1. Рассмотрим объект A с температурой 65 ° C и объект B с температурой 15 ° C.Два объекта помещаются рядом друг с другом, и маленькие бомбы начинают сталкиваться. Приведет ли какое-либо столкновение к передаче энергии от объекта B к объекту A? Объяснять.

2. Предположим, что объект A и объект B (из предыдущей задачи) достигли теплового равновесия. Столкнулись ли частицы двух объектов друг с другом? Если да, то приводит ли какое-либо столкновение к передаче энергии между двумя объектами? Объяснять.

Смешивание горячей и холодной воды

Энергия, передаваемая при нагревании

Энергия и теплофизика

Смешивание горячей и холодной воды

Практическая деятельность для 14-16

Демонстрация

Смешивание двух масс воды при разных температурах для обсуждения передачи энергии.

Аппаратура и материалы

• Пластиковые ведра, 2
• Термометр (демонстрационный или цифровой)
• Внутренний баланс
• Подача горячей и холодной воды

Примечания по охране труда и технике безопасности

Прочтите наше стандартное руководство по охране труда

Температуру можно было измерить с помощью ртутного термометра, но это не позволило бы классу увидеть показания.Цифровые термометры с большими дисплеями теперь доступны по разумной цене.

Процедура

1. Отмерьте 3 кг горячей воды в одно из пластиковых ведер.
2. Вложить в другую 2 кг холодной воды.
3. Обратите внимание на температуру каждого.
4. Влейте холодную воду в горячую и перемешайте. Измерьте конечную температуру.

Учебные заметки

• Обсудите со студентами, что происходит, когда горячая вода смешивается с холодной.Легкие контейнеры используются для того, чтобы можно было пренебречь теплоемкостью самого контейнера. Когда воды смешиваются, температура оказывается где-то между двумя начальными температурами. Вы можете спросить: «Что-нибудь осталось неизменным во время сведения?»
• Поскольку массы воды разные, изменения температуры не должны быть одинаковыми. «Что, если мы умножим изменение температуры на массу воды?»
• Этот продукт остается неизменным (приблизительно) и остается неизменным на многих биржах.Он прямо пропорционален изменению тепловой энергии.
• Передача энергии между двумя партиями воды не является 100% -ной, потому что часть энергии поступает из ведра, а часть передается в окружающую среду. Но в этом эксперименте энергия, рассеиваемая таким образом, сведена к минимуму.
• Таким образом, тепловая энергия, накопленная в теплой воде, передается холодной воде, пока она не достигнет общей температуры.

Этот эксперимент был проверен на безопасность в ноябре 2005 г.

Тепловая мощность | Блог Гэри Гарбера

Итак, когда мы смешиваем горячую воду с холодной, происходит передача тепловой энергии от горячей к холодной или поток тепла от горячей к холодной.

Чтобы нагреть 1 кг воды на 1 ° C, требуется около 4 186 Джоулей. Это число может быть непросто запомнить. Однако достаточно 1 калории тепла, чтобы нагреть 1 грамм воды на 1 ° C. Будьте осторожны, не путайте калорийность с капитолием С и калорийностью.

1 калория = 1 килокалория = 1000 калорий

Имейте в виду, что для большинства экспериментов мы можем предположить (возможно, ошибочно), что плотность воды составляет 1 грамм / миллилитр. Однако, если вы хотите быть точным, вы должны учитывать эту изменчивость в экспериментах.В Википедии есть хорошая таблица плотностей.

При обсуждении теплового потока мы используем уравнение

Q = mcΔT

где Q — поток тепла, m — масса, c — удельная теплоемкость, а T — температура. Поскольку мы изучаем изменения температуры, а не абсолютную температуру, можно использовать шкалу Цельсия вместо шкалы Кельвина. Обязательно отметьте, используете ли вы джоули или калории.

Вы можете рассматривать теплоемкость как тепловую инерцию. Джозеф Блэк первым отметил удельную теплоемкость веществ и то, что добавление тепла увеличивает температуру объекта.Он противопоставил это скрытому (или скрытому) теплу, которое может вызвать фазовый переход, но не изменяет температуру.

Вы можете просмотреть таблицу теплоемкости по гиперфизике. Вода на самом деле имеет очень высокую удельную теплоемкость по сравнению с большинством веществ. Причина этого связана с числом степеней свободы молекул. Если я добавлю калорию тепла к грамму воды и калорию к грамму алюминия, алюминий нагреется в 5 раз больше! Меди в 10 раз больше!

Цифры, которые стоит запомнить:

c (вода) = 4187 Дж / кг / ° C = 1 кал / г / ° C

c (лед) = 2090 Дж / кг / ° C = 0.5 кал / г / ° C

Хотя сами эти числа немного меняются с температурой, мы предполагаем, что они постоянны.

Будьте осторожны, чтобы не путать удельную теплоемкость с проводимостью . Вы легко можете обжечься на металлической сковороде, потому что она быстро отдает вам тепло, а не потому, что она имеет такую ​​высокую температуру.

