Урок физики в 8-м классе «Виды теплопередачи»

Внимание! Предварительный просмотр слайдов используется исключительно в ознакомительных целях и может не давать представления о всех возможностях презентации. Если вас заинтересовала данная работа, пожалуйста, загрузите полную версию.

Цели урока:

• Познакомить учащихся с видами теплопередачи.
• Формировать умение объяснять теплопроводность тел с точки зрения строения вещества; уметь анализировать видеоинформацию; объяснять наблюдаемые явления.

Тип урока: комбинированный урок.

Демонстрации:

1. Перемещение тепла по металлическому стержню.
2. Видео демонстрация эксперимента по сравнению теплопроводности серебра, меди и железа.
3. Вращение бумажной вертушки над включенной лампой или плиткой.
4. Видео демонстрация возникновения конвекционных потоков при нагревании воды с марганцовкой.

5. Видео демонстрация по излучению тел с темной и светлой поверхностью.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Сообщение темы и целей урока

На предыдущем уроке вы узнали, что внутреннюю энергию можно изменить путем совершения работы или теплопередачей. Сегодня на уроке мы рассмотрим, как происходит   изменение внутренней энергии теплопередачей.
Попробуйте объяснить значение слова «теплопередача» (слово «теплопередача» подразумевает передачу тепловой энергии). Существует три способа передачи теплоты, но называть их я не буду, вы сами их назовете, когда решите ребусы.

Ответы: теплопроводность, конвекция, излучение.
Познакомимся с каждым видом теплопередачи отдельно, и пусть девизом нашего урока станут слова М.Фарадея: «Наблюдать, изучать, работать».

III. Изучение нового материала

1. Теплопроводность

Ответьте на вопросы: (слайд 3)

1. Что произойдет, если в горячий чай опустим холодную ложку? (Через некоторое время она нагреется).
2. Почему холодная ложка нагрелась? (Чай отдал часть своего тепла ложке, а часть окружающему воздуху).
Вывод: Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому (от горячей воды к холодной ложке). Но энергия передавалась и по самой ложке – от ее нагретого конца к холодному.

3. В результате чего происходит перенос тепла от нагретого конца ложки к холодному? (В результате движения и взаимодействия частиц)

Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности.

Теплопроводность – перенос энергии от более нагретых участков тела к менее нагретым, в результате теплового движения и взаимодействия частиц.

Проведем опыт:

Закрепим  конец медной проволоки в лапке штатива. Воском к проволоке прикреплены гвоздики. Будем нагревать  свободный конец проволоки свечей или на пламени спиртовки.

Вопросы: (слайд 4)

1. Что наблюдаем? (Гвоздики  начинают постепенно один за другим отпадать, сначала те, которые ближе  к пламени).
2. Как происходит передача тепла? (От горячего конца проволоки к холодному).
3. Как долго будет происходить передача тепла по проволоке? (Пока проволока вся не нагреется, т. е пока температура во всей проволоке не выровняется)
4. Что можно сказать про скорость движения  молекул на участке, расположенном ближе к пламени?

(Скорость движения молекул увеличивается)
5. Почему  нагревается следующий участок проволоки? (В результате взаимодействия молекул скорость движения молекул на следующем участке также увеличивается и температура данной части возрастает)
6. Влияет ли расстояние между молекулами на скорость передачи тепла? (Чем меньше расстояние между молекулами, тем с большей скоростью идет перенос тепла)
7. Вспомните расположение молекул в твердых телах, жидкостях и газах. В каких телах процесс переноса энергии будет происходить быстрее? (Быстрее в металлах, затем в жидкостях и газах).

Посмотрите демонстрацию эксперимента и подготовьтесь ответить на мои вопросы.

Вопросы: (слайд 5)

1. По какой пластине теплота распространяется быстрее, а по какой медленнее?
2. Сделайте вывод о теплопроводности данных металлов. (Лучшая теплопроводность у серебра и меди, несколько хуже у железа)

Обратите внимание, что при передаче тепла в данном случае переноса тела не происходит.

(Слайд 6)

Плохой теплопроводностью обладают шерсть, волосы, перья птиц, бумага, пробка и другие пористые тела. Это связано с тем, что между волокнами этих веществ содержится воздух. Самой низкой теплопроводностью обладает вакуум (освобожденное от воздуха пространство).

