что такое тепловое явление в физике
Какие физические явления называют тепловыми
Понятие теплового явления в физике — что это такое
В 1620 году философ Фрэнсис Бэкон первым предположил, что теплота связана с движением. Тем не менее почти до конца XVIII века все тепловые явления объясняли теорией теплорода, основателем которой называют Платона. Теплород считался рассеянным по всей материи, способным проникать в тела, «сочетаться» с ними и превращать твердые тела в жидкости, а жидкости — в газы.
В середине XVIII века возникла механическая теория тепла, какое-то время сочетавшаяся с материальной, или теорией теплорода. На первый взгляд кажется, что если рассматривать теплоту как материальную субстанцию (теплород), получаются одни законы, а если как род движения — совсем другие. Но в обоих случаях, при всей их несхожести, присутствует пара: закон сохранения плюс закон направленности процесса.
И все же с конца XVIII века механическая теория стала постепенно укореняться в физике и химии. А в начале ХХ века Альберт Эйнштейн закрыл вопрос о природе тепла, представив теорию броуновского движения молекул.
Осторожно! Если преподаватель обнаружит плагиат в работе, не избежать крупных проблем (вплоть до отчисления). Если нет возможности написать самому, закажите тут.
Какую роль играет в природе
Тепловые явления — это физические процессы, которые происходят с материальными телами при изменении температуры.
Жизнь на Земле напрямую зависит от главного природного источника тепла в нашей звездной системе — Солнца. Любое изменение температуры влияет на жизнь человека и окружающую его среду. Нагревание и замерзание воды, воздуха, смена агрегатных состояний любых веществ — все эти процессы связаны с температурой.
Признаки теплового явления, чем характеризуется
Признаки тепловых явлений:
При нагревании молекулы начинают быстрее обмениваться местами, при охлаждении — наоборот.
Среди самых распространенных тепловых явлений:
Формулы тепловых процессов
Обычно для решения учебных задач хватает формул, описывающих сам процесс изменения температуры, а также процессы смены агрегатного состояния.
Формула, связывающая массу, теплоемкость и температуру, дает описание любого процесса нагревания или охлаждения:
\(Q = C \times m \times \triangle t\)
Q — обозначение количества теплоты, С — теплоемкости, m — массы вещества, \(\triangle\) t — разность температур.
Теплоемкость — количество теплоты, которое нужно затратить, чтобы нагреть тело на один градус. Теплоемкость — характеристика вещества, а не теплоты.
Для процессов со сменой агрегатного состояния вещества нужны специализированные формулы.
описывает процессы плавления и отвердевания. \lambda здесь — удельная теплота плавления.
описывает процессы парообразования и конденсации. L здесь — удельная теплота парообразования.
Любые тепловые процессы подчиняются законам термодинамики. Закон сохранения энергии, или Первое начало термодинамики:
\(\triangle\) U = Q + W
Также U определяется суммой получаемого количества теплоты Q и совершенной над телом работы W’:
U = Q + W’
Второе начало термодинамики: для любого сколь угодно сложного циклического обратимого процесса сумма величин Q/T с учетом знака теплоты (получаемой — с плюсом, отдаваемой — с минусом) равняется нулю.
Рудольф Юлиус Эммануэль Клаузиус предложил все превращения описать единым образом, с помощью одной величины — универсальной функции Q/T. Ее он назвал эквивалентом превращений, а Второе начало сформулировал как принцип эквивалентности превращений.
В любом тепловом процессе происходит двойное превращение теплоты и работы: сначала теплота преобразуется в работу, а потом наоборот — работа в теплоту. Причем механическая энергия может переходить в теплоту полностью, а тепловая в механическую — только частично.
Клаузиус ввел понятие энтропии \(\triangle S\) — величины, описывающей взаимные превращения теплоты и механической работы.
Оставаясь в рамках термодинамики, т. е. глядя на систему снаружи, это самое большее, что можно сказать о взаимоотношениях разных видов энергии — тепловой и механической.