Когда тепло проникает в объект, вы увеличиваете его тепловую энергию. В случае твердого тела оно вибрирует в трех измерениях. В жидкости у вас также может быть добавление вращения и перемещения молекул.23 молекулы, также известное как число авокадо.

Есть много забавных экспериментов, которые мы могли бы провести, чтобы поработать с объектом и увидеть, как в результате изменится температура.

Можно растянуть и деформировать резинку.

Мы можем измерить изменение температуры в банке с песком, встряхивая ее в течение нескольких минут. Или даже просто уронить, если с большой высоты. Потенциальная энергия превращается в тепло!

Мы могли забить гвоздь молотком по твердому дереву.Почувствуйте это.

Когда мы пропускали ток через резисторы, можно было почувствовать тепло. Мы можем измерить эту температуру. Или нихромовая проволока сильно нагреется!

У нас также есть несколько погружных лампочек от PASCO, с помощью которых мы можем измерять мощность, поступающую в лампочку, и выделяемое тепло! Сначала следует прочитать руководство пользователя.

Итак, какие интересные вещи вы могли бы сделать.

Что произойдет, если смешать равные объемы горячей и холодной воды? У нас просто средняя температура.

Что будет, если смешать неравные объемы горячей и холодной воды? Здесь у нас есть средневзвешенное значение.

Что произойдет, если смешать воду с чем-нибудь еще? Как насчет холодной воды и горячих стальных гвоздей? Или горячая вода с холодным спиртом? Затем нам нужно учесть эту тепловую инерцию, чтобы получить средневзвешенное значение (взвешенное по удельной теплоемкости).

Помимо того, что эта формула является средневзвешенным, какова ее физика? Когда мы смешиваем горячую и холодную жидкости, одна из них нагревается, а другая теряет тепло.При условии отсутствия потерь и одинакового нагрева.

Сейчас раздаем

Затем мы сдвигаем начальные температуры в одну сторону, а окончательные значения температуры — вправо.

Наконец, фактор

И на нашем последнем шаге мы завершаем формулу равновесия для смешивания.

Что если смешать тёплую воду с кубиком льда?

Тогда мы должны учесть скрытую теплоту.

Контрольно-измерительные приборы:

Vernier Probes: Зонд из нержавеющей стали на конце имеет термистор.

Как это работает?

Я только что купил несколько новых игрушек от National Instruments, их MyTemp. Вы можете узнать больше здесь. Это термисторы, которые отличаются от зондов Вернье. У них нет длинного стержня, поэтому их можно ставить в разных местах.

Объяснитель: Как движется тепло | Новости науки для студентов

Во Вселенной энергия естественным образом перетекает из одного места в другое.И если люди не вмешиваются, тепловая энергия — или тепло — естественно течет только в одном направлении: от горячего к холодному.

Тепло передается естественным образом одним из трех способов. Эти процессы известны как проводимость, конвекция и излучение. Иногда может возникнуть более одного случая одновременно.

Сначала немного предыстории. Вся материя состоит из атомов — одиночных или связанных в группы, известные как молекулы. Эти атомы и молекулы всегда находятся в движении. Если они имеют одинаковую массу, горячие атомы и молекулы движутся в среднем быстрее холодных.Даже если атомы заблокированы в твердом теле, они все равно колеблются взад и вперед вокруг некоторого среднего положения.

Учителя и родители, подпишитесь на шпаргалку

Еженедельные обновления, которые помогут вам использовать Science News для студентов в учебной среде

Спасибо за регистрацию!

При регистрации возникла проблема.

В жидкости атомы и молекулы могут свободно перемещаться с места на место. В газе они еще более свободны в движении и полностью разлетаются в объеме, в котором они находятся.

Некоторые из наиболее понятных примеров теплового потока происходят на вашей кухне.

Поставьте сковороду на плиту и включите огонь. Металл, лежащий над конфоркой, станет первой частью сковороды. Атомы на дне кастрюли начнут вибрировать быстрее, когда они нагреются. Они также колеблются дальше и дальше от своего среднего положения. Когда они натыкаются на своих соседей, они делятся с этим соседом частью своей энергии.(Думайте об этом как о очень крошечной версии битка, который врезается в другие шары во время игры в бильярд. Шары-мишени, ранее находившиеся неподвижно, получают часть энергии битка и перемещаются.)

В результате столкновений со своими более теплыми соседями атомы начинают двигаться быстрее. Другими словами, они сейчас греются. Эти атомы, в свою очередь, передают часть своей увеличенной энергии соседям, находящимся еще дальше от первоначального источника тепла. Эта проводимость тепла через твердый металл — это то, как нагревается ручка сковороды, даже если она может находиться далеко от источника тепла.

Конвекция возникает, когда материал может свободно двигаться, например жидкость или газ. Опять же, рассмотрим кастрюлю на плите. Налейте воду в кастрюлю и включите огонь. Когда сковорода нагревается, часть этого тепла передается молекулам воды, находящимся на дне сковороды, посредством теплопроводности. Это ускоряет движение молекул воды — они нагреваются.

