Коротко
Тепловые явления — это все процессы в природе и технике, которые сопровождаются изменением температуры тел, их агрегатного состояния (плавление, кипение, конденсация) или передачей энергии от одного тела к другому. Это может быть нагревание воды на плите, таяние льда, закипание чайника, охлаждение напитка или ощущение тепла от солнца. Все эти процессы связаны с изменением внутренней энергии веществ.
Определение
Тепловые явления — это физические процессы, связанные с изменением внутренней энергии тел и их температуры, а также с передачей этой энергии между телами.
Что такое внутренняя энергия
Всякое вещество состоит из мельчайших частиц — атомов и молекул, которые постоянно и беспорядочно движутся, а также взаимодействуют друг с другом. Их кинетическая (движение) и потенциальная (взаимодействие) энергии составляют внутреннюю энергию тела. Чем быстрее движутся частицы, тем выше температура тела и тем больше его внутренняя энергия. Тепловые явления — это, по сути, проявления изменения внутренней энергии.
Как передаётся тепло
Тепловая энергия может передаваться тремя способами. Теплопроводность — это передача энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым при непосредственном контакте частиц, например, нагрев металлической ложки в горячем чае. Конвекция — это перенос энергии потоками жидкости или газа, например, нагрев комнаты от батареи. Излучение — это передача энергии электромагнитными волнами, не требующая контакта или среды, например, тепло от Солнца или костра.
Изменение агрегатного состояния
При тепловых явлениях вещество может менять своё агрегатное состояние: из твёрдого в жидкое (плавление), из жидкого в газообразное (парообразование), и наоборот (кристаллизация, конденсация). Эти процессы происходят при определённой температуре (температура плавления, кипения) и требуют поглощения или выделения энергии. Например, вода при 0°C замерзает, выделяя тепло, а при 100°C кипит, поглощая тепло.
Разбор задач
Задача 1
Почему, когда вы выходите из душа, вам холодно, даже если температура воздуха в ванной комфортная?
1. Тело покрыто водой. 2. Вода начинает испаряться с поверхности кожи. 3. Для испарения воде нужна энергия. 4. Эту энергию вода забирает у тела человека. 5. Отдача энергии приводит к понижению температуры поверхности кожи и ощущению холода.
Ответ: Испарение воды с поверхности кожи забирает тепло у тела, вызывая ощущение холода.
Задача 2
Объясните, почему ручка металлической ложки, оставленной в горячем чае, со временем нагревается.
1. Ложка состоит из металла, который хорошо проводит тепло. 2. Горячий чай передает тепло той части ложки, которая в него погружена. 3. Частицы металла в нагретой части ложки начинают колебаться быстрее. 4. Эти колебания передаются соседним частицам металла вдоль ложки. 5. В результате тепло передается по всей длине ложки до ручки, и она нагревается.
Ответ: Тепло от чая передается по металлической ложке к ручке за счет теплопроводности, нагревая ее.
Где это встречается
- Отопление домов — Батареи нагревают воздух в комнате за счет конвекции, а также излучают тепло. Теплоизоляция стен уменьшает потери тепла через теплопроводность.
- Холодильники и морозильники — Работают за счет циркуляции хладагента, который испаряется внутри, забирая тепло из продуктов, и конденсируется снаружи, отдавая тепло воздуху.
- Двигатели внутреннего сгорания — Сгорание топлива выделяет большое количество тепловой энергии, которая расширяет газы и приводит в движение поршни, совершая механическую работу.
- Метеорология — Тепловые явления (нагрев воздуха Солнцем, испарение воды, конденсация) определяют формирование погоды, образование облаков, осадков и ветров.
