Как сохранить тепло с помощью физики или теплопередача и человек

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Департамент образования города Москвы

Западный административный округ

Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение города Москвы "Школа № 806"

«Как сохранить тепло с помощью физики или теплопередача и человек»

Самойлова Ксения и Самойлова Анастасия

Ученицы 8 «А» класса

Руководитель

Астахова Ирина Ивановна

Москва 2018 год



Аннотация

В восьмом классе на уроках физики мы познакомились с интересным явлением - теплопроводностью. Это явление встречается довольно часто в нашей жизни, например: когда мы выбираем себе зимнюю одежду, мы смотрим на то, насколько материал хорошо держит тепло. В квартире поддерживается всегда комфортная для человека температура воздуха, в холодное время года мы стараемся взять с собой в термосе чай или кофе. Нас окружает теплопроводность повсюду. Нас заинтересовало это явление, и мы решили исследовать теплопроводность в домашних условиях и рассказать об этом вам в своей исследовательской работе.



Введение

При выборе темы исследования мы исходили из следующих принципов:

1. Научный интерес - выбранная тема соответствует нашим интересам.

2. Актуальность - выбранная нами тема актуальна и важна в научном и практическом отношении.

3. Выполняемость - задачи и цели, поставленные нами в работе, реальны и мы можем их выполнить.



Обзор литературы

При написании нами данной работы были использованы научная и учебная литература, статьи из интернет ресурсов

У маленьких детей первые ложки в основном пластмассовые. Нам стало интересно почему.Обратившись к энциклопедиям мы узнали, что деревянные и пластмассовые ложки нагреваются медленнее, чем железные и ими нельзя обжечься. Нам стало интересно,какие материалы проводят тепло быстрее, а какие медленнее.

В восьмом классе на уроках физики мы познакомились с интересным явлением - теплопроводностью. Это явление встречается довольно часто в нашей жизни

Физика обладает необыкновенным свойством: изучая самые простые явления можно вывести общие законы и применить их на практике или в быту. На свои вопросы мы нашли ответы в дополнительной литературе, в справочниках, в интернете и на уроках физики.

Цели и задачи проекта

1.Изучить сохранение тепла в домашних условиях и изучение теплопроводности различных веществ

2. Провести самостоятельную работу с различной литературой и разными источниками информации, сделать сбор, анализ и обобщение информации по теме нашей исследовательской работы.

3. Научиться применять научные знания для объяснения физических явлений своим одноклассникам и родителям.

4. Научиться самостоятельно проводить физические опыты в домашних условиях

5. Изготовить демонстрационный прибор, с помощью которого на уроках физике можно изучать теплопроводность различных веществ.



Вступление

Употребляя термин «тепло», имеем в виду тепловую энергию, то есть форму внутренней энергии, оказывающую влияние на температуру объекта или вещества.

Тепло - это энергия, передаваемая от частиц одного вещества с более высокой температурой к частицам другого вещества с более низкой температурой.

На языке термодинамики, тепло, в действительности является процессом, а не свойством.

Процесс теплопроводности Ломоносов объяснял следующим образом: при соприкосновении нагретого тела с холодным первое охлаждается, а второе нагревается.



Определение теплопроводность

Теплопроводность - явление передачи внутренней энергии от одного тела к другому или от одной его части к другой, это вид теплопередачи, происходящий при контакте двух тел разной температуры. Вследствие взаимодействия молекул при тепловом движении

Теплопроводность бывает во всех телах: твердых, жидких и газообразных

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или самим телом называется теплообменом или теплопередачей.

Теплопроводность различных материалов

Хорошая теплопроводность:

1. Медь

2. Серебро

3. Алюминий

4. Кристаллы

Плохая теплопроводность:

1.Воздух

2. Шерсть, пух, мех, вата

3. Керамика, дерево, кирпич и др.

Материалы и методы

Наша исследовательская работа проводилась по следующей схеме:

1) Постановка проблемы и интересующих нас вопросов по теме.

2) Изучение информации из разных источников по данной теме.

3) Выбор методов исследования и практическое овладение ими.

4) Сбор собственного материала, проведение опытов дома.

5) Подготовка демонстрационного прибора, с помощью которого на уроках можно исследовать теплопроводность различных веществ.

6) Анализ и обобщение материала.

7) Формулировка выводов наших исследований .