По мере того, как вода нагревается, она начинает расширяться. Это делает его менее плотным. Он поднимается над более плотной водой, унося тепло со дна кастрюли. Более холодная вода стекает вниз и занимает свое место рядом с горячим дном кастрюли. По мере того, как эта вода нагревается, она расширяется и поднимается, передавая с собой вновь обретенную энергию. Вскоре возникает круговой поток поднимающейся теплой воды и падающей более холодной воды.Этот круговой рисунок теплопередачи известен как конвекция , .

Это также то, что сильно нагревает пищу в духовке. Воздух, нагретый нагревательным элементом или газовым пламенем в верхней или нижней части духовки, переносит это тепло в центральную зону, где находится еда.

Воздух, нагретый у поверхности Земли, расширяется и поднимается вверх, как вода в кастрюле на плите. Крупные птицы, такие как птицы-фрегаты (и люди, летящие на планерах без двигателя), часто катаются на этих термиках — восходящих каплях воздуха — чтобы набрать высоту, не используя никакой собственной энергии.В океане конвекция, вызванная нагревом и охлаждением, помогает управлять океанскими течениями. Эти течения перемещают воду по земному шару.

Третий тип передачи энергии в некотором смысле наиболее необычен. Он может перемещаться по материалам — или в их отсутствие. Это радиация.

Рассмотрим видимый свет как форму излучения. Он проходит через некоторые виды стекла и пластика. Рентгеновские лучи, еще одна форма излучения, легко проходят через плоть, но в значительной степени блокируются костями. Радиоволны проходят через стены вашего дома и достигают антенны стереосистемы. Инфракрасное излучение, или тепло, проходит через воздух от каминов и лампочек. Но в отличие от проводимости и конвекции, излучение не требует материала для передачи своей энергии. Свет, рентгеновские лучи, инфракрасные волны и радиоволны — все это распространяется на Землю из дальних уголков Вселенной.Эти формы излучения будут проходить через множество пустых пространств по пути.

Рентгеновские лучи, видимый свет, инфракрасное излучение, радиоволны — все это разные формы электромагнитного излучения . Каждый тип излучения попадает в определенный диапазон длин волн. Эти типы различаются по количеству энергии, которую они имеют. Как правило, чем длиннее длина волны, тем ниже частота определенного типа излучения и тем меньше энергии оно переносит.

Чтобы усложнить ситуацию, важно отметить, что одновременно может происходить несколько форм теплопередачи.Конфорка плиты нагревает не только сковороду, но и окружающий воздух, делая его менее плотным. Это переносит тепло вверх посредством конвекции. Но горелка также излучает тепло в виде инфракрасных волн, нагревая находящиеся поблизости предметы. А если вы готовите вкусную еду на чугунной сковороде, не забудьте взять за ручку прихватку: будет жарко, благодаря кондукции!

Научное задание: эксперимент с горячей и холодной водой

Что делать, если у меня нет банок с детским питанием?
Если у вас нет банок для детского питания и у вас их нет есть ребенок, который будет опорожнять вам несколько банок, мы предлагаем вам купить банка процеженных персиков или детского питания в яблочном пюре.Вы можете опорожнить банки поверх ванильного мороженого для вкусного десерта или смешайте их в блендере с молоко и лед, чтобы приготовить смузи. Если вы не хотите покупать детское питание, мы также провели этот эксперимент с двумя одинаковыми маленькими прозрачными питьевыми очки. Вы просто должны убедиться, что рты очков совпадают. идеально, без протечек.

Почему вода так быстро перемешивается, когда стакан с горячей водой находится на дне?
Если вы уже построили Соляной вулкан или Glitter Globe , вы, наверное, знаете что некоторые жидкости плавают поверх других жидкостей.Масло плывет по воде. Алкоголь плавает на масле. Это потому, что эти жидкости имеют разную плотность. В любое время вы смешиваете две жидкости, которые не смешиваются, жидкость менее плотная будет плавать поверх более плотной жидкости. Капля масла весит меньше капля воды такого же размера. Масло менее плотное, чем вода, поэтому оно поднимается наверх.

Когда ты нагревая воду, молекулы воды начинают двигаться все быстрее и быстрее. Они отскакивают друг от друга и отдаляются друг от друга. Потому что есть еще пространство между молекулами, объем горячей воды содержит меньше молекул в и весит немного меньше, чем такой же объем холодной воды.Так горячо вода менее плотная, чем холодная. Когда вы соедините их вместе с горячая вода внизу, горячая вода поднимается вверх, смешиваясь с холодную воду по пути и создавая пурпурную воду.

Почему вода не перемешивается, когда горячая вода находится сверху?
Когда холодная вода находится внизу, горячая вода не должна подниматься — это уже на высоте. Холодная синяя вода остается на дне, а горячая красная вода остается наверху.

