.yaklass.ru/p/fizika/8-klass/teplovye-iavleniia-12324/udelnaia-teploemkost-veshchestva-161306/re-b97727fc-53b1-4bd8-91e9-c588efeafcd8

https://studopedia.net/6_42131_opredelenie-teploprovodnosti-pochv.html

https://ostroymaterialah.ru/sypuchie/sravnitelnaya-tablica-teploprovodnosti-stroitelnyx-materialov.html

http://thermalinfo.ru/svojstva-materialov/strojmaterialy/teploprovodnost-stroitelnyh-materialov-ih-plotnost-i-teploemkost

http://www.xiron.ru/content/view/58/28/

http://profidom.com.ua/stati/analitika-i-zakony/19725-sozdan-luchshij-v-mire-teploizoliruyushchij-material

https://lestnitsygid.ru/bezopastnost/tipy-sovremennyx-teploizolyacionnyx-materialov.html

http://docs.cntd.ru/document/1200095525

https://teplogalaxy.ru/sovremennaya-teploizolyaciya/

http://strport.ru/izolyatsionnye-materialy/utepliteli/teploizolyatsionnye-materialy-vidy-i-svoistva

https://rosuchebnik.ru/material/fizika-na-kukhne-7546/

1Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2016.

2 http://lektsii.org/5-21903.html

3 https://arxipedia.ru/materialy-i-svojstva/teploprovodnost-i-teploemkost-materialov.html

4Перышкин А.В. Физика. 8 кл.: Учеб. для общеобразоват. учреждений. – М.: Дрофа, 2016.

5https://studopedia.net/6_42131_opredelenie-teploprovodnosti-pochv.html

6https://rosuchebnik.ru/material/fizika-na-kukhne-7546/

Просмотров работы: 135