Мир тепла

Слайд 1. Мир тепла: от молекул до двигателей

Физика: Тепловые явления и энергия

Слайд 2. Температура и движение

Температура — это не просто число на градуснике. Это мера средней кинетической энергии частиц. Чем быстрее движутся молекулы, тем выше температура тела.

В физике мы называем это хаотическое движение тепловым движением.

Слайд 3. Внутренняя энергия

Внутренняя энергия тела — это сумма:

Кинетической энергии всех частиц,

Потенциальной энергии их взаимодействия.

Она зависит от температуры и агрегатного состояния тела.

Слайд 4. Как изменить энергию?

Если мы трем ладони друг о друга или сжимаем газ в насосе, мы совершаем работу, и тело нагревается.

Процесс изменения энергии без совершения работы — просто передача тепла от горячего к холодному.

Слайд 5. Виды теплопередачи

Слайд 6. 1. Теплопроводность

Это передача энергии от более нагретых частей тела к менее нагретым при их прямом контакте.

Металлы — отличные проводники, а дерево и воздух — плохие.

Слайд 7. 2. Конвекция

Перенос энергии струями жидкости или газа. Теплые слои (менее плотные) поднимаются вверх, а холодные опускаются.

Именно так батарея обогревает всю комнату.

Слайд 8. 3. Излучение

Передача энергии с помощью электромагнитных волн. Это единственный способ передачи тепла через вакуум.

Так Солнце согревает нашу Землю.

Слайд 9. Количество теплоты

Количество теплоты $Q$ — это энергия, которую тело получает или теряет при теплопередаче.

Формула для нагревания: $Q=cm(t_2-t_1)$

$c$ — удельная теплоемкость

$m$ — масса тела

$\Delta t$ — изменение температуры

Слайд 10. Удельная теплоемкость веществ

Слайд 11. Тепловой баланс

В замкнутой системе энергия не берется из ниоткуда.

Сумма отданного тепла равна сумме полученного: $Q_{\text{отд}}+Q_{\text{пол}}=0$. Это закон сохранения энергии в действии!

Слайд 12. Энергия топлива

При сгорании топлива выделяется энергия.

Формула: $Q=qm$

$q$ — удельная теплота сгорания топлива.

Разное топливо дает разный «жар»!

Слайд 13. Агрегатные состояния

Слайд 14. Плавление и отвердевание

Плавление: поглощение энергии для разрушения решетки.

Отвердевание: выделение энергии при создании связей.

Слайд 15. Удельная теплота плавления

Количество теплоты, необходимое для превращения 1 кг кристаллического вещества в жидкость при температуре плавления: $Q=\lambda m$.

Пока лед плавится, его температура не меняется!

Слайд 16. Испарение

Происходит с поверхности жидкости при любой температуре.

Факторы скорости:

Температура жидкости

Площадь поверхности

Ветер (удаление паров)

Род вещества

Слайд 17. Кипение и давление

Кипение — интенсивное испарение по всему объему.

Важно: температура кипения зависит от давления. В горах вода закипает быстрее, но при меньшей температуре!

Слайд 18. Парообразование

Чтобы превратить жидкость в пар, нужно затратить энергию: $Q=Lm$.

$L$ — удельная теплота парообразования.

При конденсации (превращении пара в воду) эта же энергия выделяется обратно.

Слайд 19. График тепловых процессов

Слайд 20. Влажность воздуха

Воздух содержит невидимый водяной пар.

Относительная влажность — это отношение текущей плотности пара к плотности насыщенного пара.

Измеряется психрометром или гигрометром.

Комфортная влажность для человека: 40-60%.

Слайд 21. Энергия не исчезает в никуда и не возникает из ничего; она только переходит из одной формы в другую.

— Закон сохранения энергии

Слайд 22. Тепловые двигатели

Слайд 23. Устройство двигателя

Источник энергии (сгорающее топливо), передает тепло рабочему телу.

Газ или пар, который расширяется и совершает полезную работу.

Окружающая среда, забирающая излишки тепла у рабочего тела.

Слайд 24. 4 такта двигателя

Горючая смесь поступает в цилиндр.

Поршень сжимает смесь, она нагревается.

Смесь сгорает, толкая поршень силой расширения.

Отработанные газы выбрасываются наружу.

Слайд 25. Куда уходит энергия?

КПД современных двигателей внутреннего сгорания редко превышает 30-40%. Остальное тепло уходит в атмосферу.

Слайд 26. Экология и двигатели

Тепловые двигатели выбрасывают углекислый газ и токсичные вещества.

Решения: переход на электромобили, очистные фильтры и повышение КПД для экономии ресурсов.

Слайд 27. Игра: Найди пару

1. Ложка в чае

2. Дым из трубы

3. Солнечный свет

4. Снег тает на руке

А. Излучение

Б. Теплопроводность

В. Конвекция

Г. Плавление

Слайд 28. Практический пример: Термос

Как он работает?

Двойные стенки с вакуумом (нет теплопроводности)

Зеркальное покрытие (отражает излучение)

Плотно закрытая крышка (нет конвекции)

Слайд 29. Итоги урока

Тепло — это движение молекул

Энергия передается тремя способами: контакт, струи, волны

Фазовые переходы требуют или выделяют скрытую теплоту

Двигатели превращают тепло в движение, но с потерями

Слайд 30