Экспериментальное изучение теплопроводности воздуха

Мы провели опрос среди учащихся нашей школы. В опросе приняли участие 70 учащихся нашей школы.

Первый вопрос: «Какая верхняя зимняя одежда самая теплая: шуба, дубленка или куртка»? 70% ответили, что шуба, 25% дубленка и 5% куртка. (см приложение 1)

Второй вопрос: «Шуба греет человека: да или нет»? 50% ответили, что да и 50% нет. (см приложение 2)

Что сказали бы вы, если бы вас стали уверять, будто шуба нисколько не греет? Вы подумали бы, конечно, что с вами шутят. Проверим это на ряде опытов. Для проверки гипотезы нами была проведена серия экспериментов.

Эксперимент №1

Для начала мы просто решили проверить, изменится ли температура окружающей среды (воздуха) под шубой. Мы зафиксировали показания термометра в комнате +24 градуса по Цельсию, затем закутали термометр в шубу. Через три часа достали термометр и вновь зафиксировали его показания. На термометре было + 24 градуса по Цельсию. Показания не изменились! Вот и доказательство, что шуба не греет. Вы могли бы заподозрить, что шубы даже холодят. Проведем 2 эксперимент.

Рис. 3 Эксперимент № 1

Эксперимент № 2

Второй эксперимент был проведен с кусочками льда, температура которых составляла -17 градусов по Цельсию.Мы взяли 2 одинаковых (по массе и температуре) кусочка льда. Один оставили при комнатной температуре (+28 градусов по Цельсию), второй при этой же температуре поместили под шубу. Вместе со льдом под шубу положили второй термометр, который при комнатной температуре показывал +28 по Цельсию. Через 1 час лед, находящийся в комнате, полностью растаял до состояния жидкости. Лед, который был под шубой, находился частично в жидком состоянии, частично в твердом состоянии. При этом температура внутри шубы оказалась ниже комнатной и была равна +16 градусам по Цельсию. Значит, шуба не только не согрела льда, но как будто даже холодила его, замедляя таяние!

Рис. 4. Проведение эксперимента № 2

Таблица 1

Результаты эксперимента№2 (в комнате)

Этапы исследования

Состояние воды

Температура, ⁰С

Начало исследования

В комнате

твердое

t_{1= – 16} ⁰C

Под шубой

твердое

t_{2= – 16} ⁰C

Конец исследования (через 1 час)

В комнате

жидкое

t_{3= +24} ⁰C

Под шубой

Частично твердое, частично жидкое

t_{4= + 13} ⁰C

Эксперимент № 3

Мы провели третий опыт, также с кусочками льда, но в другой температурной окружающей среде, а именно в коридоре, где температура была 8 градусов тепла по Цельсию, а температура кусочков льда -17 градусов по Цельсию. Вновь один кусочек льда мы оставили открытым, второй закутали в шубу. При таких условиях лед таял значительно дольше.

Через 24 часа кусочек льда, находящийся без шубы, полностью растаял до жидкого состояния. Достав же кусочек льда из-под шубы, мы увидели, что он находился целиком в твердом состоянии, нисколько не растаяв. Термометр внутри шубы при этом понизился до +1 градуса по Цельсию.

Результаты эксперимента№3 (на улице) представлены в таблице 2.

Таблица 2

Результаты измерений в эксперименте№3 (в коридоре)

Этапы исследования

Состояние вещества

Температура, ⁰С

Начало исследования

в коридоре

твердое

t= -16⁰ С

под шубой

твердое

t= -16⁰ С

Конец исследования (через 24 часа)

в коридоре

жидкое

t= +10⁰ С

под шубой

твердое

t= +1⁰ С

Рис. 5 Эксперимент № 3

В ыводы по проведенным опытам:

В открытом воздухе лёд поглощает тепло от внешней среды при этом наблюдается и конвекция и излучение, поэтому тает быстрее. По результатам исследования, проводимого в течение одного часа, мы увидели, что лед при комнатной температуре полностью растаял, превратившись в жидкое вещество, а под шубой процесс таяния проходил значительно медленнее.