Как я могу дальше экспериментировать?
Как вы думаете, что произойдет, если вы попробуете этот эксперимент с банкой соленая вода сверху и банка с водой без соли снизу? Попытайся и посмотреть.Используйте пищевой краситель, чтобы окрасить соленую воду в другой цвет, чем простая вода, чтобы вы могли видеть, что происходит.

Проводимость, конвекция и излучение: введение

Сводка

Демонстрации для учителей помогают учащимся понять тепло и методы передачи — теплопроводность, конвекцию и излучение.

Материалы

Приглашение учиться

• Набор шариков и колец
• Конфорка
• Научные журналы

Тепло состоит из молекул

• Горячая и холодная вода
• Конфорка
• Кастрюля
• 3 стакана из прозрачного стекла
• Пищевой краситель
• Мерный стакан
• Научные журналы

Проводимость

• Мешок фасоли
• Коробка с BB
• Пластиковые стаканчики
• Конфорка
• Комбинированный стержень
• Научные журналы

Конвекция

Радиация

Дополнительные ресурсы

Медиа

Конвекция тепла , Эврика! (Фильмы для гуманитарных и естественных наук, а / я 2053, Princeton, NJ 08543, www.movies.com)

Билл Най, ученый: Heat (Disney Educational Products, (800) 295-5010, http://dep.disney.go.com/; ISBN 1-932644-98-9

Фон для учителей

Тепло — это передача тепловой энергии между веществами, которые находятся при разных температурах. Энергия всегда передается от более теплый объект (у которого более высокая температура) к более холодному (который имеет более низкую температуру).Точно так же молекулы с большим количеством энергия движется быстрее, чем молекулы с меньшим количеством энергии, таким образом заставляя первый иметь больше тепла. Теплообмен будет продолжаться пока оба объекта не достигнут одинаковой температуры или одинаковой температуры. скорость.

Например, кубик льда в стакане воды со временем тает. Этот потому что тепло от воды, которая более теплая, течет ко льду кубик, пока оба не достигнут одинаковой температуры, и поэтому кубик льда не будет осталось.

Существует три метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция, и радиация. Проводимость происходит при прямом контакте. Когда два вещества соприкасаются, их частицы сталкиваются. Энергия от более быстро движущегося вещества передается более медленно движущемуся вещество, пока они не начнут двигаться с одинаковой скоростью. На данный момент их температуры будут такими же. Пример проведения — ложка разогревается, когда его кладут в чашку с горячим какао.

Конвекция — это передача тепла в воздухе или жидкости посредством токов. Примером может служить горшок с водой, нагреваемый на горячей плите. Как он нагревается вверх частицы разлетаются и становятся менее плотными. Теплая вода на дно кастрюли поднимается и вытесняет холодная вода. Как это происходит, тонет холодная вода. Итак, горячий воздух поднимается, охлаждается и опускается.

Излучение — это передача энергии в виде электромагнитных волн. Это не нужно напрямую касаться чего-либо или перемещать частицы, как при кондукции и конвекции.Излучение происходит через пустое пространство, так как на солнце, греющем землю, или чувствуешь тепло перед огнем.

Для этого эксперимента необходимо много демонстраций. До В начале урока приготовьте несколько чашек фасоли и BB. Класть ткань и кусок стекла на снегу или цветную бумагу и стекло на тротуар как минимум за час до урока. Подключите электрическую плиту. Нагрейте чашку воды почти до кипения. Установите вертушку для свечей или создайте вертушку для бумаги.Сделайте прозрачность Hogle Zoo Heat! Убедитесь, что радиационная часть этого урока проводится в солнечный день.

Этот урок разделен на концепции тепла и может быть проведен в течение двух-трехдневный период по желанию.

Предполагаемые результаты обучения

2. Проявляйте научные взгляды и интересы.
3. Понимать научные концепции и принципы.

Инструкционные процедуры

Приглашение учиться

Разогрейте конфорку до высокой температуры. Возьмите металлический шар и установите кольцо и попросите учащихся получить свои научные журналы. Показать как мяч легко проходит через кольцо. Теперь поместите мяч на верх плиты. Дайте ему нагреться, затем попробуйте поставить мяч снова через кольцо.Он не будет работать. Попросите студентов написать следующее в своих журналах: Что произошло, когда мяч был нагревается? Как вы думаете, почему сейчас он не пройдет через кольцо? Как вы думаете, что произойдет, когда и мяч, и кольцо будут нагревается? Установите мяч и кольцо на плиту, пока ученики пишут. Когда закончите, снова проденьте мяч через кольцо. На этот раз это буду работать. Были ли их прогнозы верными?