Если же перейти к внутреннему устройству системы и рассматривать теплоту как беспорядочное движение составляющих систему частиц, то превращение теплоты в работу окажется преобразованием энергии хаотического движения молекул в работу системы в целом и наоборот. Тогда энтропию следует понимать как степень хаотичности, или неупорядоченности, такого движения.
Окончательно законы термодинамики, связанные с энтропией, можно сформулировать так: в любом необратимом процессе энтропия всегда возрастает, а в обратимом — остается постоянной.
При стремлении абсолютной температуры к нулю энтропия также стремится к нулю:
\(S \rightarrow 0\) при \(Т \rightarrow 0\)
Это Второе и Третье начала термодинамики.
Области применения теплового явления на практике
Тепловые процессы крайне важны в таких отраслях промышленности, как химическая, металлургическая, пищевая, деревообрабатывающая, машиностроительная и т. д. Наука метеорология занимается почти исключительно изучением тепловых процессов в атмосфере.
Что такое тепловое явление в физике
Тепловые явления – это явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, а также с изменением их агрегатного состояния.
Все тепловые явления связаны с температурой.
Все тела характеризуются состоянием своего теплового равновесия. Главной характеристикой теплового равновесия является температура.
Температура – это мера «нагретости» тела.
Поскольку температура является физической величиной, то её можно и нужно измерить. Для измерения температуры используется прибор, который называется термометр (от греч. термо – тепло, метрео – измеряю).
Первый термометр (а, точнее, его аналог) изобрёл Галилео Галилей. Изобретение Галилея, которое он представил своим студентам на лекциях в университете в конце XVI века (1597 г.), было названо термоскопом.
Любой термометр основан на следующем принципе: изменение физических свойств веществ в зависимости от температуры.
Опыт Галилея
Рис. 1. Опыт Галилея
Опыт Галилея (см. Рис. 1) состоял в следующем: он взял колбу с длинной ножкой и наполнил её водой. Затем взял стакан с водой и перевернул колбу ножкой вниз, поставив в стакан. Часть воды, естественно, вылилась, однако, в результате, в ножке остался определённый уровень воды. Если теперь нагревать колбу (в которой находится воздух), то уровень воды будет опускаться, а если охлаждать, то, наоборот, повышаться. Это связано с тем, что при нагревании вещества (в частности, воздух) имеют свойство расширяться, а при охлаждении – наоборот, сужаться (именно поэтому рельсы делают несплошными, а провода между столбами иногда немного провисают).
Эта идея и легла в основу первого термоскопа, который позволял оценивать изменение температуры (точно измерить температуру таким термоскопом нельзя, так как его показания будут сильно зависеть от атмосферного давления).
В это же время была введена так называемая градусная шкала. Само слово «градус» в переводе с латинского означает «ступень».
На сегодняшний день сохранились три основные шкалы.
1. Шкала Цельсия
Наибольшее распространение получение шкала, которая с детства известна каждому – шкала Цельсия.
Андерс Цельсий – шведский астроном, который предложил следующую шкалу температур: 0 о С – температура кипения воды; 100 о С – температура замерзания воды. В настоящее время все мы привыкли к перевёрнутой шкале Цельсия.
Примечание: сам Цельсий говорил, что такой выбор шкалы вызван простым фактом: зато зимой не будет отрицательной температуры.
2. Шкала Фаренгейта
В Англии, США, Франции, Латинской Америке и некоторых других странах популярностью пользуется шкала Фаренгейта.
Габриель Фаренгейт – немецкий исследователь – инженер, который впервые применил свою собственную шкалу для изготовления стекла. Шкала Фаренгейта более тонкая: по размерности градус шкалы Фаренгейта меньше градуса шкалы по Цельсию.
