Dane INFORMACYJNE (do uzupełnienia) Zespół Szkół Publicznych w Reptowie. ID grupy: 98/61_mf_g1 . Kompetencja:Matematyka-Fizyka Temat projektowy: Cieplny przepływ energii Semestr/rok szkolny: III rok 2010/2011

Projekt -„Cieplny przepływ energii” Zadanie główne 1. Opracowanie materiałów dotyczących cieplnego przekazywania energii: a) opisy pojęć, definicje, wzory, sposoby przekazywania energii, ciepło b) jednostki układu SI c) zadania rachunkowe i problemowe wraz z wynikami d) prezentacje, rysunki, zagadki, plansze, 2. Doświadczalne wyznaczanie wielkości związanych z cieplnym przekazywaniem energii.

Zadania szczegółowe 1. Zebranie i opracowanie wiadomości na temat ciepła (książki, gazety, Internet). 2. Wykonanie plansz z informacjami i wzorami dotyczącymi ciepła. 3. Przygotowanie doświadczeń oraz instrukcji do wykonywania doświadczeń. 4. Przeprowadzenie doświadczeń związanych z ciepłem 5. Opracowanie doświadczeń – zapisywanie wyników w tabelach, wykreślanie wykresów i zapisywanie wniosków 6. Opracowanie i przedstawienie przykładów wykorzystywania cieplnego przekazywania energii przez człowieka w życiu codziennym i w gospodarce. 7. Wybór zadań rachunkowych i problemowych do rozwiązania oraz ich rozwiązanie.

W jakim sensie fizycy używają słowa „ciepło”? Po pierwsze ciepło to energia; czyli jest wyrażana w dżulach i powstaje z innych jej form – np. z energii kinetycznej, jądrowej czy chemicznej. Jednak tym co bardzo wyraźnie odróżnia pojęcie ciepła od większości pozostałych rodzajów energii (typu kinetyczna, lub potencjalna) jest fakt, że ciepła nie można „mieć”. Ciepło „fizyczne” jest używane wyłącznie do opisu zjawisk przypływu energii. Inaczej mówiąc fizyk raczej nie powie, że kawałek metalu "ma" w sobie ciepło (chyba, że porozumiewa się np. ze swoją babcią na poziomie potocznym, nie fizycznym), powie natomiast, że np. „przepływające ciepło ogrzało ten metal do temperatury 60°C”. bo tym co ciało może „mieć” jest energia wewnętrzna, a ciepło w sensie fizycznym można wyłącznie oddać lub przyjąć, ale nie można go "mieć"! I tu dochodzimy do drugiej bardzo ważnej sprawy:Ciepło jest to ta część energii, która jest przekazywana między ciałami. W momencie, gdy energia już dotarła, to nie mówimy już o cieple - teraz ciało posiada energię wewnętrzną.

Energia wewnętrzna Składa się ze wszystkich rodzajów energii, jakie posiada ciało, a więc jest sumą: energii kinetycznej chaotycznego ruchu wszystkich cząsteczek; energii potencjalnej wynikającej z wzajemnych oddziaływań międzycząsteczkowych. Jeżeli ogrzejemy ciało, to jego cząsteczką zostanie przekazana energia, zatem zwiększy się średnia prędkość cząsteczek tego ciała. Zwiększenie prędkości ruchu cząsteczek odczuwamy jako przyrost temperatury ciała, który mierzymy za pomocą termometru.

I zasada termodynamiki Zmiana energii wewnętrznej jest równa sumie pracy (W) wykonanej nad ciałem przez siły zewnętrzne i dostarczonego ciepła (Q)  Ew = W + Q Energia wymieniona z otoczeniem Ciepło wymienione z otoczeniem Zmiana energii = +

Zmiana energii wewnętrznej przez pracę Można ją zwiększyć poprzez wykonanie pracy.

Ciepło jako forma przekazywania energii Ciepło jest częścią energii wewnętrznej, która jest przekazywana innym ciałom (cząsteczkom) o niższej temperaturze. Ciepło może być dostarczane bądź odbierane z układu. Ilość ciepła obliczamy według wzoru Q= cw•m• t Jednostką ciepła jest: Jul [J]

Sposoby przekazywania ciepła Przewodnictwo polega na przekazywaniu energii wewnętrznej poprzez zderzania cząsteczek o różnych szybkościach Konwekcja polega na unoszeniu się do góry cząsteczek ogrzanych ciał Promieniowaniem nazywamy przekazywanie energii cieplnej od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze

Przewodzenie ciepła Przekazywanie energii poprzez zderzenia cząsteczek. Podczas przewodzenia ciepła cząsteczki nie przenoszą się wraz z przekazywaną energią.

Przewodniki cieplne Ciała, które dobrze cieplnie przewodzą energię nazywamy przewodnikami cieplnymi. Do najlepszych przewodników cieplnych należą metale, np. srebro, miedź, czy aluminium. Dobrym przewodnikiem ciepła jest także diament. Nie wszystkie ciała dobrze przekazują energię przez cieplny przepływ energii.Zastosowanie przewodników ciepła:do produkcji garnków, żelazek, kaloryferów,chłodnic samochodowych, rur przeprowadzających ciepłą wodę

Doświadczenie Do metalowego pręta za pomocą parafiny przyczepiamy w równych odstępach małe gwoździki, mocujemy pręt do statywu, a drugi koniec podgrzewamy Obserwacja Podczas ogrzewania stopniowo po kolei odpadają gwoździki Wniosek Ciepło przepływa przez metal. Metal jest dobrym przewodnikiem ciepła

Izolatory termiczne

Izolatory Unieruchomione powietrze jest dobrym izolatorem

Doświadczenie Na dnie probówki za pomocą plasteliny przyklejamy kostki lodu tak, aby po nalaniu wody zostały na dnie. Probówkę trzymamy za dolną część , a górną ogrzewamy. Po pewnym czasie górne warstwy wody zaczynają wrzeć Obserwacje: Lód pod wpływem ciepła, nie topniał i nie zmienił swojego stanu stałego Wniosek Woda jest złym przewodnikiem ciepła

Konwekcja Energia jest przekazywana od cieplejszych części cieczy lub gazu do części zimniejszych wraz z cząsteczkami.