Запишем основные особенности теплопроводности: (слайд 7)

• в твердых телах, жидкостях и газах;
• само вещество не переносится;
• приводит к выравниванию температуры тела;
• разные тела – разная теплопроводность

Примеры теплопроводности: (слайд 8)

1. Снег — пористое, рыхлое вещество, в нем содержится воздух. Поэтому снег обладает плохой теплопроводностью и хорошо защищает землю, озимые посевы, плодовые деревья от вымерзания.
2. Кухонные прихватки сшиты из материала, который обладает плохой теплопроводностью. Ручки чайников, кастрюль делают из  материалов обладающих плохой теплопроводностью. Все это защищает руки от ожогов, при прикосновении к горячим предметам.

3. Вещества с хорошей  теплопроводностью (металлы) используют для быстрого нагревания тел или деталей.

2. Конвекция

Отгадайте загадки:

1) Загляните под окошко –
Там растянута гармошка,
Но гармошке не играет –
Нам квартиру согревает… (батарея)

2) Наша толстая Федора
наедается не скоро.
А зато когда сыта,
От Федоры – теплота… (печь)

Батареи, печи, радиаторы отопления используются человеком для обогрева жилых помещений, а точнее нагревания воздуха в них. Происходит это благодаря конвекции – следующему виду теплопередачи.

Конвекция – это перенос энергии струями жидкости или газа.  (Слайд 9)
Попробуем объяснить, как  происходит конвекция в жилых помещениях.
Воздух, соприкасаясь с батареей, от нее нагревается, при этом он расширяется, его плотность становится меньше плотности холодного воздуха. Теплый воздух, как более легкий, поднимается вверх под действием силы Архимеда, а тяжелый холодный воздух опускается вниз.
Затем снова:  более холодный воздух доходит до батареи, нагревается, расширяется, становится легче и под действием Архимедовой силы поднимается вверх и т.д.

Благодаря такому движению  воздух в комнате прогревается.

Бумажная вертушка, помещенная над включенной лампой, начинает вращаться. (Слайд 10)
Попробуйте объяснить, как это происходит?  (Холодный воздух при нагревании у лампы становится теплым и поднимается вверх, при этом вертушка вращается).

Точно также происходит нагревание жидкости. Посмотрите эксперимент по наблюдению конвекционных потоков при нагревании воды (с помощью марганцовки). (Слайд 11)

Обратите внимание, что в отличие от теплопроводности, при конвекции происходит перенос вещества и в твердых телах конвекция не происходит.

Различают два вида конвекции: естественную и вынужденную.
Нагревание жидкости в кастрюле или воздуха в комнате – это примеры естественной конвекции. Для ее возникновения вещества нужно нагревать снизу или охлаждать сверху. Почему именно так? Если нагревать будем сверху, то куда будут перемещаться нагретые слои воды, а куда холодные? (Ответ: никуда, так как нагретые слои и так уже наверху, а холодные слои так и останутся внизу)
Вынужденная  конвекция наблюдается, если жидкость перемешивать ложкой, насосом или вентилятором.

Особенности конвекции: (слайд 12)

• возникает в  жидкостях и газах, невозможна в твердых телах и вакууме;
• само вещество  переносится;
• нагревать вещества нужно снизу.

Примеры конвекции: (слайд 13)

1) холодные и теплые морские и океанические течения,
2) в атмосфере, вертикальные перемещения воздуха приводят к образованию облаков;
3) охлаждение или нагревание жидкостей и газов в различных технических устройствах, например в холодильниках и др., обеспечивается  водяное  охлаждение  двигателей 
внутреннего  сгорания.

3. Излучение

(Слайд 14)

Всем известно, что Солнце основной источник тепла на Земле. Земля находится от него на расстоянии 150 млн. км. Как передается тепло от Солнца на Землю?
Между Землей и Солнцем за пределами нашей атмосферы все пространство – вакуум. А нам известно, что в вакууме теплопроводность и конвекция происходить не могут.
Каким способом происходит передача тепла? Здесь осуществляется еще один вид теплопередачи – излучение.

Излучение – это теплообмен, при котором энергия переносится   электромагнитными лучами.

Отличается от теплопроводности и конвекции тем, что теплота в этом случае может передаваться через вакуум.

Посмотрите видеофрагмент об излучении (слайд 15).

