Уравнение теплового баланса

Слайд 1. Игра «Горячее или холоднее?»

Работайте в парах и объясните ответы.

• В чашку с горячим чаем опустили металлическую ложку. Что произойдёт с температурой ложки?

• В холодильник поставили тёплую кастрюлю. Что отдаёт энергию?

• Можно ли получить после смешивания температуру выше начальной температуры горячего тела?

• Почему деревянная ручка кажется менее холодной, чем металлическая при одной и той же температуре?

Слайд 2. Что изучаем сегодня?

Разберём, как энергия переходит от более горячего тела к более холодному.

Поймём, почему температуры выравниваются.

Научимся составлять уравнение теплового баланса и применять его в бытовых ситуациях.

Слайд 3. Уравнение теплового баланса

Теплообмен и тепловое равновесие • 8 класс

Слайд 4. Как передаётся тепло?

Энергия передаётся внутри вещества и от тела к телу при непосредственном контакте. Пример: нагрев металлической ложки.

Тепло переносится потоками жидкости или газа. Пример: движение воды при нагревании в кастрюле.

Энергия передаётся электромагнитными волнами. Пример: нагрев Земли солнечными лучами.

Слайд 5. Тепловое равновесие

Температуры различаются: одно тело горячее, другое холоднее. Между телами идёт направленный теплообмен.

Температуры становятся одинаковыми. Макроскопически теплообмен прекращается: наступает тепловое равновесие.

Слайд 6. НОВЫЙ МАТЕРИАЛ

Главная идея баланса энергии

В изолированной системе горячее тело отдаёт столько энергии, сколько холодное тело получает.

Количество теплоты обозначают $Q$. Для нагревания или охлаждения тела используют формулу $Q=cm\Delta t$, где $c$ — удельная теплоёмкость, $m$ — масса, а $\Delta t$ — изменение температуры.

Слайд 7. Мини-задача для обсуждения

В сосуд налили горячую воду и добавили холодную. Сначала температуры различались, затем стали одинаковыми.

Обсудите план решения:

1. Какие тела участвуют в теплообмене?

2. Какое тело отдаёт, а какое получает тепло?

3. Какие величины нужны для записи $Q=cm\Delta t$?

4. Какие потери энергии нужно было бы учесть в реальном опыте?

Слайд 8. Схема решения задачи

Слайд 9. Уравнение теплового баланса

Если система не обменивается энергией с окружающей средой, записываем:

$Q_{\text{отд}}=Q_{\text{пол}}$

Для двух тел, которые смешали и дождались равновесия:

$c_1{m}_1(t_1-t)=c_2{m}_2(t-t_2)$

Здесь $t$ — общая конечная температура. Она обычно находится между начальной температурой горячего и холодного тел.

Слайд 10. ЭКСПЕРИМЕНТ: смешиваем воду

Дано: равные массы воды имеют температуры $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ и $20{}^{\circ }\mathrm{C}$.

• Вода с температурой $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ отдаёт тепло.

• Вода с температурой $20{}^{\circ }\mathrm{C}$ получает тепло.

• Так как вещества и массы одинаковы, конечная температура окажется посередине: $50{}^{\circ }\mathrm{C}$.

• Проверка: температура не может быть выше $80{}^{\circ }\mathrm{C}$ или ниже $20{}^{\circ }\mathrm{C}$.

Слайд 11. Практика вокруг нас

Термос уменьшает теплообмен с окружающей средой. Его стенки плохо проводят тепло, а между ними часто находится вакуум.

При смешивании горячего напитка с холодным молоком устанавливается новая общая температура. На неё влияют массы, начальные температуры и свойства веществ.

Слайд 12. Что входит в формулу $Q=cm\Delta t$?

Количество теплоты измеряют в джоулях (Дж).

Слайд 13. «Тепло не исчезает — оно переходит»

— Главная мысль закона сохранения энергии

Слайд 14. Итоги урока

• Тепло самопроизвольно передаётся от более горячего тела к более холодному.

• При тепловом равновесии температуры тел становятся одинаковыми.

• В идеальной изолированной системе действует баланс: $Q_{\text{отд}}=Q_{\text{пол}}$.

• Количество теплоты рассчитывают по формуле $Q=cm\Delta t$.

• В задаче важно определить горячее и холодное тела, выбрать конечную температуру и проверить ответ.

• В реальном опыте часть энергии может уходить в окружающую среду.