3. Шкала Реомюра
Техническая шкала придумана французским исследователем Р. А. Реомюром. По этой шкале 0 соответствует температуре замерзания воды, а вот в качестве температуры кипения воды Реомюром была выбрана температура в 80 градусов.
Кем и
когда
введена.
А. Цельсия
шведский
астроном, физик
1742 г.
Фаренгейт
стеклодув из Голландии
1724 г.
Реомюр французский физик
1726 г.
Томсон
(лорд Кельвин)
английский физик
1848 г.
Наличие положительных и отрицательных температур
0 о C
– температура таяния льда,
100 о C
– температура кипения воды.
32F
– температура таяния льда,
212F
– температура кипения воды.
0R
– температура таяния
льда,
80R
– температура кипения воды.
0K – абсолютный нуль,
273К
– температура таяния льда
Т = t + 273
Самая высокая температура.
Она получена в центре взрыва термоядерной бомбы – около 300. 400 млн °C. Максимальная температура, достигнутая в ходе управляемой термоядерной реакции на испытательной термоядерной установке ТОКАМАК в Принстонской лаборатории физики плазмы, США, в июне 1986г., составляет 200 млн °C.
Самая низкая температура.
Напомним, что при изменении температуры тела изменяются его линейные размеры (при нагревании – расширяются, при охлаждении – сужаются). Это связано с поведением молекул. При нагревании увеличивается скорость движения частиц, соответственно, они начинают чаще взаимодействовать, и объём увеличивается.
Из этого можно сделать вывод, что температура связана с движением частиц, из которых состоят тела (это относится и к твёрдым, и к жидким, и к газообразным телам).
Движение частиц в газах является беспорядочным (так как молекулы и атомы в газах практически не взаимодействуют).
Движение частиц в жидкостях является «скачкообразным», то есть: молекулы ведут «осёдлый образ жизни», но способны «перепрыгивать» с одного места на другое. Этим определяется текучесть жидкостей.
Движение частиц в твёрдых телах называется колебательным.
Таким образом, все частицы находятся в непрерывном движении. Это движение частиц называется тепловым движением (беспорядочное, хаотическое движение).
Это движение никогда не останавливается (до тех пор, пока у тела есть температура).
Подтвердил наличие теплового движения в 1827 году английский ботаник Роберт Броун, по имени которого данное движение называют броуновским движением.
Рассмотрим в заключении ещё один опыт – опыт французского учёного Гильома Амонтона, который в 1702 году изобрёл так называемый газовый термометр. С небольшими изменениями этот термометр дошёл и до наших дней.
Опыт Амонтона
Рис. 2. Опыт Амонтона
Возьмём колбу с водой и заткнём её пробкой с тонкой трубкой (см. Рис. 2). Если теперь нагревать воду, то за счёт расширения воды, её уровень в трубке будет повышаться. По уровню поднятия воды в трубке можно сделать вывод об изменении температуры. Преимущество термометра Амонтона состоит в том, что он не зависит от атмосферного давления.
На этом уроке мы рассмотрели такую важную физическую величину, как температура. Изучили способы её измерения, характеристики и свойства. На дальнейших уроках мы изучим такое понятие, как внутренняя энергия.
Что такое тепловое явление в физике
Гипотеза: благодаря научным знаниям и достижениям созданы легкие, прочные малотеплопроводные материалы для одежды и защиты жилища, кондиционеры, вентиляторы и прочие приспособления. Это позволяет нам преодолевать трудности и многие проблемы, связанные с теплом. Но все же изучать тепловые явления необходимо, так как они имеют исключительно большое влияние на нашу жизнь.
Цель: изучение тепловых явлений и тепловых процессов.
Задачи: рассказать о тепловых явлениях и тепловых процессах;
изучить теорию тепловых явлений;
на практике рассмотреть существование тепловых процессов;
показать проявление этих опытов.
Ожидаемый результат: проведение опытов и изучение наиболее распространенных тепловых процессов.
