Рівняння теплового балансу.

Мета.

Навчальна. Ознайомити учнів з рівнянням теплового балансу. Вчитися розв’язувати задачі на тепловий баланс.

Розвиваюча. Розвивати навички розв’язування задач на рівняння теплового балансу.

Виховна. Виховувати уважність, наполегливість у досягненні поставленої мети.

Тип уроку. Комбінований.

Дидактичні матеріали:

• Підручник. Фізика 8 клас, Бар'яхтар В. Г. Довгий С. О., видавництво "Ранок"  

План

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.
2. Рівняння теплового балансу.
3. Вчимося розв’язувати задачі.
4. Запитання до уроку.
5. Домашнє завдання.
6. Перевір себе.
7. Для допитливих.

Хід уроку

1. Організаційний момент. Актуалізація опорних знань.

Перевірка домашнього завдання.

2. Рівняння теплового балансу.

Рівняння теплового балансу. Уявіть систему тіл, яка не одержує і не віддає енергію (таку систему називають теплоізольованою), а зменшення або збільшення внутрішньої енергії тіл системи відбувається лише внаслідок теплопередачі між тілами цієї системи. У такому випадку на підставі закону збереження енергії для теплових процесів, у яких не виконується механічна робота, можна стверджувати: якщо в теплообміні беруть участь кілька тіл, то кількість теплоти, яку віддають більш нагріті тіла в теплоізольованій системі, повинна дорівнювати кількості теплоти, отриманої менш нагрітими тілами.

Якщо тіло нагрівається  в результаті теплообміну, вважають, що Q > 0; якщо тіло віддає тепло менш нагрітим тілам, то Q < 0.

У розгорнутому вигляді кожен член рівняння записується як добуток питомої теплоємності, маси і зміни температури для кожного з тіл системи:

 . 

Рівняння теплового балансу застосовують для розв'язання низки задач, із якими ми часто маємо справу на практиці.

Тепловий баланс Землі. Майже все тепло атмосфера, як і земна поверхня, одержує від Сонця. До інших джерел нагрівання належить тепло, що надходить з надр Землі, але воно становить лише долі відсотка від загальної кількості тепла.

Для живої природи Землі важливе значення має перерозподіл тепла між різними широтами, а також між океанами і материками. Завдяки цьому процесу відбувається дуже складний просторовий перерозподіл тепла на поверхні Землі відповідно до переважаючих напрямів руху повітряних і океанічних течій. Проте сумарне перенесення тепла спрямоване, як правило, з низьких широт у високі і з океанів на материки.

Розподіл тепла в атмосфері відбувається шляхом конвекції, теплопровідності і випромінювання. Теплова конвекція проявляється скрізь на планеті, бо вітри, висхідні і низхідні повітряні потоки мають повсюдне поширення. Особливо сильно конвекція виражена в тропіках.

Теплопровідність, тобто передача тепла при безпосередньому контакті атмосфери з теплою або холодною поверхнею землі, має порівняно невелике значення, бо повітря — поганий провідник тепла. Саме ця властивість знайшла широке використання при виготовленні віконних рам з подвійними склом.

Надходження і витрати тепла в нижній атмосфері на різних широтах неоднакові. Північніше 38° пн. ш. випромінюється тепла більше, ніж поглинається. Ця втрата компенсується теплими океанічними і повітряними течіями, спрямованими у помірні широти.

Процес надходження й витрачання сонячної енергії, нагрівання й охолодження всієї системи атмосфери Землі характеризується тепловим балансом. 

Якщо прийняти річне надходження сонячної енергії на верхню межу атмосфери за 100 %, то баланс сонячної енергії виглядатиме так: відбивається від Землі й повертається назад в космічний простір 42 % (ця величина характеризує альбедо Землі), причому 38 % відбивається атмосферою і 4 % — поверхнею Землі. Решта (58 %) поглинається: 14 % — атмосферою і 44 % — земною поверхнею. Нагріта поверхня Землі віддає назад всю поглинуту нею енергію. При цьому випромінювання енергії земною поверхнею становить 20 %, на нагрівання повітря й випаровування вологи витрачається 24 % (5,6 % — на нагрівання повітря і 18,4 % — на випаровування вологи).

3. Вчимося розв’язувати задачі.

Задача 08.1. Щоб охолодити розжарену до 100°С чавунну сковорідку масою 2 кг, у неї наливають 0,5 л води при температурі 12°С. До якої температури охолоне сковорідка?

4. Запитання до уроку.

Запитання 08.1. Яку систему називають теплоізольованою?

Запитання 08.2. Що таке тепловий баланс? Що показує рівняння теплового балансу?

Запитання 08.3. Сформулюйте закон збереження енергії, на підставі якого складають рівняння теплового балансу.

Запитання 08.4. В однакові посудини з однаковими кількостями води кімнатної температури кладуть кульки однакової маси із заліза та свинцю, які попередньо тривалий час тримали в окропі. У посудині з якою кулькою кінцева температура буде більш високою?

5. Домашнє завдання.

Підручник: § 9 (ст. 37-39).

Задача 08.2. У воду масою 400 г, узято за температури 20°С , додали 100 г гарячої води, що має температуру 70°С. Якою буде кінцева температура води? Вважайте, що теплообмін з довкіллям не відбувається.

Експериментальна робота. Дослідження процесу охолодження води.

Усне опитування по запитаннях до уроку.

6. Перевір себе.

7. Для допитливих.