Излучают энергию все тела: тело человека, печь, электрическая лампа.
Чем выше температура тела, тем сильнее его тепловое излучение.

Тела не только излучают энергию, но и поглощают ее.
(слайд 16) Причем темные поверхности лучше поглощают и излучают энергию, чем тела, имеющие светлую поверхность.

Особенности излучения (слайд 17):

• происходит в любом веществе;
• чем выше температура тела, тем интенсивнее  излучение;
• происходит в вакууме;
• темные тела лучше поглощают излучение, чем светлые и лучше излучают.

Примеры использования излучения тел (слайд 18):

 поверхности  ракет, дирижаблей, воздушных шаров, спутников, самолётов, окрашивают серебристой краской, чтобы они не нагревались Солнцем. Если наоборот надо использовать солнечную энергию, то части приборов окрашивают в темный цвет.
Люди зимой носят темные одежды (черного, синего, коричного цвета) в них теплее, а летом светлые (бежевые, белые цвета). Грязный снег в солнечную погоду тает быстрее, чем чистый, потому что тела с темной поверхностью лучше поглощают солнечное излучение и быстрее нагреваются.

IV. Закрепление полученных знаний на примерах задач

Игра «Попробуй, объясни», (слайды 19-25).

Перед вами игровое поле с шестью заданиями, вы можете выбрать любое. После выполнения всех заданий вам откроется  мудрое высказывание и тот, кто его очень часто произносит с экранов телевизоров.

1. В каком доме теплее зимой, если толщина стен одинакова? Теплее в деревянном доме, так как дерево содержит 70% воздуха, а кирпич 20%. Воздух — плохой проводник тепла. В последнее время в строительстве применяют «пористые» кирпичи для уменьшения теплопроводности.

2. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику? Мальчику, сидящему у печки, энергия в основном передается теплопроводностью.

3. Каким способом происходит передача энергии от источника тепла к мальчику?
Мальчику,  лежащему  на песке, энергия от солнца передается   излучением,   а   от   песка теплопроводностью.

4. В каком из этих вагонов перевозят скоропортящиеся продукты? Почему? Скоропортящиеся продукты перевозят в вагонах, окрашенных в белый цвет, так как такой вагон в меньшей степе­ни нагревается солнечными лучами.

5. Почему  водоплавающие птицы и другие животные  не замерзают зимой?
Мех, шерсть, пух обладают плохой теплопроводностью (наличие между волокнами воздуха), что позволяет телу животного сохранять вырабатываемую организмом энергию и  защищаться от охлаждения.

6. Почему оконные рамы делают двойными? 
Между рамами содержится  воздух, который обладает плохой теплопроводностью и  защищает от потерь тепла.

«Мир интересней, чем нам кажется», Александр Пушной, программа «Галилео».

V. Итог урока

– С какими видами теплопередачи мы познакомились?
– Определите, какой из видов теплопередачи играет основную роль в следу

Тема №11781 Вступительный тест по физике 8 класс 2 варианта 20 заданий с отве

Тема №11781

На этой странице вы рассмотрите Вступительный тест по физике 8 класс 2 варианта 20 заданий с ответами из предмета Физика, в предложенной теме также освящены и другие вопросы по Физика. Если у вас появились новые вопросы, спрашивайте в комментариях.

Вариант I

1. Конвекцией называют вид теплопередачи, при ко­тором энергия…

А. Передается от нагретого тела с помощью лучей.

Б. От нагретого конца тела передается к холодному, но само вещество при этом не перемещается.

В. Перено­сится самими частицами вещества.

2. Каков способ теплопередачи от костра?

А. Излучение.

Б. Теплопроводность.

В. Конвекция.

3. Ложка, опущенная в стакан с горячей водой, на­гревается. Каким способом происходит теплопере­дача?

А. Излучение.

Б. Теплопроводность.

В. Конвекция.

4. Каким способом происходит теплопередача при на­гревании шин автомобиля при торможении?

А. Конвекцией. Б. Теплопроводностью.

В. Излучением. Г. Работой.

5. Какое вещество обладает наибольшей теплопроводностью?

А. Шерсть. Б. Железо. В. Бумага.

6. Теплопроводностью называют вид теплопередачи, при котором энергия…

А. Переносится самими частицами вещества.