Под шубой же наблюдается только теплопроводность воздуха, так как шуба представляет собой пористое тело, состоящего из волокон, между которыми находятся прослойки воздуха. А воздух, как известно, что обладает плохой теплопроводностью. Поэтому шуба является преградой и отгораживает лёд от теплого воздуха комнаты. Шубы действительно не греют, если под словом «греть» подразумевать сообщение энер­гии. Лампа греет, печка греет, человеческое тело греет, потому что все эти предметы являются источником энергии. Но шуба в этом смысле нисколько не греет. Она только мешает теплоте нашего тела уходить от него. Вот почему теплокровное животное, тело которого само является источником теплоты, будет чувство­вать себя в шубе теплее, чем без нее. Но термометр не является таким источником, и его температура не изменится оттого, что мы закутаем его в шубу. Лед, обернутый в шубу, дольше сохра­няет свою низкую температуру, потому, что шуба замедляет доступ к нему теплоты извне, от комнатного воздуха.

В таком же смысле, как шуба, снег греет землю: обладая, как все пористые тела, малой теплопроводностью, он мешает энергии уходить из почвы. В почве, защищенной слоем снега, термометр показывает нередко градусов на десять больше, чем в почве, не покрытой снегом.

Итак, на вопрос, греет ли шуба, надо ответить, что шуба только помогает нам греть самих себя. Вернее было бы говорить, что мы греем шубу, а не она нас.

Проведенные эксперименты подтверждают гипотезу о том, что скорость теплопередачи будет зависеть от разности температур окружающей среды и тела, а также позволяют сделать вывод о том, что шуба не греет, а лишь сохраняет тепло. В случае с кусочками льда, она не пропускала тепло извне.

Эксперимент № 4

Следующий эксперимент мы проводили на улице, изучая теплопроводность снега. Для этого в течение трех недель при разной температуре воздуха мы измеряли температуру почвы в зависимости от толщины снега. Порядок выполнения:

1. Выбираем 3-4 исследуемые точки.

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 занесли в таблицу.

Проводились измерения температуры от минус 2 до минус 20 градусов по Цельсию. Результаты эксперимента№4 (на улице) представлены в таблице 3 и на диаграмме (см приложение 3).

Таблица 3

Результаты измерений в эксперименте№4 (на улице)

Толщина снежного покрова, см

Температура, ºС

Разница температур, ºС

На поверхности снега

На поверхности почвы под снегом

Опыт

20 см

-8 ºС

-7 ºС

1 ºС

30 см

-8 ºС

-6ºС

2ºС

50 см

-8 ºС

-5 ºС

3 ºС

Опыт

20 см

-17ºС

-10 ºС

7 ºС

30 см

-17 ºС

-9 ºС

8 ºС

50 см

-17ºС

-7 ºС

10 ºС

Рис. 6 Эксперимент № 4

Несмотря на некоторые погрешности результатов, учитывая достаточно большое количество измерений, мы выявили ряд закономерностей.

1. С глубиной снега температура повышается. Чем глубже снег, тем больше разница температур между поверхностью снега и поверхностью почвы под снегом. Соответственно, чем меньше слой снега, тем меньше разница температур.

2. Чем ниже температура воздуха на улице, тем больше разница температур на поверхности снега и на поверхности почвы.

3. С ростом температуры воздуха, температура на поверхности почвы на небольшой глубине (до 20 см.) растет, а на большой глубине (80 см.) практически не меняется.

Кроме этого мы решили представить на графике зависимость температуры почвы под снегом от толщины снежного покрова.

Таким образом, снег, как и шуба, обладает теплозащитными свойствами. 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, как известно, мала. Поэтому теплопроводность рыхлого снега значительно меньше, чем плотного. Изучение этих свойства снега имеет большое значение в сельском хозяйстве.

Заключение

Экспериментальное изучение теплопроводности позволяет утверждать, что шубы действительно не греют, если под словом «греть» подразумевать сообщение энер­гии. Лампа греет, печка греет, человеческое тело греет, потому что все эти предметы являются источником энергии. Но шуба в этом смысле нисколько не греет. Она только мешает теплоте нашего тела уходить от него. Вот почему теплокровное животное, тело которого само является источником теплоты, будет чувство­вать себя в шубе теплее, чем без нее. Но термометр не является таким источником, и его температура не изменится оттого, что мы закутаем его в шубу. Лед, обернутый в шубу, дольше сохра­няет свою низкую температуру, потому, что шуба замедляет доступ к нему теплоты извне, от комнатного воздуха.

В таком же смысле, как шуба, снег греет землю: обладая, как все пористые тела, малой теплопроводностью, он мешает энергии уходить из почвы. В почве, защищенной слоем снега, термометр показывает нередко градусов на десять больше, чем в почве, не покрытой снегом.