Результат работы над проектом: подобран и систематизирован материал по теме, проведены опыты и блиц – опрос учащихся, подготовлена презентация, представлено стихотворение собственного сочинения.
Тепловые явления – физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел.
Нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация – все это примеры тепловых явлений.
частиц, образующих вещество.
Чем выше температура, тем больше скорость движения частиц. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул. Молекулы или атомы вещества всегда находятся в постоянном беспорядочном движении.
Это движение обусловливает собой наличие в любом веществе внутренней кинетической энергии, которая, связана с температурой вещества.
Поэтому, беспорядочное движение, в котором всегда находятся молекулы или атомы, называется тепловым.
Изучение тепловых явлений показывает, что насколько в них уменьшается механическая энергия тел, настолько же увеличивается их механической и внутренней энергий, при любых процессах остаётся неизменной.
В этом заключается закон сохранения энергии.
Энергия не возникает из ничего и не исчезает никуда.
Она может лишь переходит из одного вида в другой, сохраняя своё полное значение.
Тепловое движение молекул никогда не прекращается. Поэтому любое тело всегда обладает какой-то внутренней энергией. Внутренняя энергия зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и других факторов и не зависит от механического положения тела и его механического движения. Изменение внутренней энергии тела без совершения работы называется теплопередачей.
Теплопередача всегда происходит в направлении от тела с большей температурой к телу с меньшей температурой.
Существует три вида теплопередачи:
Тепловые процессы – разновидность тепловых явлений; процессы, при которых меняется температура тел и веществ, а также возможно изменение их агрегатных состояний. К тепловым процессам относятся:
Парообразование
Кристаллизация
Десублимация
Рассмотрим в качестве примера вещество, которое может находиться в трёх агрегатных состояниях: вода (Ж- жидкое, Т- твердое,Г- газообразное)
Нагревание – процесс повышения температуры тела или вещества. Нагревание сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды. При нагревании агрегатное состояние вещества не изменяется.
Опыт 1: Нагревание.
Наберём воду из крана в стакан и измерим её температуру (25°C),
затем поставим стакан на теплое место (окно на солнечной стороне), и через некоторое время измерим температуру воды (30°C).
Подождав ещё некоторое время, я еще раз измерила температуру (35°C). Вывод: термометр показывает увеличение температуры сначала на 5°C, а потом и на 10°C.
Охлаждение – процесс, понижения температуры вещества или тела; Охлаждение сопровождается выделением теплоты в окружающую среду. При охлаждении агрегатное состояние вещества не изменяется.
Опыт 2: Охлаждение.Посмотрим как происходит охлаждение на опыте.
Из крана в стакан наберём горячую воду и измерим её температуру (60°C) затем этот стакан на некоторое время поставим на подоконнике, после чего измерим температуру воды и она стала равной (20°C).
Вывод: вода охлаждается и термометр показывает понижение температуры.
Опыт 3: Кипение.
С кипением мы каждый день сталкиваемся дома.
Нальём в чайник воду и поставим его на плиту. С начала вода нагревается, а затем происходит кипения воды. Об этом свидетельствует пар, выходящий из носика чайника.
Вывод: при кипении воды, пар из горлышка чайника выходит через маленькое отверстие и свистит и мы выключаем плиту.
Испарение зависит от:
Температуры вещества (чем выше температура, тем интенсивнее испарение);
Площади поверхности жидкости (чем больше площадь, тем больше испарение);
Рода вещества (разные вещества испаряются с разной скоростью);
Наличия ветра (при наличии ветра испарение происходит быстрее).
Опыт 4: Испарение.
Если Вы когда-нибудь наблюдали за лужами после дождя, то Вы, несомненно, замечали, что лужи становятся меньше и меньше. Что произошло с водой?
Вывод: она испарилась!
Кристаллизация (отвердевание) – это переход вещества из жидкого агрегатного состояния в твердое. Кристаллизация сопровождается выделением энергии (теплоты) в окружающую среду.