Б. Пере­дается от нагретого конца тела холодному, но само веще­ство при этом не перемещается.

В. Передается с по­мощью лучей.

7. На чем основано ощущение тепла, если рука находится над горячей плитой?

А. Конвекции. Б. Излучении. В. Теплопроводности.

8. Каков способ теплопередачи энергии стенкам ста­кана, в который налит горячий чай?

А. Излучение. Б. Теплопроводность. В. Конвекция.

9. Каким способом осуществляется передача энергии бегущему человеку?

А. Теплопроводностью. Б. Конвекцией. В. Работой. Г. Излучением.

10. Какое вещество обладает наименьшей теплопроводностью?

А. Серебро. Б. Воздух. В. Алюминий.

 

 

 

Вариант 2

1. Вид теплопередачи, при котором энергия от нагре­того тела передается холодному с помощью лучей, называется…

А. Излучением. Б. Конвекцией. В. Теплопроводностью.

2. Каков способ теплопередачи водяного отопления?

А. Излучение. Б. Теплопроводность. В. Конвекция.

3. Благодаря какому способу теплопередачи Солнце нагревает Землю?

А. Теплопроводность. Б. Конвекция. В. Излучение.

4. Каков способ передачи энергии от горячего утюга ткани?

А. Работа. Б. Теплопроводность. В. Конвекция. Г. Излучение.

5. Изменится ли температура тела, если оно поглоща­ет энергии больше, чем испускает?

А. Тело нагреется. Б. Температура тела не изменится. В. Тело охладится.

6. Вид теплопередачи, при котором энергия перено­сится самими частицами вещества, называется…

А. Конвекцией. Б. Излучением. В. Теплопроводностью.

7. Какой способ теплопередачи используется при поджаривании яичницы?

А. Излучение. Б. Теплопроводность. В. Конвекция.

8. Какой способ теплопередачи участвует в нагревании воды солнечными лучами в открытых водоемах?

А. Теплопроводность. Б. Конвекция. В. Излучение.

9. Каким способом передается энергия в воде при на­гревании в чайнике?

А. Теплопередачей. Б. Излучением. В. Работой. Г. Конвекцией.

10. Изменится ли температура тела, если оно испускает энергии больше, чем поглощает?

А. Тело нагреется. Б. Температура тела не изменится. В. Тело охладится.

 

Ответы

Вариант1 вариант2

1	в	1	а
2	в	2	в
3	б	3	в
4	г	4	б
5	б	5	а
6	б	6	а
7	а	7	б
8	б	8	в
9	в	9	а
10	б	10	в

Тест по физике (8 класс) на тему: Тесты 8 класс

1. Тепловые явления

1.01. В какую энергию превращается механическая энергия свинцового шара при ударе о свинцовую плиту?

А) энергия становится равной 0;        Б) механическая энергия превращается во внутреннюю;

В) увеличивается механическая энергия.

1.02. Какие из перечисленных веществ обладают наименьшей теплопроводностью?

А) твёрдые;        Б) жидкие;        В) газообразные;        Г) твёрдые и жидкие.

1.03. Холодную металлическую ложечку опустили в стакан с горячей водой. Изменилась ли внутренняя энергия ложечки, если да, то каким способом?

А) увеличилась путем совершения работы;        Б) уменьшилась благодаря совершению работы;

В) увеличилась вследствие теплопередачи;        Г) не изменилась.

1.04. В каких из перечисленных веществ может происходить конвекция?

А) в твердых;                Б) в жидких;                В) в газообразных;        Г) в газообразных и жидких.

1.05. В каком из перечисленных веществ теплопередача происходит главным образом путем теплопроводности?

А) воздух;        Б) кирпич;        В) вода.

1.06. Каким способом можно изменить внутреннюю энергию тела?

А) только совершением работы;Б) только теплопередачей;  В) совершением работы и теплопередачи.

1.07. Каким способом осуществляется передача энергии от Солнца к Земле?
А) теплопроводностью;        Б) излучением;        В) конвекцией;        Г) работой.

1.08. Какой вид теплопередачи не сопровождается переносом вещества?

А) только конвекция;        Б) только теплопроводность;        В) только излучение и конвекция.

1.09. Какое из перечисленных веществ обладает хорошей теплопроводностью?
А) стекло;        Б) сталь;        В) воздух;        Г) вода.

