Jak skutecznie ogrzać się zimą?
Dlaczego marzniemy, gdy wychodzimy na spacer zimą? Ponieważ ubieramy się za lekko i tracimy ciepło. Jak to się jednak dzieje, że ciepło znika? A może jest sposób, by je zatrzymać?
że substancje, z których zrobione są używane przez nas przedmioty, mają różne właściwości;
że wszystkie substancje zbudowane są z drobin, a ich prędkość poruszania się zależy od temperatury;
jak ubierać się w zależności od pory roku.
podawać przykłady substancji dobrze i źle przewodzących ciepło;
planować i przeprowadzać obserwacje dotyczące przekazywania ciepła z przedmiotu gorącego do chłodniejszego;
wymieniać sposoby ochrony przed zbyt wysoką i zbyt niską temperaturą;
podawać przykłady wykorzystania substancji dobrze i źle przewodzących ciepło.
1. Znikające ciepło
Przypomnij sobie, co się dzieje, gdy bierzesz ciepłą kąpiel – twoje ciało się rozgrzewa. Natomiast, gdy zimą lepisz śniegową kulę, marzną ci dłonie. Dlaczego tak się dzieje?
Sprawdzenie, co się stanie z substancją pod wpływem różnych temperatur.
3 szklanki żaroodporne lub porcelanowe kubki,
gorąca woda,
kostki lodu.
Dotknij każdej ze szklanek i oceń, czy są ciepłe czy zimne.
Pierwszą szklankę napełnij do połowy gorącą wodą.
Do drugiej szklanki wrzuć 4 kostki lodu, a trzecią szklankę pozostaw pustą.
Poczekaj 2–3 minuty i ponownie dotknij (ostrożnie!) kolejno każdej z trzech szklanek. Możesz też delikatnie przesunąć dłonią nad każdą ze szklanek. Co czujesz?
Dotykając szklanek, można poczuć albo ciepło, albo zimno, mimo że początkowo ich temperatura w dotyku była jednakowa.
Ustalenie, czy wszystkie przedmioty nagrzewają się tak samo.
przedmioty z różnych materiałów, np. ołówek, kawałek folii aluminiowej, plastikowy klocek, szklany talerzyk, gumka, moneta 1 zł.
Obserwację należy wykonać w słoneczny dzień.
Przedmioty z różnych materiałów połóż w nasłonecznionym miejscu, np. na parapecie okna w bezchmurny dzień.
Po 10 minutach dotknij każdego z nich. Co czujesz?
Jeżeli niektóre z pozostawionych przedmiotów są cieplejsze od innych, to znaczy, że nagrzały się w różnym stopniu.
Przedmioty nagrzewają się bądź ochładzają, ponieważ pobierają lub oddają ciepło. Ciepło przepływa (przenosi się) z ciała o wyższej temperaturze do ciała o temperaturze niższej.
Zdolność substancji do przewodzenia ciepła nazywana jest przewodnictwem cieplnymprzewodnictwem cieplnym. O substancjach, które dobrze przewodzą ciepło, mówimy, że są dobrymi przewodnikami ciepłaprzewodnikami ciepła. Należą do tej grupy wszystkie metale, np. miedź, srebro. Materiały, które słabo przewodzą ciepło, nazywane są izolatorami. Należą do nich na przyklad drewno i styropian. Źle przewodzą ciepło także wszystkie substancje w postaci cieczy i gazów.
Film dostępny pod adresem https://zpe.gov.pl/a/Dg19RcTiG
Do stojącego kubka porcelanowego z czajnika nalewany jest wrzątek. Po nalaniu płynu następuje pomiar temperatury kubka. Do kubka metalowego z czajnika nalewany jest wrzątek. Po nalaniu płynu następuje pomiar temperatury kubka. Do kubka styropianowego z czajnika nalewany jest wrzątek. Po nalaniu płynu następuje pomiar temperatury kubka. Po 15 minutach do każdego kubka wkładany jest termometr. W kubku metalowym termometr wskazuje 40 stopni, w porcelanowym 60 stopni, a w styropianowym 80 stopni.
Miedź przewodzi ciepło trzy razy lepiej niż żelazo, tysiąc razy lepiej niż szkło. Powietrze jest doskonałym izolatorem ciepła – przewodzi je aż 10 tysięcy razy słabiej od miedzi. Dlatego często w budownictwie stosuje się cegły z otworami w środku – obecność powietrza sprawia, że takie cegły lepiej chronią wnętrze domu przed zimnem.
2. Przekazywanie ciepła
Wiemy, że ciepło może przepływać i że niektóre substancje chronią przed tym procesem, a inne przeciwnie – sprzyjają mu. Poszukajmy teraz odpowiedzi na pytanie: Jak odbywa się transport ciepła?
Sprawdzenie, czy przekazywanie ciepła zachodzi w sposób nieograniczony.
woda,
termometr pokojowy,
termometr laboratoryjny do pomiaru temperatur do 150°C,
szklanka żaroodporna lub porcelanowy kubek.
Napełnij szklankę do połowy gorącą wodą. Odczekaj 10 minut.
Odczytaj na termometrze pokojowym temperaturę powietrza.