Опыт 5: Кристаллизация. Чтобы обнаружить кристаллизацию, проведём опыт.
Наберём воду из крана в стакан и поставим в морозильную камеру холодильника. Через некоторое время происходит процесс отвердевания вещества, т.е. на поверхности воды появляется корка. Затем вся вода в стакане полностью превратилась в лед, то есть кристаллизуется.
Вывод: сначала вода охлаждается до 0 градусов, затем замерзает.
Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое. Этот процесс сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды. Чтобы расплавить твёрдое кристаллическое тело ему необходимо передать некоторое количество теплоты.
Опыт 6: Плавление.Плавление легко обнаруживается на опыте.
Достаём из морозильной камеры холодильника стакан с замёрзшей водой, который поставили мы. Через некоторое время в стакане появилась вода – лед начал таять. Спустя некоторое время весь лед растаял, то есть полностью перешел из твердого в жидкое.
Вывод: лёд с течением времени получает тепло от окружающей среды и со временем растает.
Конденсация –переход вещества из газообразного состояния в жидкое.
Конденсация сопровождается выделением теплоты в окружающую среду.
Опыт 7: Конденсация.
Мы вскипятили воду и поднесли к носику чайника холодное зеркало. Через несколько минут на зеркале четко видны капли конденсировавшегося водяного пара.
Вывод: пар оседая на зеркале превращается в воду.
Явление конденсации можно наблюдать летом, ранним прохладным утром.
Капельки воды на траве и цветах – роса – свидетельствуют о том, что водяной пар, содержавшийся в воздухе, конденсировался.
Сгорание – процесс сжигания топлива, сопровождающийся выделением энергии.
Эта энергия используется в различных
сферах нашей жизни.
Опыт 8: Сгорание. Каждый день мы можем наблюдать, как сгорает природный газ в горелке плиты. Это и есть процесс сгорания топлива.
Также процессом сгорания топлива является процесс сжигания дров. Поэтому, чтобы провести опыт по сгоранию топлива, достаточно только зажечь газовую
горелку или спичку.
Вывод: при сгорании топлива выделяется тепло, может появиться специфический запах.
Результат работы над проектом:в своей проектной работе я изучила наиболее распространенные тепловые процессы: нагревание, охлаждение, парообразование, кипение, испарение, плавление, кристаллизация, конденсация, сгорание, сублимации и десублимации.
Кроме того, в работе были затронуты такие темы, как тепловое движение, агрегатные состояния веществ, а также общая теория по тепловым явлениям и тепловым процессам.
На основе простейших опытов рассматривалось то или иное тепловое явление. Опыты сопровождаются демонстрационными картинками.
На основе опытов рассмотрено:
— существование различных тепловых процессов;
доказана актуальность тепловых процессов в жизни человека.
Также мною был проведен блиц-опрос учащихся 9 «А» класса в составе 15 человек.
Блиц – опрос учащихся 9 класса.
Вопросы:
1. Что такое тепловые явления?
2. Приведите примеры тепловых явлений
3. Какое движение называют тепловым?
4. Что такое теплопроводность?
5. Агрегатные превращения – это…
6. Явление превращения жидкости в пар?
7. Явление превращения пара в жидкость?
8. Какой процесс называется плавлением?
9. Что такое испарение?
10. Назовите процессы, обратные нагреванию, плавлению, испарению?