Итак, на вопрос, греет ли шуба, надо ответить, что шуба только помогает нам греть самих себя. Вернее было бы говорить, что мы греем шубу, а не она нас.

Список используемой литературы

1. Кириллова И. Г. Книга для чтения по физике: Учеб. пособие для учащихся 6—7 кл. сред. шк. /Сост. И. Г. Кириллова.— 2-е изд., пере-раб.— М.: Просвещение, 1986.— 207 с, ил.

2. Колесников К.А. Рабочая тетрадь по физике. Мои размышления при выполнении опытов в домашней лаборатории / К.А. Колесников—Киров, 2010—128 е.: ил.

3. Сёмке А.И. Практические работы по физике с экологическим содержанием. Естественнонаучный профиль. 9-11 классы -М.:Чистые пруды, 2008.-20с.

4. http://www.1tv.ru/prj/zdorovo/vypusk/5662

пример 2

• 
  1. Мороз и шуба, день чудесный! Выполнили: ученики 7 класса Нагорная Екатерина Сметанников Александр

· 2. Верно ли, что шуба согревает?

• Греет ли девушку,

• Греет ли милую

• В зимнюю пору,

• Шубка красивая?

· 3. Гипотезы:

• Да, шуба греет, потому что её все люди одевают, когда холодно.

• Нет шуба, не греет, она просто сохраняет тепло нашего тела.

· 4. Цель исследования:

• Доказать, что шуба не греет, а сохраняет человеческое тепло.

Задачи исследования:

• Путем опроса выявить какие шубы нравятся девушкам.

• Выяснить в какой шубе теплее: синтетической или натуральной.

• Опытным путем установить греет ли шуба.

· 5. Что сказали бы вы, если бы вас стали уверять, будто шуба нисколько не греет? Вы бы подумали, конечно, что с вами шутят. А если бы вам стали доказывать это утверждение на ряде опытов?Если бы вас стали уверять…

· 6. Узнать поможет, опыт нам Как греет шуба на морозе? И в чем теплее - вот вопрос. Мы проведем сейчас опрос!

· 7. Вопросы анкеты

• Какие шубы вам нравятся(искус-ственные или натуральные)?

• Какая шуба греет лучше?

• Греет ли шуба?

· 8. Какие шубы вам нравятся (искусственные или натуральные)?

· 9. Какая шуба греет лучше?

· 10. Узнаем на опыте: греет ли шуба. Опыт № 1

• Берем термометр, замечаем, сколько он показывает.

• Заворачиваем термометр в шубу. И оставляем на несколько часов.

• Через несколько часов вынимаем термометр и смотрим показания.

• Видим, что показания термометра не изменились.

Оборудование

· 11. Вывод по опыту:

• Так как показания термометра не изменились, то мы можем сказать, что шуба ни сколько не греет.

· 12. Опыт № 2

• Берем два одинаковых пузыря со льдом.

• Один закутываем в шубу, другой - оставляем в комнате незакрытым.

• Когда во втором пузыре лед растает, разворачиваем шубу.

• В первом пузыре лед и не начинал таять.

Оборудование 2 2 2 1 1

· 13. Вывод по опыту

• Шуба оказывается не только не греет, но еще и холодит.

· 14. Опыт №3

• Берем закрытую бутылку с горячей водой.

• Заворачиваем ее в шубу.

• Через несколько часов разворачиваем шубу.

• Вода в бутылке до сих пор горячая.

Оборудование

· 15. Вывод по исследованию:

• шубы действительно не греют, если под словом греть подразумевать сообщение теплоты;

• лампочка греет, человеческое тело греет, батарея греет, потому что все эти тела являются источниками теплоты;

• шуба своего тепла не дает, а только мешает теплоте нашего тела (или холоду льда) уходить от него;

• шуба – плохой проводник теплоты – замедляет доступ к нему тепла извне, от комнатного воздуха.

· 16. Информационные ресурсы

• Сайт «Энциклопедия Кирилла и Мефодия (раздел медицина)»,www.km.ru

• Перельман Я.И. «Занимательная физика», М. «Просвещение», 1989г. (В книге описаны ряд занимательных опытов и поучительных советов по физике)

• Перышкин В.С. «Физика» 7 кл., М. «Просвещение», 2000г