Инструкционные процедуры

Тепло состоит из молекул

1. После заполнения приглашения на обучение оставьте плиту включенной. и начните нагревать чашку воды.
2. Спросите, знает ли кто-нибудь, как и почему тепло повлияло на металл шара и кольца. Выслушав нескольких студентов, объясните, что металл расширяется при нагревании и сжимается при охлаждение. Металл — хороший проводник тепла. Другими словами, металл быстро нагревается от тепла. Ручка мяча и кольца изготовлены из дерева, потому что дерево не является хорошим проводником тепла. Тепловые потоки больше быстрее через металл, чем через дерево.
3. Напишите на доске следующее определение тепла: Тепло — это передача энергии между двумя объектами при разных температурах. Попросите студентов записать определение в своих дневниках.
4. Объясните: все состоит из мелких частиц, называемых атомы, которые обладают энергией и постоянно находятся в движении. Нагревать напрямую связан с группами атомов, называемыми молекулами. Чем горячее что-то, тем быстрее движутся его молекулы.Это означает, что молекулы в холодных объектах движутся медленнее, чем молекулы в горячих объектах. Для передачи тепла одна молекула имеет столкнуться с другой молекулой.
5. Возьмите три прозрачных стеклянных стакана (не используйте пластик), продукты окраска и мерный стаканчик. Наполните один стакан чашкой очень холодной воды, один с чашкой теплой воды, а другой с чашка почти кипящей воды. Попросите студентов составить предсказание в их журналах: что будет, когда я поставлю один капля пищевого красителя в каждый стакан?
6. Дайте время написать, затем капните пищевой краситель в каждый.Наблюдайте за растеканием пищевого красителя, обращая особое внимание на полосы и равномерно ли распределяется в воде. Следите за часами и попросите учеников записать наблюдения через 0 секунд, 30 секунд и 60 секунд. Они заметят как быстро растекается краска в стакане кипятка по сравнению с другими.
7. Спросите, что это доказывает о молекулах, и дайте время поделиться. Затем объясните, что вода и пищевой краситель состоят из молекулы.Молекулы пищевого красителя в стакане воды толкается молекулами воды и в конечном итоге распространяется по всему стакану, даже если вы не встряхиваете и не перемешиваете воду. Поскольку молекулы в более горячих объектах движутся быстрее, чем молекулы в более медленные предметы, пищевой краситель быстрее распространяется в самая горячая вода.

Проводимость

1. Спросите, в каких ситуациях учащиеся могут подумать, что связано с жарой. Запишите идеи на доске.Это может быть отопление дома. зимой, сидя у костра, готовя или запекая, получая в джакузи, дует на руки в холодный день, в горячую машину сиденья летом, сидя на пляже, трогая горячую плойку железо и т. д. Придумайте как можно больше идей. Оставьте список на доска.
2. Скажите ученикам, что существует три типа теплопередачи. который будет продемонстрирован сегодня. Представить концепцию проводимости, достаньте несколько чашек фасоли и BBs.Разрешать каждому студенту положить палец в одну чашку, затем в другую. Что холоднее? Попросите учащихся записать свои наблюдения в их журналы.
3. Если вы измеряете температуру бобов и BB, вы обнаружите они примерно такие же. Студенты, вероятно, хотя BB были холоднее. Объясните, что это было вызвано проводимостью.
4. Объясните: проводимость возникает при соприкосновении предметов. Жара от более теплого объекта переходит к более прохладному объекту, в конце концов температура выравнивается.Другими словами, более быстрые молекулы от более теплого объекта сталкиваются с более медленным молекулы более холодного объекта, пока все они не переместятся на такая же скорость. Думайте о «можно прикоснуться», когда вы думаете о проводимость. Попросите учащихся написать собственное определение ведение в своих журналах.
5. Напомните учащимся о приглашении к учебе. Что было мяч и кольцо из? (металл) Что мы узнали о металл? (проводник тепла) Типы металлов: сталь, железо, золото, серебро, медь и др.Скажите студентам, что BB тоже из металла. Поскольку металл является проводником тепла, ШБ только на ощупь холоднее, чем фасоль, потому что металл проводит тепло от руки. Вы чувствуете тепло, которое уходит твоя рука такая же холодная.
6. Напомните ученикам о нагревании воды для еды. окраска на плите. Поскольку кастрюля коснулась горячего плита, тепло передавалось от плиты к сковороде через проводимость.
7. Затем получаем составной стержень. Скажите студентам, что этот бар изготовлен из двух разных металлов. Позвольте студентам поделиться их представления о том, что, по их мнению, произойдет, когда вы прикоснетесь штангу к плите.
8. Переверните конфорку вверх и поставьте сверху решетку. Смотреть это изгиб. Объясните, что искривление происходит из-за двух металлов. расширяются неравномерно. Промойте штангу под холодной водой или поместите в емкости с водой. Он немедленно возобновит прямую форма.
9. Посмотрите на список идей на доске и спросите учащихся. какие из них имеют отношение к проводимости. Если студент ответ правильный, попросите его / ее объяснить почему. Поставьте звезду рядом к правильным отзывам.