Za pomocą odpowiedniego termometru zmierz temperaturę wody w szklance. Powtarzaj pomiar co 5 minut przez pół godziny. Co obserwujesz?
Temperatura wody w szklance obniża się aż do momentu, w którym zrówna się z temperaturą powietrza.
Ciepło przepływa od ciała cieplejszego do chłodniejszego tak długo, aż ich temperatury się wyrównają. Oczywiście szybkość tego procesu zależy od tego, z jakich materiałów wykonane są te ciała. Im są lepszymi przewodnikami ciepła, tym szybciej temperatury się wyrównają. Łatwo to sprawdzić, nalewając ciepłą wodę do kubków styropianowego i metalowego. Jak już wiesz, woda w kubku metalowym ostygnie szybko, a w styropianowym będzie stygła powoli, gdyż styropian jest izolatorem cieplnym.
3. Jak oszczędzić ciepło?
W Polsce zimą musimy ogrzewać mieszkania. Aby zmniejszyć straty ciepła w budynkach, do ich ocieplenia stosuje się materiały, które są słabymi przewodnikami ciepła, np. wełnę mineralną, styropian. Takie ściany zimą zatrzymują ciepło wewnątrz budynku. Latem, w upalne dni, te same materiały powodują, że ciepło z zewnątrz nie przedostaje się do środka i w domu jest chłodniej.
Podobnie jest z ubraniami. Zimą ubieramy się „na cebulkę”, czyli zakładamy wiele warstw odzieży, między którymi znajduje się powietrze pełniące rolę izolatora. Z kolei latem nosimy lekkie, przewiewne ubrania, które łatwo przepuszczają ciepło do otoczenia.
Wyjaśnij, dlaczego w domach często stosuje się okna z podwójnymi szybami.
Jaka substancja znajduje się pomiędzy szybami i w jakim stopniu przewodzi ciepło?
Najlepszym izolatorem cieplnym jest próżnia, czyli przestrzeń, w której nie ma żadnej substancji. Próżnia znajduje się na przykład między warstwami podwójnych ścianek termosów. Dzięki temu termosy znakomicie zachowują temperaturę zarówno gorących, jak i zimnych płynów.
Podsumowanie
Ciepło przenosi się pomiędzy materiałami (przedmiotami), które mają różne temperatury.
Ciepło przenosi się między ciałami dotąd, aż ich temperatury się wyrównają.
Niektóre substancje przewodzą ciepło bardzo dobrze, nazywamy je przewodnikami ciepła (np. miedź). Inne bardzo słabo przewodzą ciepło – są to izolatory ciepła (np. styropian).
Zapoznaj się z opisem doświadczenia i podsumuj jego wyniki.
Janek i Maciek zaprojektowali doświadczenie, które miało na celu zbadanie, jak najlepiej ocieplić dach domu.
W tym celu użyli 4 puszek blaszanych. Każdą z nich owinęli tym samym materiałem izolacyjnym, ale o różnej grubości. Umieścili też ten materiał na pokrywce i podstawie każdej puszki, pozostawiając jedynie niewielki otwór. Następnie do każdej puszki wlali po 100 ml gorącej wody i zmierzyli jej temperaturę.
Po 15 minutach powtórzyli pomiar temperatury. Wyniki zapisali w tabeli.
Grubość izolacji (cm) | Temperatura początkowa (°C) | Temperatura po upływie 15 minut (°C) | Różnica temperatur |
2 | 80 | 54 | |
10 | 80 | 63 | |
15 | 80 | 70 | |
21 | 80 | 76 |
Wykonaj obliczenia potrzebne do wypełnienia ostatniej kolumny tabeli.
Korzystając z wyników doświadczenia, wyjaśnij, jak najlepiej ocieplić dach budynku, aby zapobiec utracie ciepła.
Słowniczek
zdolność substancji do przewodzenia ciepła
substancja, która dobrze przewodzi ciepło
Zadania
Na lekcji nauczyciel wykonał doświadczenie. Do gotującej się wody wkładał kolejno jeden koniec pręta metalowego, szklanego i drewnianego, a drugi ich koniec trzymał w ręce. Który z prętów zaczął szybko parzyć nauczyciela w rękę?
- pręt metalowy
- pręt szklany
- pręt drewniany
Spośród wymienionych przedmiotów wybierz te, które wykonane są z materiałów charakteryzujących się dobrą przewodnością cieplną.
- aluminiowy garnek
- plastikowy klocek
- srebrna łyżeczka
- gumka do wycierania
- drucik miedziany
- drewniana łyżka
- metalowa patelnia
- styropianowy kubek
- gwóźdź
- klawiatura komputera
- szklanka
Zdecyduj, które zdania opisujące zjawisko przewodności cieplnej są prawdziwe, które fałszywe.
| Prawda | Fałsz | |
| Ciepło przepływa tylko od ciała o wyższej temperaturze do ciała o niższej temperaturze. | □ | □ |
| Izolatory ciepła nie zmieniają temperatury. | □ | □ |
| Przepływ ciepła następuje do momentu, w którym temperatury ciał się wyrównają. | □ | □ |
| Przewodnik ciepła doskonale przewodzi ciepło, ale sam nie zmienia temperatury. | □ | □ |
| Metale są dobrymi przewodnikami ciepła. | □ | □ |