В ходе исследовательской работы применялись следующие физические методики исследований:



Физические опыты в домашних условиях

Важней всего погода в доме

Из чего построить дом? Его стены должны обеспечить здоровый микроклимат без лишней влаги, плесени, холода. Это зависит от их физических свойств: плотности, водостойкости, пористости. Самым главным является теплопроводность строительных материалов, означающая их свойство пропускать сквозь себя тепловую энергию при разнице температур. Для того, чтобы количественно оценить этот параметр, используют коэффициент теплопроводности.

Как уходит тепло из дома

Есть три основных пути, по которым тепло покидает дом.

Прямой теплообмен. В помещении тепло, за его пределами холодно. Тепло уходит через стены, пол и потолок.

Потоки воздуха, сквозняки. Из дома выдувается сквозь стены и вытягивается сквозь потолок теплый воздух. Он замещается холодным, поступающим из-под дома, из щелей.

Излучение. Теплые предметы в доме излучают инфракрасное излучение, которое беспрепятственно проникает через стены и уходит греть улицу.

Красным показаны зоны, через которые тепло покидает дом ( фото сделано с помощью тепловизора)

Сохранение тепла в доме -отопление

В жилых помещениях наиболее благоприятной для человека считается температура 20-25 °С. Для поддержания такой температуры во многих домах применяют водяное отопление. Раньше применялось печное отопление.

Радиаторы греют внешнюю стену дома. Обычно радиаторы устанавливают под окном, близко к наружной стене. Он сильно нагревает стену. В результате часть выделяемого им тепла уходит на улицу. Фактически тепло используется для обогрева улицы. За поверхностью любого радиатора есть достаточно пространства, чтобы пробраться туда рукой. Наклейте на стену, сразу за радиатором, отражающую фольгу или специальный теплоотражающий материал, пенофол. Обязательно следите за тем, чтобы зазор между наклейкой и батареей не был меньше двух сантиметров, иначе циркуляция воздуха нарушится и эффект будет противоположный желаемому..

Теплые окна экономят наши деньги

Наиболее часта потеря тепла в доме идет через окна

Это наиболее частая причина больших теплопотерь в частных домах.

Щели в окна появляются из-за некачественного монтажа или износа уплотнительных резинок. Обязательно нужно следить за их состоянием, менять уплотнитель при необходимости. Если окна старые, то обязательно их заменить.

Строение современного стеклопакета

Ширина воздушного пространства между стеклами важна, потому что, если оно слишком широкое (более 1,6 см) или слишком узкое (менее 1,3 см), окна имеют высокую теплопередачу). Современные двухкамерные стеклопакеты изготавливают с инертными газами (аргон или криптон) в пространствах между стеклами, так как эти газы передают меньше тепла, чем выделяет воздух. Двухкамерные стеклопакеты значительно дороже, чем окна с одним стеклопакетом, и ограничены положения рамы вследствие их повышенной массы.

Теплопоглощающие стекла

Такое стекло содержит особые оттенки, которые позволяют ему поглощать почти 45 процентов поступающей солнечной энергии, уменьшая при этом приток тепла. Небольшое количество поглощенного тепла, однако, проходит через окно за счет теплопроводности и обратного излучения;

светоотражающие стекло -- покрыто пленкой энергосберегающей и поможет окнам контролировать поступление солнечного тепла летом. Оно также снижает прохождение света в течение всего года, и, как теплопоглощающее стекло, уменьшает поступление солнечных лучей;

Разрешите не выходить

Так же тепло уходит из дома через входную дверь

Входная дверь, даже самая лучшая, это всегда источник холода. Хотя бы потому, что через нее входят и выходят. Кроме того, часто двери прилегают неплотно из-за провисания или ошибок при монтаже.

Лучшим вариантом будет двойная дверь. Конструкция с двумя дверными полотнами на некотором расстоянии друг от друга (30-50см) надежно защитит от проникновения холодного воздуха. Внутреннюю дверь можно сделать самую простую и дешевую, она все равно успешно защитит от холода

Теплый бюджет

Постоянное повышение энергоносителей вызывает соответственный рост тарифов ЖКХ, заставляет нас задуматься об экономии бюджета. Поэтому если термомодернизация квартиры или частного дома проведена правильно и грамотно, результат не заставляет себя долго ждать - следует резкое, порой, до 60-70% снижение расходов на отопление. Что особо ощутимо при содержание частного дома.