Promieniowanie Promieniowanie jest wysyłane przez Słońce, nagrzany piec, żarówkę itp. Ciała te wysyłają światło lub niewidzialne promieniowanie i w ten sposób przekazują ciepło.

Wykorzystanie cieplnego przekazywania energii przez człowieka

Kolektory słoneczne

Jednostki Ciepła

Ciepło właściwe Jest to ilość ciepła, które jest potrzebne do zmiany temperatury ciała o masie 1 kg o 1°C. Ciepło właściwe jest charakterystyczne dla danego rodzaju substancji Gdzie: c - ciepło właściwe Q - potrzebna energia m - masa ciała Δt –przyrost temperatury

Ciepło właściwe różnych substancji

Ciepło właściwe Ciepło właściwe ciał stałych Ciepło właściwe cieczy Ciecz((20°C) Ciepło właściwe Woda 4190 Alkohol etylowy 2100 Alkohol metylowy 2400 Benzen 1700 Eter 2350 Gliceryna 2400 Rtęć 130 Ciało stałe(20°C) Ciepło właściwe Aluminium 920 Mosiądz 400 Chrom 453 Cynk 380 Miedź 380 Ołów 130 Stal 460 Stal nierdzewna 482 Żelazo 460

Ciepło właściwe gazów Gaz Ciepło właściwe Azot 1050 Dwutlenek węgla 846 Hel 5200 Para wodna ( nieco powyżej 100°C) 2200 Tlen 916 Powietrze 1000 Wodór 14300

Zmiany stanu skupienia ciał

Bilans cieplny Gdy zetkniemy ze sobą ciała o różnych temperaturach t1 i t2 to zachodzi między nimi wymiana ciepła Q tak długo, aż temperatury wszystkich ciał się wyrównają Q1 = Q2 Q1 T1 T2 T1 >T2 Ciepło oddane Ciepło pobrane

Kalorymetr Kalorymetr służy do pomiarów ilości ciepła. Składa się on z dwóch naczyń aluminiowych, większego i mniejszego. Na dnie naczynia większego, zwanego płaszczem kalorymetru, spoczywa drewniany krzyżak, na którym jest ustawione naczynie mniejsze – właściwy kalorymetr. Kalorymetr ma aluminiową pokrywę. Na środku tej pokrywy jest wytłoczona szyjka do której wkładamy termometr. W drugi otwór jest zatknięte mieszadło. Płaszcz kalorymetru przykrywamy tekturową pokrywą przeciętą w pół. TERMOMETR UŻYWANY DO POMIARÓW POWINIEN MIEĆ DZIAŁKĘ ELEMENTARNĄ 0,1C.

Jak zmierzyć ciepło właściwe wody?

Zadanie Do termosu, zawierającego 0,3kg gorącej wody o temperaturze 90ºC wlewamy 0,2kg zimnej wody o temperaturze 20º C. Ułóż bilans cieplny i oblicz temperaturę końcową mieszaniny Q = m •cw • t Q1 = Q2 m cw •  t1 = m1 • cw •  t2 /:cw m1 •  t1 = m2 •  t2  t1 = t1 – t3  t2 = t3 – t2 0,3 kg •(90ºC- t3) = 0,2 kg •(t3 - 20º C) ; (mnożymy przez nawias) 27 kg • C - 0,3 kg • t3= 0,2 • t3 - 4kg • C ; (wiadome na lewo stronę) 27 kg • C + 4kg • C = 0,2 kg • t3 + 0,3kg t3 31 kg • C = 0,5 kg • t3 t3 = 62 ºC Odpowiedź: Temperatura końcowa wyniesie 62ºC

Przykładowe zadanie Ile należy dostarczyć energii, aby zagotować 2l wody o temperaturze 80°C? Ciepło właściwe wody wynosi 4190 J/kg•°C Rozwiązanie: Dane: Szukane: Wzory: m = 2kg Q c = 4190 J/kg•°C Δt = 100°C - 80°C = 20°C Odpowiedź:Należy dostarczyć 167600J

Cieplny przepływ energii Na obrazku widać miejsca, gdzie ucieka ciepło z bloku.Miejsca czerwone –miejsca gdzie wypływ ciepła jest największy Miejsca niebieskie-miejsca ,gdzie ciepło ucieka w najmniejszym stopniu lub nie ucieka w ogóle Dzieje się tak przez przyczynę nieszczelności okien lub drzwi.Dokonuje się wtedy cieplny przepływ energii

Świat potrzebuje energii

Uczniowska Grupa Projektowa Prezentację przygotowali: Dominik Banaszak Natalia Brzoza Katarzyna Fierdonek Tomek Karpiński Dagmara Rutkowska Patrycja Siwiec Emilia Stasiak Luiza Stateczna Natalia Wojciukiewicz Monika Zeplin Opiekun: Maria Szyndlarewicz

Dziękujemy za uwagę, udanych wakacji