Типичные ошибки
| Неверно | Верно | Почему |
|---|---|---|
| Тепловые явления — это только нагревание. | Тепловые явления включают в себя как нагревание, так и охлаждение, а также изменения агрегатного состояния (плавление, кипение, конденсация, кристаллизация) и любые процессы передачи тепловой энергии. | Часто ассоциируют тепло только с повышением температуры, забывая, что охлаждение — это тоже тепловое явление, связанное с отдачей тепла. |
| Тепло — это вид вещества. | Тепло — это энергия, которая передается от более нагретого тела к менее нагретому в результате их взаимодействия. Это не вещество, которое можно увидеть или потрогать. | Исторически существовали представления о 'теплороде' — некой невесомой жидкости. Это устаревшая концепция, но её отголоски иногда встречаются в обыденном понимании. |
| Холод — это противоположность тепла. | Холод — это отсутствие тепла или низкая температура. Это не отдельный вид энергии, а лишь степень нагретости тела. Мы ощущаем холод, когда наше тело отдает тепло окружающей среде. | В быту мы часто говорим 'на улице холодно', как будто холод — это нечто, что проникает внутрь. На самом деле, это наше тело теряет внутреннюю энергию. |
Не путать
- Механические явления — Механические явления связаны с движением и взаимодействием тел как целого (например, движение автомобиля, падение яблока). Тепловые явления связаны с движением и взаимодействием молекул внутри тел и передачей внутренней энергии.
- Электрические явления — Электрические явления обусловлены существованием, движением и взаимодействием электрических зарядов (например, молния, электрический ток). Тепловые явления связаны с хаотическим движением молекул и передачей тепловой энергии.
Откуда взялось понятие
Изучение тепловых явлений началось в глубокой древности с наблюдений за огнем и погодой. Научное осмысление развивалось с XVI-XVII веков с изобретением термометра и появлением первых теорий о природе тепла, culminating в XIX веке с формулированием законов термодинамики.
Как запомнить
Тепловые явления — все, что связано с теплом, холодом и сменой агрегатных состояний!
Проверь себя
4 задания-
Назовите три способа передачи тепла.
Ответ
Теплопроводность, конвекция, излучение. -
Что происходит с внутренней энергией тела при его нагревании?
Ответ
Внутренняя энергия тела увеличивается, так как увеличивается скорость движения его молекул. -
Какой процесс лежит в основе образования тумана?
Ответ
Конденсация водяного пара (переход из газообразного состояния в жидкое). -
Почему в ванной комнате зеркало запотевает?
Ответ
Теплый и влажный воздух в ванной соприкасается с холодной поверхностью зеркала. Водяной пар конденсируется на холодной поверхности, образуя мелкие капельки воды.
Частые вопросы
Почему одни материалы теплые (шерсть), а другие холодные (металл) на ощупь?
Дело в их теплопроводности. Металл хорошо проводит тепло, поэтому он быстро отбирает его у вашей руки, и вы чувствуете холод. Шерсть — плохой проводник тепла, она замедляет теплообмен, поэтому кажется теплой, сохраняя тепло вашей руки.
Почему зимой после снегопада становится теплее, чем до него?
Снег, особенно рыхлый, является хорошим теплоизолятором из-за большого количества воздуха между снежинками. Он не дает теплу, накопленному в земле, быстро уходить в атмосферу, и наоборот, препятствует проникновению сильного мороза в почву, создавая эффект 'одеяла'.
Почему чайник со свистком начинает свистеть при закипании воды?
Когда вода закипает, образуется много пара. Этот пар выходит через небольшое отверстие в свистке. Быстрый поток пара создает вибрации в специальном механизме свистка, которые и вызывают звук.
Что такое точка росы?
Точка росы — это температура, до которой должен охладиться воздух при данном давлении, чтобы содержащийся в нем водяной пар достиг насыщения и начал конденсироваться, образуя росу, туман или облака. Если температура воздуха опускается ниже точки росы, образуется конденсат.
Спросить про это понятие
Тепловые явления
Где это изучается
7 параграфовОдна и та же тема разложена по разным учебникам — можно сравнить формулировки и выбрать более понятную.
Понятия рядом
Их разбирают в тех же параграфах, что и это понятие.