Опыт 1 Изучение теплопроводности материалов дома. Создание исследовательского прибора для определения теплопроводности различных веществ дома и в школе

Теплопередача в быту

УТЮГ

Утюгом можно гладить вещи,потому что его подошва обладает хорошей

теплопроводностью и разглаживаетнеровности на вещах.

Хорошая теплопроводность металлов приносит в быту пользу.

Также используется в быту низкая теплопроводность: ручки чайников, кастрюль и другой посуды делают из пластмассы



Таблица теплопроводности

Вещество	Коэффициент теплопроводности
Серебро	428
Медь	397
Алюминий	220
Железо	74
Сталь	45
Свинец	35
Кирпич	0,77
Вода	0,6
Дерево	0,15
Минеральная вата	0,05
Воздух	0,025

Как взять тепло с собой в дорогу

Термос был изобретен в Оксфорде в 1892 году ученым по имени Джеймс Девар. Он представлял собой сосуд-колбу, у которого были двойные стенки с откачанным из пространства между ними воздухом до вакуума. Без особых изменений это устройство термоса используется и сейчас

Термос устроен таким образом, что теплообмен его содержимого с окружающей средой сведен до минимума.

Отсутствие воздуха между его стенками препятствует переносу энергии путем конвекции и теплопроводности, а блестящий слой на внутренней поверхности термоса препятствует передаче энергии излучением.

Опыт №2: Проведение сравнительных измерений температуры жидкости в термосах в течении школьного дня

Что внутри у термоса

Устройство термоса максимально просто: внешний защитный корпус удерживает примерно по центру металлическую колбу. Между стенкой и корпусом находится воздух, но и его откачивают, чтобы снизить передачу тепла - внизу видна трубка, которая после откачивания воздуха зажимается и запаивается. Это простейший тип современного термоса.

Опыт №3 Проведение сравнительных измерений температуры жидкости в термосах при комнатной температуре

Теплая экономия

Термос позволяет экономить. Например , вскипятив один раз чайник и налив себе одну кружку, мы оставляем остальную воду остывать в чайнике. Если эту воду сразу перелить в термос, то в следующий раз, когда захочется попить горячего, можно будет воспользоваться термосом. Налить воды из термоса. Каждое дополнительное включение чайника- это тепло, которое уходит в нашу атмосферу, так же идет расход электричества и дополнительный расход денег.

Теплообмен организма человека

Постоянство температуры тела человека обеспечивается двумя противоположно направленными процессами -- теплопродукцией и теплоотдачей.

Организм человека главным образом теряет энергию через кожу. Теплопродукция, т. е. выработка тепла в организме, зависит от интенсивности метаболических процессов, поэтому часто ее называют химической теплорегуляцией. Теплоотдачу поверхностью тела во внешнюю среду называют физической теплорегуляцией.

Довольно часто человек страдает от перегрева: при высокой температуре окружающей среды, напряжённой физической работе, при некоторых заболеваниях.

Борьба с перегревом осуществляется в основном путём увеличения испарения.

Потоотделение - важный фактор терморегуляции, поскольку благодаря испарению пота кожа охлаждается.

Нам морозы не страшны

Мембрана - это слово мы слышим часто, причём в любое время года., это высокотехнологичный материал, который не пропускает холодный воздух и влагу, но спокойно позволяет коже дышать. Такую одежду любят рыбаки, горнолыжники, спортсмены и самые обычные дети. Мы бываем активнее спортсменов, у нас есть уроки физкультуры и длительные прогулки.

Чего боятся чаще всего родители - это когда после прогулки на морозе, ребенок пришел домой и весь вспотевшим футболки, водолазки, волосы и майки, можно выжимать! Что нас ждет утром после такой прогулки, температура, горячий чай и «мам, я заболел, я в школу не пойду». Соответственно у ребенка изза болезни получаются уважительные пропуски в школе и снижение успеваемости. Так вот, чтобы не прогуливать «уважительно школу» и пить не вкусные лекарства. Нужно научиться своего ребёнка правильно одеваться. А правильно не значит просто «по погоде».

Как одеться по погоде?

Эта тонкая пленка под верхней тканью и есть мембрана. Получается 4 слоя: внешняя ткань, мембрана, утеплитель и внутренняя мягкая подкладка.

В параметрах мембраны используются 2 цифры:

параметр водонепроницаемости в мм водяного столба;

параметр воздухопропускаемости - в граммах на квадратный метр в сутки.

