Опыт с теплоприёмником

Тепло-приемник соединенный с манометром, устанавливаем напротив разогретой электрической плитке.
Когда к плитки повернута черная сторона тепло-приемника, разность уровней жидкости в коленах манометра больше.
Черная поверхность сосуда поглощает больше энергии, чем белая.

Излучение тел белого и чёрного цвета

Проделаем опыт. Возьмем тепло-приемник, металлическую коробочку, одна сторона которой блестящая, а другая покрыта черной матовой краской.
Внутри коробочки находится воздух.
Соединим тепло-приемник с манометром.
Нальем сосут у которого одна поверхность белая, а другая черная, кипяток.
Повернем сосуд к черной стороне тепло-приемника сначала белой стороной, а затем черный.
Уровень жидкости в колене манометра соединенным с тепло приемником понизится.
При этом он сильнее понизится когда сосуд обращен к тепло-приемнику черной стороной.
Понижение уровня жидкости в манометре, происходит из-за нагревания и расширения воздуха в тепло-приемники. Следовательно воздух получая от сосуда с горячей водой энергию, нагревается.
Поскольку воздух обладает плохой теплопроводностью, то за счет этого вида теплопередачи воздух в тепла-приемники нагреваться не может.
Не нагревается он и за счет конвекции, так как сосуд и тепло-приемник располагаются на одном уровне.
Следовательно остается признать, что сосуд с горячей водой
излучает энергию.
Опыт также показывает, что черная поверхность сосуда излучает больше энергии чем белые.
Об этом свидетельствует разный уровень жидкости в колене манометра, соединенным с тепло-приемником.

Влияние конвекции на образование ветров

Основную роль в образовании в атмосфере потоков воздуха ветров играет конвекция.
На берегу водоемов в жаркий летний день вода нагревается солнцем не длиннее чем суша.
Соответственно воздух над сушей нагревается сильнее чем над водой.
Его плотность уменьшается,уменьшается и давление.
Над сушей она меньше чем над водой, поэтому холодный воздух перемещается с водоема на сушу, то есть дует ветер.
Ночью наоборот, суша охлаждается быстрее чем вода, и над сушей воздух холоднее чем над водоемом.
Ветер дует от суше к водоем.
Эти ветры называют соответственно, дневными и ночными бризами.

Теплопередача в газах

Сделаем из бумаги вертушку и поместим ее над электрической лампочкой включенной в сеть.
Мы увидим что вертушка начнет вращаться.
Это происходит потому, что нагретый от лампочки менее плотные слои воздуха, под действием архимедовой силы поднимаются вверх, а более холодные опускаются вниз и занимают их место.

Конвекция

Нальем в колбу воду и аккуратно опустим на дно несколько кристалликов марганцовокислого калия.
Будем нагревать колбу снизу так, чтобы пламя касалось ее в том месте, где лежат кристаллики.
Мы увидим, что со дна колбы будут подниматься окрашенной струйки воды.
Достигнув верхних слоев воды, эти струйки начнут опускаться.
Это явление можно объяснить следующим образом:
Нижний слой воды, нагревается от пламени спиртовки. Нагреваясь, вода расширяется. Ее объем увеличивается, а плотность соответственно уменьшается.
На этот слой воды действует архимедова сила, которая выталкивает нагретый слой жидкости вверх.
Его место занимает опустившийся вниз холодной слой воды, который в свою очередь, нагреваясь, перемещается вверх и так далее.
Следовательно, энергии в данном случае переносятся поднимающимися потоками жидкости.

Теплопроводность различных веществ

Разные вещества обладают разной
теплопроводностью. Выясним, хороший ли
теплопроводностью обладают жидкости.
Заполним пробирку водой и на дно ее
положим кусочек льда.
Чтобы лед не всплывал, прикрепим к нему
какой либо металлический предмет.
Будем нагревать верхнюю ее часть в
пламени спиртовки. Через некоторое время
вода в верхней части пробирки закипит,
а лед при этом не растает. Следовательно
вода также как и все жидкости,
обладает плохой теплопроводностью.
Выясним какой теплопроводностью обладают
газы.
Возьмем сухую пробирку в которой нет
ничего кроме воздуха и расположим ее над
пламенем спиртовки. Палец помещенный в
пробирку не почувствовать тепло.
Следовательно воздух и другие газы
обладают плохой теплопроводностью.
Наибольшее теплопроводностью обладают
металлы.
Наименьший - сильно разреженные газы..
Молекулы газов находятся друг от друга
на расстояниях больших чем молекулы
твердых тел и значительно реже
сталкиваются.

