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?
jaki jest wpływ pór roku na sposób ubierania się w odniesieniu do panujących temperatur;
co to są izolatory.
Wymienisz dobre i złe przewodniki ciepła.
Wykażesz rolę izolacji cieplnej w przedmiotach codziennego użytku i budynkach.
Zaplanujesz i przeprowadzisz doświadczenie dotyczące przekazywania ciepła między przedmiotami o różnej temperaturze.
Omówisz sposoby przepływu ciepła.
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?
Pytanie: Co się stanie z substancją pod wpływem różnych temperatur?
Hipoteza: Substancja będzie miała tę samą temperaturę własną.
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?
Obserwacje: Dotykając szklanek, można poczuć albo ciepło, albo zimno, mimo że początkowo ich temperatura w dotyku była jednakowa.
Wniosek: Między materiałem szklanek a ich zawartością zaszła wymiana ciepła.
Pytanie: Czy wszystkie przedmioty izolują ciepło w tym samym stopniu?
Hipoteza: Przedmioty izolują ciepło w różnym stopniu.
przedmioty z różnych materiałów, np. ołówek, kawałek folii aluminiowej, plastikowy klocek, szklany talerzyk, gumka, moneta 1 zł.
Doświadczenie wykonaj 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?
Obserwacje: Niektóre przedmioty są cieplejsze, a niektóre zimniejsze.
Wniosek: Niektóre substancje są lepszymi izolatorami ciepła i wolniej oddają je do otoczenia.
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 /preview/resource/R1VH9qz3qs4JL
Nagranie ukazuje zmienność temperatury wody w naczyniach wykonanych z różnego materiału.
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.
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?
Pytanie: Czy przekazywanie ciepła zachodzi w sposób nieograniczony?
Hipoteza: Przekazywanie ciepła nie 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 tradycyjnego termometru zmierz temperaturę wody w szklance. Powtórz pomiar co 5 minut przez pół godziny. Co zaobserwowałeś?
Obserwacje: Temperatura wody w szklance obniża się aż do momentu, w którym zrówna się z temperaturą powietrza.
Wniosek: Przekazywanie ciepła nie zachodzi w sposób nieograniczony.
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.
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.
W domach często stosuje się okna z podwójnymi szybami, pomiędzy którymi wolne przestrzenie wypełnione są specjalnym gazem. Najczęściej jest to argon, gaz szlachetny wypompowywany między tafle szyb zespolonych oddzielonych od siebie ramką dystansową, który w porównaniu z powietrzem poprawia izolacyjność przegrody szklanej o około 30 %. Jeszcze skuteczniejsze są ksenon i krypton. Wyjaśnij, dlaczego stosuje się tę metodę.
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.
Źródła ciepła i sposoby ogrzewania
Źródła dostarczające ciepło możemy podzielić na konwencjonalne, w których, aby wytworzyć ciepło spala się paliwa kopalne: węgiel kamienny, węgiel brunatny, gaz ziemny, ropę naftową oraz niekonwencjonalne źródła energii np. słońce, wiatr.
Podsumowanie
Ciepło przechodzi z materiału (przedmiotu) o wyższej temperaturze do materiału o niższej temperaturze.
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).
Praca domowa
Zapoznaj się z opisem doświadczenia i oblicz różnicę temperatur, a następnie wpisz wyniki do tabeli.
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.
Wykonaj obliczenia potrzebne do wypełnienia ostatniej kolumny tabeli.
Korzystając z wyników doświadczenia, wyjaśnij, jak najlepiej ocieplić dach budynku, aby zapobiec utracie ciepła.
Słownik
zdolność substancji do przewodzenia ciepła
substancja, która dobrze przewodzi ciepło
Zadania
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. | □ | □ |