Конвекция

1. Глядя на список, останутся идеи, которые не нужны с проводимостью. Представьте вторую форму теплопередачи.
2. Скажите ученикам, что конвекция — это передача тепла. через воздух или жидкость через токи.Спросите, были ли они когда-нибудь заметил разницу в температуре на верхнем этаже их дом находится напротив подвала. Это конвекция. Нагревать идет выше; холод ползет ниже. Вот почему вентиляционные отверстия в домах расположены по этажу, а кондиционеры розетки расположены под потолком (хотя в Юте вентиляционные отверстия иногда располагаются возле потолка в подвалы, чтобы строителям не приходилось ставить еще один комплект Воздуховоды HVAC).
3. Еще раз напомните ученикам о нагревании воды для еды. демонстрация окраски.Горячая плита заставила кастрюлю нагреваться через проводимость. Но вода стала горячей из-за конвекция. Горячая вода на дне кастрюли расширилась. и стал светлее более холодной воды над ним. Так что более тяжелая вода опускалась на дно, а более теплая и легкая вода поднялся на вершину. В конце концов, поменявшись местами несколько раз, вода стала достаточно горячей, чтобы закипеть.
4. Приобретите вертушку для свечей или предварительно нарезанную бумажную спираль, прикрепленную к строка.Зажги свечи спиннера и наблюдай за лопастями вращаться. Если вы используете вертушку для бумаги, держите ее над горячей плитой. Быть держите его достаточно высоко, чтобы бумага не пригорела. Смотрите, как он вращается.
5. Спросите студентов, почему они думают, что это происходит. После слушая идеи, напомните ученикам, что поднимается горячий воздух. В горячая плита производит поток горячего воздуха. Когда воздух поднимается, возникающая конвекция заставляет лопасти или спиннер вращаться.
6. Создайте еще один пример конвекции, сложив кусок папиросной бумаги пополам по ширине, затем пополам по ширине опять таки.Сделайте из бумаги призму. Поставь это на вершину алюминиевая форма для пирога. Соблюдая меры предосторожности, используйте зажигалку. или спичкой, чтобы осветить вершину каждого края образованного треугольника. Пламя быстро спустится по призме и попадет в ловушку. внутрь, затем осторожно поднимите салфетку в воздух. В итоге папиросная бумага будет плавать вниз. Поймай его алюминием олово, дайте остыть, а затем выбросьте.
7. Спросите студентов, что происходит на этот раз.Снова тепло поднимается. Когда тепло выходит из пламени, оно падает.
8. Посмотрите на оставшийся список идей на доске и спросите студенты, которые имеют отношение к конвекции. Также спросите студентов, если какая-либо из отмеченных звездой идей также имеет отношение к конвекция. Если ученик отвечает правильно, попросите его / ее объяснить, почему. Поместите смайлик рядом с правильными ответами.

Радиация

1. Ввести излучение, передачу энергии как электромагнитную волны.Не нужно ничего напрямую касаться или двигаться частицы как в проводимости, так и в конвекции. Излучение происходит через пустое пространство, как при нагревании земли солнцем или ощущении согреться перед огнем.
2. Напомните ученикам в последний раз о кипятке на плита. Скажите им, что еще до того, как кастрюля была помещенный на плиту, тепло можно было почувствовать, не касаясь горелка. Это радиация.
3. Скажите классу, что Бен Франклин, один из наших отцов-основателей, экспериментировал с излучением в 1700-х годах.Одна солнечная зима день он и его друг положили цветные лоскутки ткани и стекло стекла на снег и отметил, насколько глубоко каждый в конечном итоге погрузился в тающий снег под ним. Спросите студентов, что они думают, что результаты могли быть.
4. Выслушав идеи, принесите блокнот, карандаш, и тепловой пистолет снаружи к предварительно установленным тканевым заплаткам (если это снежный день) или газету (если нет шоу), изложенную до начало урока.Используя инфракрасный термопистолет, проверьте температура каждого и записывать данные. Студенты увидит, что черная ткань / бумага и стекло будут значительно теплее, чем белая ткань / бумага. Темные цвета также будет теплее по сравнению с более светлыми цветами. Если бы ты сделал используйте ткань, поднимите каждый кусок и обратите внимание на углубление в снег. Белый цвет практически не оставляет вмятин; черный будет самым глубоким. Точно так же, если вы используете световое стекло, оно тоже утонет так же глубоко, как черная бумага.
5. Вернитесь в класс и попросите учеников записать свои наблюдения в своих журналах. Объясните, что это заняло много времени чтобы результаты эксперимента Франклина имели смысл. Мы сейчас знайте, что черный поглощает свет и тепло, а белый отражает их. Точно так же, поскольку стекло прозрачное, свет проходит сквозь это, но поглощает тепло, излучаемое солнцем — инфракрасное излучение — и поэтому становится таким же горячим, как черная ткань. Инфракрасная радиация отражается пятнами на ткани, потому что они непрозрачны.
6. Посмотрите на список идей на доске и спросите учащихся, все это связано с радиацией. Опять же, предметы, связанные с проводимость и конвекция также могут быть связаны с излучением. Если ответ ученика правильный, попросите его / ее объяснить, почему. Круг правильные ответы.
7. В заключение скажите ученикам, что тепло обычно передается всеми тремя способами, как в кипящей воде, обсуждаемой повсюду урок. В качестве другого примера поместите Hogle Zoo Heat! прозрачность на диапроектор.Закройте картинки. Проведите учащихся через представленную ситуацию, раскрывая каждый картина, когда придет время. Вы также можете охватить все слова прозрачности и позволить студентам объяснить тип теплопередача на каждом этапе, чтобы проверить понимание.
8. Раздайте копию Test Yourself: Conduction, Convection, and Излучение каждому учащемуся, чтобы оценить свое понимание тепла передача. Попросите их записать любые вопросы, которые у них есть по поводу эти концепции в своих журналах.

