Жылу құбылыстары тақырыбындағы ғылыми жұмыс

ЖОСПАРЫ:

Кіріспе......................................................................................................................I. Негізгі бөлім.........................................................................................................

1.1 Жылу берілудің түрлері. Жылуөткізгіштік. Конвекция. Сәулелену............

1.2 Ішкі энергия. Температура.Температураны өлшеу тәсілдері……………....

II Практикалық бөлім..............................................................................................

Жылу құбылыстарына мысалдар ..........................................................................

Заттардың жылу өткізгіштік қасиетіЖылудың алмасуы

Қортынды.................................................................................................................

Пайдаланылған әдебиеттер.....................................................................................

КІРІСПЕ

Механикалық құбылыстардан кейінгі ең елеулі және танымал құбылыстар – жылу құбылыстары. Олар өздерінің пайымдағанындай, денелерді қыздырумен немесе суытумен, яғни оардың температурасын өзгертумен байланысты. Бұл процестер денелердің кейбір қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі. Жылулық процестердің жүруі заттың құрылысымен ,оның ішкі құрылымы мен тығыз байланысты. Барлық денелер бір –бірімен тығыз емес, қандай да бір қашықтықта орналасқан заттың өте ұсақ бөлшектері болып табылатын атомдар мен молекулалардан тұрады. Атомдар мен молекулалар үздіксіз бейберекет қозғалыста болады. Затттың атомдары мен молекулалары бір-бірімен тартылу және тебілу күштері арқылы өзара әрекеттеседі. Заттың құрылысы мен қасиеттері, олардың өзара байланысы жөніндегі мәселелер физика ғылымының ең бір маңызды бөлімі болып табылатын молекулалық физиканың негізін құрайды.

Күннен келетін сәулелену тек Жердің бетін ғана емес, оның атмосферасын да, теңіздер мен мүхиттарды да қыздырады. Ыстық кезде, біз күн сөулесінен қорғану үшін басымызға қалпақ киеміз. Күн сәулесі, әсіресе денеміздің қара түсті киіммен жабылған түстарын өте қатты қыздыратынын еске түсірейік. Бұл сәуленің денелерге біркелкі түспейтінін және беттің күйіне байланысты оларды біркелкі қыздырмайтындығын білдіреді. Бұған көз жеткізу үшін қызған денеге жылу қабылдағыштың әуелі қарайтылған жағын, сонан соң жылтыр жағын қаратып қоямыз. Сонда манометрдегі сұйықтың бағаны екіншіге қарағанда бірінші жағдайда көбірек аралыққа жылжиды. Ендеше, қараға қарағанда ақ бет энергияны нашар жұтады. Бірдей температурада үстіңгі беті ақ денелер қараларға қарағанда энергияны да аз шығарады.

Жұмыстың мақсаты: Жылу құбылыстарының түрлерін, таралуын, күнделікті тұрмыста қолданылуын тәжірибе жасау.

Жұмыстың міндеті: жұмысытың барысында тәжірибелер арқылы жылу құбылыстарынның түрлерін, таралуын анықтау. Сұйықтың булануына тәжірибелер жүргізу арқылы булануды байқады.

Зерттеудің жүру барысы:

Қосымша мәліметтер жинақтау (кітап, интернет)

Физика кабинетінде тәжірибелер жүргізу

Мәліметтер мен тәжірибе нәтижелерін салыстырып, қорытынды шығару

1.1 Жылуберілудің түрлері. Жылуөткізгіштік. Конвекция. Сәулелену

Жылу берілудің үш түрі бар: Жылуөткізгіштік,конвекция,және сәуле шығару.

Ішкі энергияның дененің көбірек қыздырылған бөлігінен дененің басқа азырақ қыздырылған бөлігіне тікелей байланыс арқылы немесе аралық денелер арқылы көбірек қыздырылған денеден азырақ қыздырылған денеге берілу құбылысы жылуөткізгіштік деп аталады.

Жылу өткізгіштік кезінде болатын ішкі энергияның берілу процесі неге байланысты? Бұл құбылысты түсіндіру үшін қатты, сұйық және газ тәрізді заттардың ішкі құрылысын еске түсіру керек. Қатты денедегі бөлшектер әрдайым тербелмелі қозғалыста болады, бірақ өзінің тепе-теңдік күйін өзгертпейді. Денені қыздырғанда температураның артуына байланысты молекулалар күштірек тербеле бастайды, өйткені олардың потенциалдық және кинетикалық энергиясы артады. Артық энергияның бұл бөліктері біртіндеп бір бөлшектен екіншісіне, яғни дененің бір бөлігінен көрші бөліктеріне беріледі. Қатты денелердің барлығы түрліше энергия береді. Жылу қондырғылары еденге жақын төменде орналасқанымен, бөлменің жоғары жағындагы ауаның температурасы әдетте төменгі жағынан жоғары болуының себебі неде? Сұйыққа немесе газға батырылған денеге жоғары бағытталған кері итеруші күш — Архимед күші әрекет етеді.