Понятие теплопроводности

Рассмотрим вид теплопередачи - теплопроводность.
Проделаем следующий опыт.
К металлическому стержню с помощью воска прикрепим несколько кнопок.
Один конец стержня закрепим в штативе, а другой будем нагревать в пламени спиртовки.
Через некоторое время мы увидим, что кнопки начнут отпадать от стержня.
Сначала та кнопка, которая ближе к пламени, затем следующее и так далее.
Поскольку кнопки отпадают не одновременно, то можно сделать вывод, что температура стержня повышалась постепенно.
Следовательно, постепенно увеличивалось и внутренняя энергия стержня, которая передавалась от одного конца к другому.

Изменение внутренней энергии путём теплопередачи

Внутренняя энергия системы уменьшается, когда она сама совершает работу.
Проверим это на опыте.
Для этого возьмем толстостенный сосуд, который можно соединить с насосом.
На дно сосуда нальем немного воды.
Закроем сосуд пробкой и накачаем в него воздух.
При некотором давлении, пробка из сосуда вылетит.
В сосуде образовался туман.
Пробка вылетела из сосуда, под действием избыточного давления воздуха в нем.
При этом воздух совершил механическую работу за счет своей внутренней энергией.
Об уменьшении внутренней энергии свидетельствуют понижение температуры воздуха в сосуде, и как следствие этого, образования тумана.
Опустим металлическую ложку в горячий чай.
Через некоторое время ложка тоже станет горячей.
В этом случае работа не совершается, однако внутренняя энергия ложки увеличивается, о чем свидетельствует повышение ее температуры.
Поскольку в начале температура воды выше, чем температура ложки, то и средняя скорость молекул воды больше.
А это означает, что молекулы воды обладают большей кинетической энергией, чем частицы металла из которого сделана ложка.
При столкновениях с частицами металла молекулы воды передают им часть своей энергии и кинетическая энергия частиц металла увеличивается.
Таким образом, внутренняя энергия тел изменяется путем теплопередачи.

Изменение внутренней энергии тела при совершении над ним работы
Если по куску свинца, несколько раз ударить молотком, то даже на ощупь можно определить, что кусок свинца нагреется.
Следовательно, его внутренняя энергия также, как и внутренняя энергия молотка, увеличилась. Это произошло потому, что была совершена работа над куском свинца.
Таким образом, внутренняя энергия тела изменяется при совершении работы.

Внутренняя энергия системы уменьшается, когда она сама совершает работу.
Проверим это на опыте. Для этого возьмем толстостенный сосуд, который можно соединить с насосом.
На дно сосуда нальем немного воды.
Закроем сосуд пробкой и накачаем в него воздух.
При некотором давлении, пробка из сосуда вылетит.
В сосуде образовался туман.
Пробка вылетела из сосуда, под действием избыточного давления воздуха в нем.
При этом воздух совершил механическую работу за счет своей внутренней энергией.
Об уменьшении внутренней энергии свидетельствуют понижение температуры воздуха в сосуде и, как следствие этого, образования тумана.

Шкала Фаренгейта

До сих пор применяют термометры со шкалой Фаренгейта. В этой шкале за ноль градусов принято температура самой холодной зимы в Голландии в 1709 году.
Такую температуру имела составленная Фаренгейтом смесь льда с нашатырем или поваренной солью.
Вторую точку он получил погружая термометр в смесь льда и воды. Расстояние между этими точками он разделил на 32 части.
Таким образом по шкале Фаренгейта вода замерзает при тридцати двух градусах.
Свою шкалу Фаренгейт проверял измеряя температуру человеческого тела.
Новую точку соответствующую нормальной температуре тела, он обозначил 98 градусами.
Позже он ввел четвертую точку, температуру кипения воды, которая равна 212 градусов по шкале Фаренгейта.

Шкала Цельсия
Существуют разные температурные шкалы.
Одной из наиболее распространенных и хорошо известных является шкала Цельсия.
Основными точками этой шкалы служат температура таяния льда и температура кипения воды.
Первой точки приписали значения 0', а второй значения 100'.
Расстояния между этими точками разделили на 100 равных частей и получили шкалу Цельсия.
За единицу температуры по этой шкале принят 1'C.

Температура

Опустим в стакан с горячим чаем металлическую ложку. Мы увидим, что ложка будет нагреваться, а чай остывать. Это будет происходить до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие. То есть состояние при котором температура ложки чая, станет одинаковой.

Рентгеновские и ультрафиолетовые телескопы

Изучение ресурсов Земли. Охрана природы

Метеорологические спутники

Спутниковая связь

Радиотелескопы

Рефлекторы

Рефракторы