Чем выше первый и ниже второй - тем теплее изделие. Для осенних и весенних изделий используется показатель водонепроницаемости 500-1000 мм, а от 3000 мм уже начинается холодная зима. Но для малышей часто выпускают комбинезоны и с показателем 1000-1500 (и соответственно с большим количеством утеплителя). Такая одежда не выдержит долгих валяний в снегу, а для бега, ползаний и активных игр отлично подойдет. Ребенок в такой одежде не будет мерзнуть, и не вспотеет.

Начиная от 3000 мм идёт верхняя одежда, которая защитит и при не сильном дождике, и во время активных игр и сидений в снегу. Самым высоким показателем - 10 000 мм Но даже при показателе водонепроницаемости 10 000, если долго сидеть в луже, всё равно можно промокнуть, поэтому нельзя говорить, что мембрана спасает от погружения в воду на 100%, но от проливного дождя точно спасёт!

И ещё важный показатель - количество утеплителя.

. Чтобы подобрать идеальное сочетание, обратите внимание, как себя ведет ребёнок на улице. Если он очень активный и быстро потеет в вашей привычной одёжке после пробежки, то лучше брать водонепроницаемости побольше, а утеплителя поменьше. И так же наоборот - для более спокойных деток больше утеплителя и меньше «мембранности».

Как носить мембранную одежду

1) обязательно надо соблюдать принцип многослойности

2) то, что вы одеваете на ребенка под комбинезон, должно содержать синтетику. Минимум - 10%. Почему синтетика важна: главный смысл мембранной одежды в том, что она отводит пот от тела, то есть не дает ребенку взмокнуть и замерзнуть. Для этого влага (пот) должен отводится от тела. Натуральные ткани влагу ВПИТЫВАЮТ в себя и не выводят наружу к комбинезону. А синтетика влагу не впитывает, а «передает» дальше.

Как одеть ребенка под мембранный комбез?

1. Первый слой.

Это белье ( может быть термобелье, может быть обычные тонкие колготки и легкая кофточка из смесовых тканей

То есть содержащие синтетику. Для тех кто все же не любит синтетику можно одеть нательное белье из шерсти мериноса и шелко-шерсти, его можно использовать как первый слой. Это белье имеет свойство выводить влагу как и синтетика.

2. Второй слой. Одевается, в зависимости от подвижности ребенка, тогда, когда на 1-й слой, ребенок , одежду из флиса.

3. Третий слой - это мембранная верхняя одежда.

Мама, я не капуста!

Давайте вспомним о термосе. За счет чего он сохраняет тепло? Правильно,! за счет воздушной прослойки. Так же и в одежде. Между несколькими слоями одежды задерживается тепло. Теплее будет, если вы оденете не один толстый шерстяной свитер, а легкую водолазку и сверху тонкую плотную флисовую кофту

Почти все мембранные комбинезоны считаются трехсезонной (то есть носят с осени по весну), и для них принцип многослойности очень важен. Все слои, включая комбинезон, тонкие и легкие. Ребенку, особенно активному так удобнее, чем одетому по принципу капусты. А если учесть, что зимой еще и ходить не так удобно как летом, то чем тоньше комбинизон со всеми промежуточными слоями, тем удобней ребенку.

Анализ полученных результатов

Таким образом, в ходе нашей работы мы достигли целей нашей работы: исследовали физические свойства теплопроводности в домашних условиях и узнали как сохранить тепло дома и как взять тепло в дорогу, как можно сберечь деньги при сохранение теплопроводности в доме, изучили строение мембранной одежды обеспечивающую удобство и практичность для использования в повседневной жизни, подобрали полезные советы для одноклассников и для Вас как сохранить тепло, бюджет и здоровье.



Выводы

В процессе выполнения нами нашей работы были полностью решены поставленные нами задачи, мы изучили теплопроводность в домашних условиях, провели опыты (методом сравнения, узнали много нового, и теперь знаем что наши знания могут нам помочь не только в физике, но и в экономике и даже в медицине, мы запланировали узнать больше о физических явлениях и работать над этой темой в дальнейшем.



Литература

теплопроводность температура теплообмен стеклопакет

А.В. Перышкин. Учебник физики 8 класс.

Кл. Э. Суорц. Необыкновенная физика обыкновенных явлений. Наука, М. 1986

Л. В. Тарасов. Физика природных явлений.- М.: Мнемозина, 2013 г.

Я. И. Перельман. Занимательная физика. - М.: Центрполиграф, 2010 г.

Размещено на Allbest.ru