Ответы:
2. Примеры тепловых явлений: нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация
3. Тепловое движение – беспорядочное, хаотическое движение молекул
4. Теплопроводность – передача тепла от одной части к другой
5. Агрегатные превращения – это явления перехода вещества из одного агрегатного состояния в другое
6. Парообразование
7. Конденсация
8. Плавление – переход вещества из твердого состояния в жидкое. Этот процесс сопровождается поглощением теплоты из окружающей среды
9. Испарение – это парообразование, происходящее со свободной поверхности жидкости
10. Процессы, обратные нагреванию, плавлению, испарению – охлаждение, кристаллизация, конденсация
1. Правильный ответ – 7 чел – 47%
Неправильный ответ – 8 чел – 53%
2. Правильный ответ –6 чел – 40%
Неправильный ответ –9 чел – 60%
3. Правильный ответ – 10 чел – 67%
Неправильный ответ – 5 чел – 33%
4. Правильный ответ –6 чел – 40%
Неправильный ответ – 9 чел – 60%
5. Правильный ответ – 8 чел – 53%
Неправильный ответ – 7 чел – 47%
6. Правильный ответ – 12 чел – 80%
Неправильный ответ – 3 чел – 20%
7. Правильный ответ – 8 чел – 53%
Неправильный ответ – 7 чел – 47%
8. Правильный ответ – 10 чел – 67%
Неправильный ответ – 5 чел – 33%
9. Правильный ответ – 13 чел – 87%
Неправильный ответ – 2 чел – 13%
10. Правильный ответ – 8 чел –53%
Неправильный ответ – 7 чел – 47%
Блиц-опрос показал, что ученики не достаточно знакомы с этой темой, и я надеюсь, что мой проект поможет им восполнить недостающие пробелы по данной теме.
Поставленная мною цель и задачи проектной работы выполнены.
Закончить свою работу хочу стихотворением, которое мы сочинили вместе с моим дедушкой.
Тепловые явления
Мы явления изучаем,
Про тепло познать желаем.
Выполняем мы работу,
Раскачав молекул роту,
Нам становится тепло.
Очень важная задача-
Тепло можно передать,
От воды нагретой взять.
Все тела теплопроводны:
Вода греет радиатор,
Воздух снизу вверх идет,
В дом тепло передает.
В доме бережет тепло.
Для тепла стоит горой.
Он тепло не пропускает
И в квартире сохраняет.
Ну а днем, мы знаем сами,
Солнце даст тепло лучами…
Чтоб познать все свойства эти,
В дружбе жить с теплом на свете,
Список литературы
Старт в науке
Учредителями Конкурса являются Международная ассоциация учёных, преподавателей и специалистов – Российская Академия Естествознания, редакция научного журнала «Международный школьный научный вестник», редакция журнала «Старт в науке».
Тепловые явления
Тепловые явления всегда связаны с охлаждением или нагреванием, плавлением или отвердеванием, т. е. с изменением температуры.
Тепловые явления в жизни
С тепловыми явлениями мы сталкиваемся ежедневно и вряд ли каждый раз задумываемся над превращениями, сопровождающих эти процессы. Например, просматривая прогноз погоды, мы думаем лишь о выборе подходящих одежды и обуви. Чтобы выпить горячий чай или кофе, мы нагреваем воду в чайнике.
Кладем мокрые вещи на горячую батарею, зная, что через несколько часов все высохнет, и т.д. И это только дома.
Трудно переоценить значимость тепловых явлений в нашей жизни: это плавление металла, сгорание топлива, изготовление новых материалов, создание тепловых двигателей и многое другое.
Почему железная дорога длиннее летом?
Этот вопрос может показаться тебе довольно странным, но длина железной дороги, точнее, ее рельсового пути, действительно увеличивается летом. Почему так происходит?
Тем не менее говоря о том, что летом железная дорога длиннее, следует понимать, что на самом деле речь идет не об удлинении маршрута между городами, а всего лишь об увеличении общей суммы длин всех рельсов.
Посмотри внимательно на картинку справа. Железнодорожные рельсы специально укладывают так, чтобы между их стыками оставался небольшой зазор. Именно этот промежуток и рассчитан на увеличение длины рельсов при нагревании. Иногда его так и называют — «тепловой зазор».
Теперь понятно, что за счет общей длины всех зазоров и происходит увеличение длин рельсов при нагревании!
Почему между трамвайными рельсами не оставляют зазоры?
Трамвайные рельсы действительно укладывают, не оставляя никаких зазоров. Почему? Сравни картинки.