1.10. В каком случае внутренняя энергия воды изменится?

А) воду несут в ведре;        Б) переливают воду из ведра в чайник; В) нагревают воду до кипения.

1.11. Что называется тепловым движением?

А) упорядоченное движение большого числа молекул;

Б) непрерывное беспорядочное движение большого числа молекул;

В) прямолинейное движение отдельной молекулы.

1.12. Какое из приведенных ниже вариантов является определением внутренней энергии?

А) энергия, которой обладает тело вследствие своего движения;

Б) энергия, которая определяется положением взаимодействующего тел или частей одного и
того же тела;

В) энергия движения и взаимодействия частиц, из которых состоит тело.

1.13. От каких физических величин зависит внутренняя энергия тела?

А) от массы и скорости тела;        Б) от высоты над землёй и скорости;

В) от температуры и массы тела.

1.14. Зажатую плоскогубцами медную проволоку сгибают и разгибают несколько раз. Изменится ли при этом внутренняя энергия, если да, то каким способом?
А) да теплопередачей;        Б) да, совершением работы;

В) да, теплопередачей и совершением работы;        Г) не изменится.

1.15. Какое физическое явление использовано для устройства и работы ртутного термометра?
А) плавление твердого тела при нагревании;        Б) конвекция в жидкости при нагреве;

В) расширение жидкости при нагревании;        Г) испарение жидкости.

1.16. При погружении части металлической ложки в стакан с горячим чаем не погруженная часть ложки стала горячей. Каким способом осуществилась передача энергии в этом случае?
А) теплопроводностью;        Б) излучением;        В) конвекцией;        Г) работой.

1.17. Как нагревается воздух в комнате от теплого радиатора центрального отопления?

А) излучением;        Б) за счёт явления теплопроводности;        В) путем конвекции.

1.18. Как нагревается чайник с водой на горячей плите?

А) нагревание происходит способом излучения;

Б) нагревание осуществляется только за счет явления теплопроводности;

В) нагревание происходит только за счет конвекции.

1.19. Благодаря каким способам теплопередачи можно греться у костра?

А) теплопроводности;        Б) конвекции и излучения;        В) излучению и теплопроводности.

1.20. В каком состоянии вещества конвекция протекает быстрее (при одинаковых условиях)?
А) в жидком;                Б) в твердом;                В) в газообразном.

1.21. Какое движение молекул и атомов в твердом состоянии называется тепловым?

А) беспорядочное движение частиц во всевозможных направлениях с различными скоростями;

Б) беспорядочное движение частиц во всевозможных направлениях с одинаковыми скоростями при одинаковой температуре;

В) упорядоченное движение частиц со скоростью, пропорциональной температуре;

Г) колебательное движение частиц в различных направлениях около определенных положений равновесия.

1.22. Выполнен опыт с двумя стаканами горячей воды. Первый охладили, другой подняли вверх. Изменилась ли внутренняя энергия воды в первом и во втором стакане?

А) уменьшилась в первом и не изменилась во втором;

Б) не изменилась в первом, уменьшилась во втором;

В) не изменилась ни в первом ни во втором;

Г) в первом уменьшилась, во втором увеличилась.

1.23. Какая температура принята за 100°С?

А) температура льда;        Б) температура человека;        В) температура кипящей воды;

Г) температура кипящей воды при нормальном атмосферном давлении.

1.24. В каком из перечисленных случаев энергия от одного тела к другому передается излучением?

А) при поджаривании яичницы на горячей сковородке;

Б) при нагревании воздуха в комнате радиатором центрального отопления;

В) при нагревании шин автомобиля в результате торможения;

Г) при нагревании земной поверхности Солнцем.

1.25. Выполнили опыт с двумя металлическими пластинами. Первая пластина быта несколько раз прогнута и в результате этого нагрелась. Вторая пластина была поднята вверх над горизонтальной поверхностью. Работа в первом и во втором случаях была совершена одинаковая. Изменилась ли внутренняя энергия пластин?
А) не изменилась у первой, увеличилась у второй;        Б) увеличилась у обеих пластин;

В) увеличилась у первой, не изменилась у второй;        Г) не изменилась у обоих пластин.

1.26. В каком, из перечисленных случаев энергия телу передается в основном теплопроводностью?