Конвекция дегеніміз-сұйықтың немесе газдың ағысы арқылы энергияның тасымалдануы барысында жылу алмасу процесі.

Қатты денелерде және вакуумда конвекция болмайды.

Жылу қабылдағыш дегеніміз-бір жағы қара, екінші жағы жылтыр жалпақ дөңгелек қорапша.

Сонымен, сұйықтар мен газдарда, жылуөткізгіштіктен басқа, жылу берілу көбіне конвекциямен, яғни сұйықтың немесе газдың жылытылған бөліктерінің механикалық орын ауыстыруымен жүзеге асырылады. Қатты денелерде және вакуумда конвекция болмайды. Аса жоғары немесе өте төмен температурадағы сұйықтар (немесе газдар) қатты қабырғалармен жанасқанда, конвекциялық ағыс пайда болады. Бұдан сұйық (немесе газ) қыза отырып, жоғары көтеріледі де, салқындарын төменге ығыстырады. Мына тәжірибеден жылу берілуді конвекцияның көмегімен оңай бақылауға болады (1-сурет). Түбіне марганец қышқылды калийдің кристалл түйіршігі салынған суы бар шыны құтыны шамның жалынына ұстап қыздырады. Осы кезде болған судың төменгі қабатының өзімен бірге эңергияны тасымалдай отырып, жоғары көтерілгенін бақылауға болады. Судың салқындау жоғары қабаты боялған, жылынған суды ығыстыра отырып, төмен түседі. Осындай қозғалыстың арқасында құтыдағы су біркелкі жылынады.

сурет

Сондықтан да сұйықтар мен газдарды, әдетте төменнен бастап қыздырады: суы бар шәугімді пешке немесе отқа қояды, орталық жылу батареяларын еденге жақын орнатады. Өте жіңішке қабаттарда, мысалы, жақын орналасқан терезе әйнектерінің арасындағы ауа қабатында, конвекциялық ағын әлсіз болады. Конвекция құбылысымен танысқаннан кейін, не себепті желдеткіштер терезенің жоғарғы жағына орнатылатынын, керосин шамына мойны ұзын арнайы шыны кигізілсе, неге жақсы жанатынын, не себепті зауыт мұржалары биік болатынын оңай түсіндіруге болады. 1-сурет Атмосферадағы конвекциялық ағын тек жылу берілуде ғана үлкен рөл атқарып қоймай, сонымен қатар жел тұрғызады. Олар ауаның үнемі араласуын тудырады, соның арқасында жер бетінің әр түрлі бөліктерінде ауаның құрамы бірдей болады.

2-сурет

Атмосферадағы конвекциялық ағындар жану процесін қолдай отырып, оттектің жалынға жетуін және жану өнімінің шығарылуын қамтамасыз етеді. 2-суретте аталған процесті сұлба түрінде түсіндіретін қарапайым тәжірибе берілген. Біз қарастырып өткен конвекция табиғи немесе еркін конвекция деп аталады. Тұрмыста және техникада кеңінен қолданылатын табиғи конвекция жеткіліксіз болғанда, еріксіз конвекцияны пайдаланады. Мысалы, ауаның немесе газдың жылдам және біркелкі жылуы үшін оларды сорғымен немесе араластырғышпен араластырады. Салмақсыздық жағдайында табиғи конвекция мүмкін емес. Сондықтан ғарышқа ұшу барысында, еріксіз конвекциянын көмегінсіз жасанды серіктің корпусы салқындамайды, шам жанбайды. Онда шырпыны, газ жанарғысын пайдалануға болмайды, өйткені жану өнімдері жалыннан алыстатылмайды және ол оттектің жетіспеушілігінен өшіп қалады. Жанып жатқан пештің қасында тұрғанда, біз жылуды сеземіз. Күн энергиясы Жерге беріледі. Қызып тұрған үтікке немесе оттың жалынына қолымызды жақындатсак, біз тіпті төменнен де (яғни салқын ауа ағып келіп жаткан жерде) «қызуды» сеземіз.