Трамвайные рельсы почти полностью опускают в землю: на поверхности остается только верхняя часть полотна. Поэтому можно с уверенностью говорить о том, что земля «спасает» рельсы от перегрева даже в самые жаркие дни. А так как трамвайные рельсы не перегреваются, то и их длина, в отличие от железнодорожных, практически не меняется. Поэтому между трамвайными рельсами и не оставляют зазоров.
Почему летом провода линий электропередачи немного провисают?
Действительно, провода линий электропередачи слегка провисают в теплое время года. Это не ошибка монтажников, а преднамеренное действие. Объяснить данное явление довольно просто. Ты уже знаешь, что при нагревании тела расширяются, а при охлаждении — сжимаются. Если сильно натянуть провод, то, охлаждаясь (это может случиться не только зимой, но и во время прохладных ночей в межсезонье и даже летом), он становится короче и может лопнуть.
Почему на трубопроводах делают изгибы?
Скорее всего, ты не раз видел наземные трубопроводы, в которых через определенные промежутки есть специальные изгибы в виде буквы П.
Такие изгибы сделаны не случайно. В связи с резкими перепадами температуры трубопроводы способны удлиняться и расширяться. На прямом участке такие изменения могут привести к серьезным деформациям. Поэтому и делают изгибы, чтобы компенсировать эту нагрузку.
Как правильно охладить продукты при помощи льда?
Представь, что тебе нужно охладить лимонад при помощи кубиков льда, замороженных в специальной форме, но бросать их внутрь нельзя. Как ты поступишь? Поставишь кувшин на форму со льдом? Или наоборот, форму на горлышко кувшина? Более удобным кажется первый вариант, т.е. поставить кувшин на лед. Однако правильным с точки зрения физики является второй. Конечно, это вовсе не означает, что охладить лимонад в кувшине, поставив его на лед, нельзя. Можно, но в данном случае охладится только нижний слой напитка.
Поэтому если нужно охладить всю жидкость, то лед следует положить сверху. Объяснение этому правилу довольно простое: охлажденный льдом воздух опускается вниз, постепенно охлаждая сосуд.
Почему зимой мы носим теплую одежду?
Единственный правильный ответ на этот вопрос только один: потому что зимой холодно, и мы не хотим мерзнуть. А ты уверен, что именно одежда нас греет? Чтобы убедиться, так ли это на самом деле, ты можешь проделать следующий эксперимент.
Тебе понадобятся любая теплая куртка или пальто (желательно пуховик), которые ты носишь зимой, кубики льда и два небольших полиэтиленовых пакета. Итак, в оба пакета положи одинаковое количество кубиков льда и завяжи. Один пакет оставь на столе, а второй тщательно заверни в зимнюю куртку. Когда лед в первом пакете начнет таять, вытащи второй пакет со льдом из куртки. Что произошло со льдом во втором пакете? Лед даже и не начал таять! На этом опыте ты наглядно убедился в том, что зимняя одежда абсолютно не греет. На самом деле она просто сохраняет температуру. Завернутый в куртку лед практически не растаял, и это значит, что его температура осталась прежней. И когда мы надеваем зимнюю одежду, она не греет — она не дает нашему телу охладиться, т. е. сохраняет его температуру.
Почему стаканы из толстого стекла лопаются чаще, чем из тонкого?
Это действительно так: стаканы из тонкого стекла более устойчивы к горячей воде, чем из толстого.
Казалось бы, где логика? Но в данном случае нужно учитывать законы физики. Основная причина того, что стекло лопается, заключается в его неравномерном расширении. Когда мы наливаем кипяток в стакан, то сначала прогреваются его внутренние стенки. А внешние стенки по-прежнему остаются недостаточно нагретыми и не выдерживают давления перегретого внутреннего слоя. В этот момент и происходит лопание стекла.
