Тепловые явления

Определения и обозначения

Тепловое явление — изменение температуры или состояния тела, а также передача тепла. Например, лёд тает, вода остывает, а воздух нагревается на солнце. Это понятие помогает объединить разные изменения, связанные с нагреванием и охлаждением.

Температура — величина, показывающая, насколько тело нагрето или охлаждено. Например, у горячего чая температура выше, чем у воды из-под крана. Зная температуру, можно сравнить нагретость тел и следить, как она меняется.

Термометр — прибор для измерения температуры. На его шкале нанесены деления и числа, а показание отмечает столбик жидкости или указатель. Термометр нужен для точного измерения: ощущения руки могут быть неточными, а прибор даёт значение по шкале.

Теплопередача — передача тепла от более нагретого тела к менее нагретому. Например, ложка в горячем чае нагревается, потому что получает тепло от чая. Это понятие помогает объяснить, почему горячие предметы остывают, а холодные рядом с ними могут нагреваться.

Как это устроено

При нагревании тело получает энергию, а при охлаждении отдаёт её окружающим телам. Из-за этого температура тела соответственно повышается или понижается. Такое изменение можно заметить, если вода стала теплее или прохладнее, а затем проверить термометром. Сравнение показаний до и после показывает, в какую сторону изменилась температура.

Когда рядом находятся тела с разной температурой, тепло обычно передаётся от более нагретого к менее нагретому. Например, горячая чашка отдаёт тепло прохладному воздуху. По мере передачи тепла температуры становятся ближе друг к другу, поэтому чашка остывает. Если тела долго соприкасаются с окружающей средой, разница температур может уменьшиться.

При нагревании многие тела немного расширяются, а при охлаждении сжимаются. Чтобы увидеть это, можно сравнить уровень тёплой воды в узкой прозрачной ёмкости до и после осторожного нагревания: уровень может подняться. Вода занимает больше места, когда её температура увеличивается. Изменение часто невелико, поэтому наблюдать его удобнее в узкой ёмкости; опыт следует проводить со взрослым и без горячей воды.

Термометр показывает температуру по шкале, на которой есть деления и числовые отметки. Чтобы найти значение, нужно посмотреть, напротив какого деления остановился столбик или указатель, и прочитать число. Рука не заменяет термометр: ощущения зависят от того, к чему человек прикасался раньше. Поэтому один предмет может казаться разным людям по-разному тёплым.

Тепловые явления постоянно происходят в быту и природе. Солнце нагревает землю и воздух, а горячий суп постепенно остывает. Шерстяная одежда и одеяло помогают сохранять тепло, потому что замедляют его уход от тела в окружающую среду. Наблюдая за такими примерами, можно заметить, где тело нагревается, где охлаждается и между какими телами передаётся тепло.

Тепловые явления вокруг нас

Пользуйся таблицей, чтобы связать ситуацию с наблюдаемым изменением и направлением изменения температуры. Сравнивай начальную и последующую температуру, если есть показания термометра. В последней строке важно определить, какое тело отдаёт тепло, а какое его получает.

Разбор задач

Задача 1. Ученик поставил чашку с тёплой водой в комнату. Что со временем произойдёт с температурой воды? Чтобы ответить, сравним воду и комнатный воздух: вода теплее воздуха и будет отдавать ему тепло. Значит, температура воды постепенно станет ниже.

1. Определяем, какое тело нагрето сильнее: тёплая вода.
2. Находим, куда направлена передача тепла: от воды к более прохладному воздуху.
3. Связываем потерю тепла с изменением температуры воды: она охлаждается.

Ответ: вода будет остывать, и её температура понизится.

Задача 2. Температура воздуха утром была 8 °C, а днём стала 17 °C. На сколько градусов она изменилась? Нужно найти разницу между более поздним и более ранним показанием. Поскольку дневная температура выше, изменение будет положительным: воздух нагрелся.

1. Записываем начальную температуру: 8 °C.
2. Записываем конечную температуру: 17 °C.
3. Вычитаем начальное значение из конечного: 17 − 8 = 9 °C.

Ответ: температура повысилась на 9 °C.

Задача 3. Металлическую крышку банки осторожно нагрели тёплой водой. Почему её стало легче открутить? При нагревании металл немного расширяется, поэтому крышка может ослабнуть на резьбе. Нагревать нужно аккуратно: используют тёплую, а не кипящую воду, чтобы не обжечься.

1. Определяем, что изменилось: крышка нагрелась от воды.
2. Вспоминаем, что многие тела при нагревании расширяются.
3. Связываем расширение с тем, что крышка меньше сжимает горлышко банки и легче поворачивается.

Ответ: нагретая крышка немного расширилась, поэтому её стало легче открутить.

Типичные ошибки

Ошибка — считать температуру и количество тепла одним и тем же. Температура показывает степень нагретости тела, а тепло передаётся от одного тела к другому. Путаница возникает потому, что в обычной речи говорят «много тепла», имея в виду высокую температуру. Проверь себя: температура — это показание термометра, а передача тепла объясняет изменение тел.

Ошибка — определять температуру только рукой. Прикосновение даёт субъективное ощущение, которое зависит от температуры самой руки и предыдущих ощущений. Поэтому кажется, будто рука способна измерить нагретость, но точного числа она не показывает. Проверь себя: если нужно узнать значение или сравнить температуру точно, воспользуйся термометром.

Ошибка — думать, что тепло переходит от холодного тела к горячему. При обычной теплопередаче направление противоположное: тепло идёт от более нагретого тела к менее нагретому. Ошибиться можно, потому что холодный предмет после прикосновения к тёплому кажется нагревшимся. Проверь себя вопросом: какое тело сначала было теплее и какое отдаёт энергию?

Ошибка — считать, что все тела расширяются при нагревании одинаково. Расширение зависит от материала и условий, а у некоторых тел оно настолько мало, что его трудно заметить. Одинаковое изменение температуры поэтому не всегда даёт одинаковое изменение размера. Проверь себя: не делай вывод по одному материалу обо всех телах и учитывай условия наблюдения.

Связь с другими темами

Для изучения тепловых явлений нужно уметь наблюдать изменения тел, сравнивать их и пользоваться простыми измерительными приборами. Эти навыки помогают заметить нагревание или охлаждение и проверить вывод измерением. Позже они пригодятся при изучении погоды, агрегатных состояний вещества и устройства термометров. Понимание передачи тепла также помогает разобраться, как сохраняют тепло в одежде, доме и других предметах.

Что запомнить

• Нагревание и охлаждение — тепловые явления.
• Температуру измеряют термометром.
• Тепло обычно передаётся от более нагретого тела к менее нагретому.
• При нагревании многие тела расширяются, при охлаждении — сжимаются.
• Тепловые явления можно наблюдать в быту и природе.