Жерге Күннен келетін энергия да сәулелену арқылы жетеді. Әр секунд сайын Жер шамамен 1014 кДж энергия алады. Жер Күннен келетін энергияның бір бөлігін жұтқанда, Жердің ішкі энергиясының ұлғаятындығы және соған сәйкес температураның артатындығы байқалады.

Күн – физикалық тұрғыдан алғанда, өзін-өзі басқара алатын зор энергия көзі. Энергияның бөлінуі, оның радиусының 1/3 бөлігіне дейін созылатын орталық бөлігінде өтеді.Күн жүйпесі шамамен 5 млрд жылдан бері бар; Күн диаметрі 1,392*106км-ге тең; Күннің центріндегі ең жоғарғы температура – 13*106 К; Жерден Күнге дейінгі қашықық – 149,6 млн км; Күн бетінің температурасы –6*103 К. Радиустың үштен екі бөлігінде тек кана энергияны жүту және қайта шығару жолымен энергия тарататын қабаттар орналасқан. Бұл процесс сыртқы температураның азаюына жағдай жасайды. Радиустың соңғы үштен бірін қайнаған сұйыққа ұқсас зат алып жатады. Онда энергияны сыртқа тезірек тасымалдауға мүмкіндік беретін конвекция (конвекциялық аумақ), яғни заттардың араласуы жүреді. Сәулелену байқалатын Күннің сыртқы қабаттарын атмосфера деп атайды. Атмосфераның касиеттері мен онда жүретін құбылыстар — көп жағдайда конвекциялық аймақпен анықталады: ондағы көтерілетін ыстық газдардың жекелеген массалары атмосфераның төменгі қабаттарын тербелуге мәжбүр етеді. Бұлтербелістердің нәтижесінде жоғарыға қарай таралатын толқындар пайда болады. Бұл толқындар сыртқы қабаттардың газына өзінің энергиясын беріп, оны қыздырады. Осыған байланы

Сәуле шығару деп электромагниттік толқындар көмегімен бір денеден екінші денеге энергияның берілу процесін айтамыз.

Сәулелену энергиясының дененің ішкі энергиясына айналуы жұтылу деп атайды. Жанып жатқан пештің қасында тұрғанда, біз жылуды сеземіз.Күн энергиясы Жерге беріледі. Қызып тұрған үтікке немесе оттың жалынына қолымызды жақындатсак, біз тіпті төменнен де (яғни салқын ауа ағып келіп жаткан жерде) «қызуды» сеземіз.

• Сәуле шығару (сәулелік жылу алмасу) деп электрмагниттік толқындар көмегімен бір денеден екінші денеге энергияның берілу процесін айтамыз.

• Сәулелену энергиясының дененің ішкі энергиясына айналуын жұтылу деп атайды. Сәулеленудің қарқындылығы неге байланысты? Жылу қабылдағышты бірдей қашықтықта кезектестіріп ыстық суы (40°С) бар стақанға, спирт шам жалынына (500°С — 700°С) және қыздыру шамына (1500°С) жақындатамыз. Соңғы жағдайда, жылу қабылдағыштағы сұйық ең көп ығысады. Бұдан дене температурасы артқан сайын сәулелену қарқындылыгы жоғары болады деген қорытынды шығады. Сәулелену арқылы энергияның берілуі — ортаны қажет етпейді: жылу сәулелері вакуум арқылы да таралады.

1.2 Ішкі энергия. Температура.Температураны өлшеу тәсілдері.

Қатты қызған денемен жанасқанда, дененің ішкі энергиясының артатынына біз көптеген мысалдар келтіре аламыз. Осылай құтыдағы ауаны құтының сыртына ыстық су құю арқылы немесе оны шамның жалынына ұстап қыздыруға болады. Ыдысты ыстық қойып, ондағы суды қайнатуға болады. Ыстық шайға салынған қасық ысиды. Бөлмедегі ыстық су уақыт өткен сайын салқындайды. Жылудың берілуі деп аталатын ішкі энергия өзгеруінің мұндай тәсілінде энергия берілуі былайша жүзеге асады. Анағүрлым көбірек қыздырылған дененің бөлшектерінің кинетикалық энергиясы көп болғандықтан, ол азырақ қыздырылған денемен жанасқанда, оның бөлшектеріне энергияны тікелей береді. Жылу берілудің әр түрінің өзіне тән ерекшеліктері бар, бірақ жылу берілу олардың әрқайсысында әрдайым бір бағытта: көбірек қыздырылган денеден азырақ қыздырылган денеге қарай жүреді. Мұнда көбірек…