Расширения

Расширения учебной программы / Адаптации / Интеграция

• Пригласите специалиста в области здравоохранения, чтобы обсудить, как ваше тело поддерживает температуру и почему у вас может подняться температура, когда ты больной.
• Покажите один или оба DVD The Convection of Heat или Bill Nye Heat , чтобы усилить концепции энергии, проводимости, конвекция и излучение.
• Покажите семиминутное видео от НАСА под названием Инфракрасное: Подробнее Чем могут видеть ваши глаза , чтобы узнать больше об инфракрасном излучении.
• Пригласите пожарного обсудить противопожарные меры, как знания теплообмена важна, чтобы остаться живым, поэтому огонь должен быть вентилируемый, и разница в температуре между верхом комната и пол.
• Узнайте о важности тепла при выдувании стекла. Если возможно, посетите демонстрацию выдувания стекла.Билл Най видео содержит небольшой раздел о выдувании стекла.

Семейные связи

• Приготовьте еду в голландской или солнечной печи. Обсуди как кондукция, конвекция и излучение помогают в приготовлении пищи процесс.
• Осторожно поставьте бумажный стаканчик с водой в огонь и наблюдайте. это кипятить. Убедитесь, что чашка окружена тлеющими углями. Обсудите, как проводимость, конвекция и излучение предотвращают чашка от горения.

План оценки

• Попросите учащихся попробовать любой или все вопросы теста . Сам: Проводимость, конвекция и излучение лист.
• В течение трех дней попросите учащихся записать три сталкивается с жарой за день в своих журналах. Как эти опыты связаны с проводимостью, конвекцией и радиация? По прошествии трех дней соберите журналы, чтобы проверить и оценить.

Библиография

Основа исследования

Loucks-Horsley, S., & Olson, S. (ред.). Запрос и Национальное научное образование Стандарты: руководство для преподавания и обучения . Вашингтон, округ Колумбия: Национальные академии Пресс, 2000.

Word Smith as You Choose обсуждает привлечение учащихся к изучению и передают свои мысли в письменной форме, что показало огромные преимущества по естествознанию и математике.Написание исследований помочь студентам глубже понять концепции, улучшить стратегии решения проблем, оценка их навыков личного мышления, учатся считать себя глубокими мыслителями и в целом становятся лучше учатся в классе и за его пределами. Журналы конкретны и видимое свидетельство студенческого мышления, усилий и успеваемости. Им следует показать, достигли ли учащиеся желаемого обучения или нет, если у них есть заблуждения, их размышления, их путь к понимание концепции и / или если требуется дополнительная инструкция.

Крюгер, А., Саттон, Дж. (Ред.). (2001). EdThoughts: Что мы знаем о преподавании естественных наук и обучение . Колорадо: Исследования Среднего континента для образования и обучения.

Эта книга поддерживает реформу естественнонаучного образования на основе стандартов. Предоставляются исследования и передовой опыт, а также способы улучшения обучение в классе. Также доступен список дополнительных ресурсов. для тех, кто желает более глубокого понимания определенных концепций.Все статьи основаны на национальных стандартах передового опыта. Обычный Тема — важность качественного естественнонаучного образования для всех учащихся.

Изменение и передача энергии — три забавных эксперимента для школ

Эксперименты с теплопередачей могут быть захватывающими и увлекательными. Тепловую энергию часто называют тепловой энергией. В молекулах объекта присутствует тепловая энергия. Когда объект горячий, молекулы обладают большой энергией и быстро движутся.Когда объект холодный, молекулы имеют мало энергии и движутся медленно.

Передача тепловой энергии включает передачу внутренней энергии. Три типа передачи тепловой энергии:

• Проводимость
• Конвекция
• Радиация

Проводимость предполагает прямой контакт атомов, конвекция включает движение теплых частиц, а излучение включает движение электромагнитных волн.

Второй закон термодинамики гласит, что тепло всегда будет переходить от горячего объекта к более холодному.Теплообмен — это движение тепловой энергии при передаче от одного объекта к другому или между объектом и его окружением. Тепловая энергия естественным образом способствует достижению состояния баланса или равновесия. Это известно как тепловое равновесие, когда два объекта или объект и его окружение достигают одинакового уровня тепловой энергии (тепловой энергии).

Эксперимент Bottle Crush ниже — отличный способ продемонстрировать этот принцип.

