Зелений світ: Підсумкові проекти студентів

У мене був справді чудовий учитель природничих наук у класі 9 класу “Інтегрована наука”. Її звуть Кеті, і те, що найбільше мене зачепило у її класі (крім пісні про фотосинтез), - це наш прилад, що займається теплом.

Передача тепла вражаюче проста; є кілька рівнянь і констант, які регулюють обмін усією тепловою енергією. Неймовірно корисно добре розуміти передачу тепла у своєму повсякденному житті. Ось декілька ключових термінів:

Скажімо, ви хочете знати, скільки енергії потрібно для того, щоб ваша морозильна камера зробила кубик льоду. Q, кількість енергії - наше невідоме. Припустимо, маса нашої води становить 100 мл, а її поточна температура становить 23 ° C (ми хочемо знизити її до 0). Оскільки питома теплоємність води становить 1 калорію на грам, це робить математику дуже простою. Q = (100гр) X (1кал/гр) (23 °) = 230кал.

Я помітив, що багатьом людям важко зрозуміти той факт, що рідка вода ніколи не може (за звичайних атмосферних умов) нагріватися, ніж її температура кипіння 100 ° C. Припустимо, у вас на плиті кипить казан з водою при 100 ° C. Якщо нагрівати до кінця, вода не стане гарячішою, вона швидше випарується.

Приклад із реального життя: Деякі мої друзі живуть у квартирі зі старомодними радіаторами для опалення. Вони були стурбовані тим, що папір або інші легкозаймисті предмети, розміщені поблизу радіатора, можуть згоріти через його тепло - це здається розумним заходом пожежної безпеки. Але оскільки в радіаторах для розподілу тепла використовується нагріта вода та/або пара, він ніколи не може нагрітися настільки, щоб спричинити пожежу. Не соромтеся зберігати свої книги на радіаторі, але не намагайтеся це робити з будь-яким іншим видом опалювального пристрою! З іншого боку, радіатори не використовують випромінювання для передачі тепла. Натомість тепло передається від гарячої води до металевих труб за допомогою провідності, яка в свою чергу нагріває повітря за допомогою конвекції.

Уявіть, у вас є ємність, повна гарячої пари, і термометр. Ви ставите контейнер у морозильну камеру і перевіряєте температуру щохвилини або близько того. Якби ви побудували графік часу та температури, ви отримали б приблизно таке:

Коли лінія рівна, система зазнає фазової зміни. Поки відбувається зміна фази, температура не змінюється, оскільки вся енергія використовується для зміни фази. Після завершення зміни фази температура буде продовжувати змінюватися до досягнення наступної фази. Система досягає рівноваги, коли речовина всередині контейнера має таку саму температуру, що і середовище поза контейнером.

Ви коли-небудь задавались питанням, як вчені вимірюють кількість калорій у вашій їжі? Пам'ятайте, що процес, за допомогою якого ваше тіло перетворює їжу в енергію, не настільки відрізняється від того, як вогонь перетворює паливо на тепло. Вчені поміщають зразок їжі, наприклад 100 грамів вершкового масла, в машину, яка називається бомбовим калориметром. В ідеальних умовах з високим вмістом кисню зразок швидко спалюється. Він нагріває відому масу води, і вимірюється зміна температури. Просто вирішіть питання Q, і ви отримали свої факти харчування! Звичайно, коли ви дізнаєтеся, яка теплова енергія міститься у відомих масах таких загальних інгредієнтів, як олія або борошно, ви можете просто скласти їх, щоб дізнатися, скільки калорій міститься у вашому чіпсі. Можливо, простіше, ніж підпалити.

Я думаю, розуміння основних фізичних законів, що регулюють енергетичний обмін, є важливим у повсякденному житті. Якщо ви розумієте тепловіддачу та фазові зміни, ви можете краще зрозуміти енергоспоживання таких завдань, як приготування їжі або приготування кави. Пам’ятайте, що калорії або джоулі (одиниці енергії) можна перетворити у вати на секунду/хвилину/годину (одиниці роботи). Я думаю, що це стане все більш важливим, оскільки танення льоду (фазова зміна, якщо вона коли-небудь була) продовжує впливати на придатність для життя нашої планети. Виділіть трохи часу, щоб підвести підсумки своєї науки в 9 класі!

Якщо цієї стінки тексту було занадто багато для вас, ось кілька відео, які допоможуть вам зрозуміти.

Неповторний Білл Най (серія 30 хвилин):

Урок хімії: Теплота і питома теплоємність (не зовсім весела, але проста та інформативна). 12-хвилинна презентація.

Doc Physics - Прихована теплота плавлення і випаровування (9 хв)