А) от нагретой Земли верхним слоем атмосферы;        Б) человеку, греющемуся у костра;

В) от горячего утюга к разглаживаемому белью;        Г) человеку, согревающемуся бегом.

1.27. Одни утюг нагрет до 200°С, другой до температуры 400°С. Излучение какого из них

больше?

А) одинаково;        Б) у первого больше, чем у второго;        В) у второго больше, чем у первого.

1.28. Одна колба покрыта копотью, другая побелена известью. Обе наполнены холодной водой одинаковой температуры. В какой колбе быстрее нагреется вода, если колбы находятся на солнце?

А) в забеленной колбе; Б) в закопченной колбе; В) в обеих температура повысится одинаково.

1.29. Изменится ли температура тела, если оно больше поглощает энергию излучения, чем

испускает?

А) да, тело нагревается;        Б) да, тело охлаждается;        В) не изменится.

1.30. Почему в металлических печных трубах тяга меньше, чем в кирпичных?

А) металл обладает хорошей теплопроводностью, за счет этого газ охлаждается, его плотность становится больше, а разница в давлении в трубе и вне её уменьшается, что и вызывает ухудшение тяги в трубе;

Б) металл обладает плохой теплопроводностью, поэтому разность давлений в трубе и вне ее
не изменяется, газ не поднимается вверх;

В) тяга одинакова.

Ключи правильных ответов к тесту 1. Тепловые явления

Уровни заданий	Номера заданий и правильные ответы
	1. Тепловые явления
1 уровень (1 балл)	1.01	1.02	1.03	1.04	1.05	1.06	1.07	1.08	1.09	1.10
	Б	В	В	Г	Б	В	Б	Б	Б	В
2 уровень (2 балла)	1.11	1.12	1.13	1.14	1.15	1.16	1.17	1.18	1.19	1.20
	Б	В	В	Б	В	А	В	Б	Б	В
3 уровень (3 балла)	1.21	1.22	1.23	1.24	1.25	1.26	1.27	1.28	1.29	1.30
	Г	А	Г	Г	В	В	В	Б	А	А

Виды энергии и способы передачи энергии — Мегаобучалка

Предмет и метод термодинамики

Термодинамика изучает закономерности превращения энергии в различных процессах и связанное с этим изменение состояния физических тел. Термодинамику разделяют на три части: общую термодинамику, химическую термодинамику и техническую термодинамику.

В технической термодинамике в основном рассматриваются явления, сопровождающие обмен энергией в тепловой и механической формах. Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми и механическими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных машинах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.

Термодинамика опирается на специфический метод описания изучаемых явлений, особенности которого заключаются в следующем.

Термодинамический метод построен на нескольких объективных законах природы, полученных в результате обобщения большого количества опытных данных, которые также получили название начал термодинамики.

Первый закон термодинамики вытекает из всеобщего закона сохранения и превращения энергии, выраженного в специальных термодинамических понятиях, и позволяет составлять баланс энергии в термодинамических процессах.

Второй закон термодинамики устанавливает условия для взаимного превращения работы и теплоты, а также указывает определенную направленность изменений, возникающих во всех реальных процессах обмена энергией.

Третий закон термодинамики объясняет поведение веществ при температуре, стремящейся к абсолютному нулю.

В отличие от многих областей физики термодинамика не оперирует какими-либо моделями строения вещества и вообще не связана с представлением о микроструктуре вещества. Для описания процессов обмена энергией и свойств различных тел в термодинамике используются физические понятия и величины, характеризующие итоговые результаты действия огромного числа микрочастиц вещества и могут быть непосредственно измерены, или вычислены по термодинамическим соотношениям с использованием измеренных величин. Такие величины называются феноменологическими или термодинамическими. Термодинамическими величинами, например, являются температура, давление, плотность.

Преимущество термодинамического подхода состоит в том, что справедливость термодинамических соотношений и выводов не нарушается, когда в ходе развития физики непрерывно углубляются или даже в корне изменяются представления о строении вещества. Недостаток этого метода заключается в том, что для его применения требуется знание физических свойств конкретных рабочих тел, которые не могут быть определены методами термодинамики и требуют экспериментального исследования. Но если известны некоторые данные о свойствах веществ или систем, то термодинамический метод позволяет получить интересные и важные выводы.