Цель

Этот урок демонстрирует взаимосвязь между температурой, объемом и давлением.Студенты используют воду с разной температурой, чтобы заменить пластиковую бутылку. Урок можно расширить, включив в него энергию и передачу энергии.

Необходимое оборудование

• Пустая пластиковая бутылка 2 л с крышкой
• 6-8 чашек льда
• 1/2 стакана кипятка
• 8 × 11 противень
• Кувшин ледяной воды

The Steps

Шаг 1 — Заполните форму 8 × 11 льдом.
Шаг 2 — Погрузите пустую бутылку из-под бутылки без крышки в горячую воду на минуту.
Шаг 3 — Затем наденьте крышку и поместите бутылку в кастрюлю с ледяной водой.
Шаг 4 — Медленно налейте кувшин с ледяной водой на бутылку.
Шаг 5 — Поставьте бутылку и посмотрите, что произойдет. Пластиковая бутылка была раздавлена.

Как работает эксперимент?

Когда горячая кипящая вода была помещена в бутылку, воздух внутри нее нагрелся. Когда мы закрывали бутылку крышкой, горячий воздух оставался внутри.

Когда мы поместили бутылку в лед и вылили на нее холодную воду, воздух внутри бутылки начал остывать.Холодный воздух оказывает меньшее давление, чем горячий воздух, поэтому давление воздуха внутри бутылки начинает уменьшаться.

Давление воздуха внутри бутылки уменьшилось до точки, в которой оно было меньше давления воздуха снаружи бутылки. Следовательно, вдавливание было больше, чем давление выталкивания, что привело к раздавливанию бутылки.

Вот еще один веселый и простой эксперимент — цветные кофейные чашки . Этот эксперимент демонстрирует излучение.Для этого вам понадобятся всего две белые кофейные чашки, одна из которых выкрашена в матово-черный цвет снаружи, горячая вода, две изолирующие крышки с отверстиями для термометров и мешалок, термометры и затемненное помещение.

• Включите горячую воду из-под крана на минуту или две, пока она не достигнет максимальной температуры.
• Наполните чашки горячей водой и вставьте мешалку, затем накройте каждую крышкой и переместите в темную прохладную комнату.
• Поместите термометр в каждую и подождите 20 минут.
• Размешайте воду в каждой чашке, снимите показания с каждого термометра в каждой чашке и сравните температуру для каждого цвета.

Результат:

Самый темный цвет должен читаться самым холодным, потому что, поскольку они лучше поглощают тепловую энергию, они также излучают тепловую энергию более эффективно, чем более светлые цвета.

Для нашего третьего предложения по эксперименту давайте посмотрим на невидимые конвекционные потоки с помощью нашего эксперимента Colorful Convection Currents .

Необходимое оборудование

• 2 бутылки
• Синий и желтый пищевой краситель
• Игральная карта
• Малярная лента
• Маркер

The Steps

Шаг 1. Наполните две бутылки горячей водой из-под крана, а две другие бутылки холодной водой. Используйте малярный скотч и ручку, чтобы пометить бутылки «ГОРЯЧЕЕ» и «ХОЛОДНОЕ».

Шаг 2 — Используйте желтый пищевой краситель в теплой воде и синий пищевой краситель в холодной воде.Каждую бутылку необходимо наполнить водой до краев.

Шаг 3. Первым вашим наблюдением будет то, что происходит, когда бутылка, наполненная горячей водой, оказывается на вершине бутылки, наполненной холодной водой. Для этого поместите карту в горлышко грелки (желтая вода). Это может быть немного сложно, но со временем вы справитесь. Полезный совет: (потренируйтесь делать это с двумя бутылками обычной воды, прежде чем пробовать цветную) Держите карту на месте, когда вы переворачиваете бутылку вверх дном и кладете ее на бутылку с холодной водой (голубая вода).Две бутылки должны быть расположены так, чтобы они были «рот в рот», а карта разделяла две жидкости.

Шаг 4 — Осторожно выдвиньте карту между двумя бутылками. Вынимая карту, убедитесь, что вы держите верхнюю бутылку. Посмотрите, что происходит с цветными жидкостями в двух бутылях при удаленной карте.

Шаг 5 — Вторая часть эксперимента аналогична первой. На этот раз вам нужно налить холодную воду (синяя) поверх горячей (желтая).Повторите шаги 3 и 4 и осторожно извлеките карту. Посмотри, что происходит на этот раз.

Результатов:

Воздушные шары поднимаются вверх, потому что теплый воздух в воздушном шаре легче и менее плотен, чем холодный воздух. Точно так же теплая вода легче или менее плотная, чем холодная. Когда бутылку с теплой водой ставят поверх холодной, более плотная холодная вода остается в нижней бутылке, а менее плотная теплая вода — в верхней. Однако, когда бутылка с холодной водой находится сверху бутылки с теплой водой, менее плотная теплая вода поднимается в верхнюю бутылку, а холодная вода опускается в нижнюю.Движение воды отчетливо видно как смесь желтого и синего пищевых красителей, образующая зеленую жидкость.