Теперь ты понял, почему толстое стекло чаще лопается, чем тонкое? Стенки стакана из тонкого стекла успевают прогреться гораздо быстрее. Это означает, что в стакане с тонкими стенками быстрее устанавливается одинаковая температура внутреннего и внешнего слоев стекла. А в стакане из толстого стекла все эти процессы протекают настолько медленнее, что оно не успевает прогреться и лопается.
Лабораторная посуда
Обрати внимание на стеклянную посуду, которую используют в лабораториях: она вся из очень тонкого стекла. Причем воду кипятят именно в таких сосудах, совершенно не опасаясь, что они лопнут прямо во время проведения исследования.
Теплопередача
Тот, кто хоть раз в жизни получал ожог, знает о нем не понаслышке. Способов обжечься довольно много. Например, можно нечаянно дотронуться до раскаленной сковородки, гриля или формы с пирогом, который только что достали из духовки. Можно обжечься паром кипящей воды или очень горячим воздухом из фена. А можно просто лежать под палящим солнцем и получить ожог кожи. Все эти примеры указывают на разные способы передачи тепла от более горячего тела к более холодному.
Способы теплопередачи. Теплопроводность
Существуют различные способы передачи тепла: теплопроводность, конвекция и излучение.
Главное их отличие заключается в способе передачи тепла.
При теплопроводности передача тепла происходит при непосредственном контакте. Например, во время приготовления пищи нагретая плита передает тепло сковороде или кастрюле.
Конвекция и излучение
Для возникновения конвекции необходимо движение воздуха или воды. Конвекция — это передача тепла потоками жидкости или газа.
Наглядный пример конвекции — обогрев наших домов от батарей. Теплый воздух поднимается к потолку и равномерно распределяется по всей комнате. Охлаждаясь, воздух опускается. Потом процесс повторяется снова. Такая циркуляция воздуха и называется конвекцией.
Тепловое излучение — это передача тепла от одного тела к другому электромагнитными волнами. Именно так попадает на Землю тепло от Солнца. При тепловом излучении нет необходимости в прямом контакте или наличии потоков жидкости или газа.
Почему в окнах двойные стекла?
Ты уже знаешь, что передача тепла происходит от более горячего тела к более холодному. Но у различных материалов разная способность передавать тепло, или разная теплопроводность. У дерева, стекла и воды она очень низкая.
Окна делают из двух и более стекол, скрепленных между собой, с целью увеличения их теплоизоляционных свойств. Пространство между стеклами заполняется воздухом, теплопроводность которого в 40 раз меньше, чем у стекла. Типичная конструкция окон «стекло—воздух—стекло» позволяет лучше сохранить тепло в наших домах.
Почему в снежную зиму деревья не вымерзают?
В снежную зиму земля надежно защищена от промерзания. Как бы странно это ни звучало, но снег очень хорошо греет землю. А происходит это потому, что снег содержит воздух и является очень плохим проводником тепла. Почва не промерзает, и корни деревьев остаются в тепле.
Почему зимой мерзнут ноги в очень тесной обуви?
Это происходит потому, что в тесной обуви воздушная прослойка между ногой и сапогом или ботинком очень мала. Так как воздух — плохой проводник тепла, достаточный слой воздуха между ногой и обувью защитил бы от замерзания. Именно поэтому зимой нужно носить просторную обувь.
Почему мы не обжигаем губы и рот, когда пьем из фарфоровой чашки?
Скорее всего, ты не раз наблюдал такую картину: фарфоровая чашка, в которую только что налили кипяток, не настолько горячая, чтобы ее невозможно было взять в руки. А что произойдет, если налить воду такой же температуры в металлическую чашку? Сможешь ли ты удержать эту чашку в руке, уже не говоря о том, чтобы прикоснуться к ней губами? Металлическая чашка моментально нагревается до такой степени, что в руки ты ее не возьмешь.
Объяснением этому является разная теплопроводность фарфора и металла: у фарфора она существенно ниже.