Кроме термодинамического метода иногда используется и другой метод исследований, получивший название статистический, широко распространенный в других областях физики. В статистической термодинамике свойства макроскопических тел вычисляются исходя из модельных представлений о строении вещества. Поведение элементарных частиц описывается методами классической либо квантовой механики, а макроскопические свойства получают статистическим усреднением действия всех частиц, составляющих тело. Точность определения величин, характеризующих макроскопические свойства изучаемого тела, в статистической термодинамике зависит от совершенства используемой физической модели строения вещества. Поэтому результаты статистической термодинамики также требуют экспериментального подтверждения.

Статистический метод исследований обладает преимуществом перед феноменологическим при описании свойств веществ при предельно низких или максимально высоких температурах и давлениях, когда непосредственное измерение термодинамических величин становится весьма трудным и неточным. Таким образом, термодинамика и статистическая физика как науки о свойствах вещества и энергии взаимно дополняют друг друга.

Виды энергии и способы передачи энергии

Энергия является мерой различного вида материального движения в процессах взаимного превращения одних форм движения в другие. Под движением понимается способность материи к изменению.

Существуют различные формы движения: механическая, тепловая, электрическая, химическая, магнитная и др. Установлено, что передача движения от одних тел к другим может происходить как без изменения, так и с изменением формы движения. В первом случае уменьшение движения некоторой формы в одном теле сопровождается таким же увеличением движения той же формы в другом (принцип сохранения движения). Во втором случае уменьшение движения некоторой формы в одном теле приводит к увеличению в другом теле движения иной формы (принцип превращения движения). Причем наблюдается количественная эквивалентность взаимно превращающихся форм движения, что послужило основанием для введения единой, общей для всех форм движения меры – энергии.

Итак, энергия – это общая количественная мера для всех форм движения материи, способных превращаться одна в другую.

Для характеристики вида движения используется понятие вида энергии (кинетическая, гравитационная, электрическая и др.). При превращении одной формы движения в другую, соответственно происходит трансформация одного вида энергии в другой, но при этом энергия как общая мера любых форм движения остается неизменной, она не создаваема и неуничтожима.

Установление количественной эквивалентности разных форм движения материи при взаимных превращениях привело к открытию закона сохранения энергии.

Кроме понятия вид энергии существует еще понятие форма обмена энергией или способ передачи энергии.

Передача энергии от одних тел к другим происходит в результате взаимодействия этих тел. Выделяют четыре фундаментальных вида взаимодействия: электрическое, гравитационное, ядерное и слабое. Установлено, что наблюдаемые формы движения материи и соответствующие виды энергии, являются проявлением на макроскопическом уровне, тех взаимодействий, которые происходят на микроскопическом уровне. А на микроскопическом уровне проявляется лишь один вид взаимодействия – электрическое.

Большое разнообразие макроскопических проявлений одного фундаментального микроскопического взаимодействия приводит и к большим различиям в изменениях, наблюдаемых в телах при различных способах передачи энергии. Однако установлено, что все виды термодинамических взаимодействий, то есть все формы обмена энергией, сводятся к двум принципиально различным способам: совершение работы и теплообмен.

Работой называется такой способ (форма) передачи энергии, при котором осуществляется макроскопическое, упорядоченное, направленное движение. Количество передаваемой при этом энергии называется работой процесса или просто работой.

Наиболее наглядным видом работы является механическая работа, которую совершает механическая сила при перемещении в пространстве макроскопического тела или некоторой части тела. Кроме того, существуют различные виды немеханических работ: электрическая, магнитная и др.

Общим для всех видов работ свойством является принципиальная возможность их полного количественного преобразования друг в друга, то есть при передаче энергии от одной части тела другой в форме работы энергия одного вида может полностью трансформироваться в энергию другого вида.

Теплообменом называется такой способ передачи энергии, при котором осуществляется обмен хаотическим, ненаправленным движением микрочастиц. Количество передаваемой при этом энергии называется количеством теплоты или теплотой.

Для осуществления теплообмена между телами должен существовать так называемый тепловой контакт, который может быть обеспечен либо непосредственным соприкосновением тел, либо переносом энергии беспорядочных электромагнитных колебаний. В обоих случаях тела должны иметь различную температуру.

Если не требуется указывать способ передачи энергии, то количество энергии, передаваемое от одного тела к другому тем или иным способом, называется количеством внешнего воздействия.