Автор работы: Пользователь скрыл имя, 08 Ноября 2012 в 15:16, реферат
«Жылу құбылыстары» атты бөлімге «Жылу берілу және жұмыс», «Заттың агрегат күшінің өзгеруі», «Жылу двигательдері» тақырыптары енеді. Жылу жөніндегі барлық материал VII класта жинақталған және оны «жұмыс», «энергия» ұғымдарын енгізгеннен кейін, оқушылардың заттың атом-молекулалық құрылысы жөніндегі алған білімдеріне сүйене отырып, оқып үйренеді. Бұл — жылу құбылыстарының мәнісін түсіндіру және жылулық қозғалыс, температура, ішкі энергия, жылу берілуі, жылу мөлшері, заттың меншікті жылу сыйымдылығы сияқты негізгі ұғымдарды қалыптастыру үшін қолайлы жағдайлар туғызады.
Содан кейін оқушылардың ұғынуына қиын болатын, температуралары бірдей болғанда қара денелердің, ақ денелерге қарағанда, жылуды көбірек сіңіретіндігі, сондай-ақ жылуды көбірек шығаратындығы жөніндегі ұғымды айқындап ашуға көшеді. Ол үшін бір қабырғасы қара, екіншісі ақ бояумен боялған, ыдыспен (а) тәжірибе жасалады (20-7-сурет). Ыдысқа қайнап тұрған су құйып, оның қатарына екі жылу қабылдағыш (б және в) орналастырады. Жылу қабылдағыштар манометрдің екі ұшына немесе ең дұрысы, ішінде сұйық бағаны (д) бар горизонталь (г) түтіктіктің ұштарына жалғастырылған. Біраз уақыт өткеннен кейін сұйық бағаны, қара беттің сәулені көбірек шығаратынын көрсете отырып, жылу қабылдағыштың қысымы үлкен болу нәтижесінде орын ауыстыра (жылжи) бастайды (жылу өткізгіш ыдыстың қарайтылған қабырға жағына орналасты.
Сондай-ақ біреуі ақ бояумен, екіншісі қара бояумен боялған екі ыдыспен тәжірибе жасау да пайдалы. Ыдыстарға қайнаған су құйып, термометрлер салынады, біраз уақыт өткеңде термометрлерге қарап, қара ыдыстағы судың тезірек суитынын көруге болады.
Бұл тақырыптың осы мәселесі боойынша типтік есептер мыналар:
1. Қатты қызған темір пештен, шоқтан немесе электр плитасынан «ыстық лептің» шығып тұратынын кім де бoлca біледі. Бұл жағдайда адам ең алдымен сәуле шығару жылуын сезінетінін дәлелдеңдер.
2. Еір оқушы жаздың күні ақ киім кигенде салқынырақ болатынын, өйткені ол сәулені жақсырақ шығаратындығын айтты. Бұлардың қайсысының айтқаны дұрыс? (11, № 178.)
Техникадағы, тұрмыстағы және табиғаттағы жылу берілуі. Жылу берілудің әр түрлерін есепке алу және пайлалану жөніндегі мәселе осы тақырыптың жоғарыда қарастырылған бөлімдерін өткен кезде біршама оқып үйренілуі тиіс. Алайда практика жүзінде жылу өткізгіштікте, конвекцияда, сәуле шығаруда кездесетін құбылыстар көбінесе жиі ұшырап отырады. Сондықтан техникада пайдаланылатын әр түрлі жылу сақтағыш құрылыс материалдары жөнінде әңгімелеп беру керек, сонда Е.Н.Горячкин ұсынған жылу сақтағыштығы бірдей қабырғалардың салыстырмалы қалыңдығын көрсететін диаграмманы қарастыру керек (20-8-сурет).
Осы сабақта оқушылардың назарын сондай-ақ адам денесінің сыртқы ортамен жылу алмасуына және киімнің әр түрінің бұл мәселедегі атқаратын роліне аударған пайдалы. Осы сабақ үшін қызықты мысалдар мен сұрақтарды Я.П.Перельминник (21) кітаптарынан алуға болады (мысалы, «Тон жылыта ма?», «Қайсысы жылы: үш жейде ме немесе үш қабат жейде ме?»). Табиғаттағы конвекция жөнінде (қызған Жерден көтерілген ауа ағынынан бриз желдерінің пайда болуы), түтін жолдарының тартуының пайда болуы жөнінде, география сабақтарында, өмір тәжірибелерінен алған мағлұматтарын өз беттерімен келтіре отырып, айтып бере алады.
Оқушыларға таныс, тұрмыстық приборлардың ішінен термосты ерекше қарастырған жөн, мұның корпусындағы жылу изоляциялағыш астарлардың қабырғаларының арасындағы вакуумды және колба шынысының бетіне күміс жалатудың маңызын айқындап берген жөн. Класта қайнаған судың термостағы және басқа бір ашық ыдыстағы суын салыстыру жөнінен тәжірибе жасаған пайдалы.
Осындай экспериментті оқушылар үйде де жасай алады. Сондай-ақ табиғаттағы, атап айтқанда, тәуліктің әр кезіңдегі, бұлтты және ашық күндердегі топырақтан, сәуле шығару мен сәуле жұтылуы жөнінде, сондай-ақ бұл құбылыстың космосқа ұшуда пайдаланылуы және есепке алынуы жөнінде әңгімелеп беру керек.
4. ЖЫЛУ МӨЛШЕРІ ЖЫЛУ МӨЛШЕРІНІҢ БІРЛІКТЕРІ
Механикалық жұмыс жасау процесі мен жылу берілу процесінің ортақ белгісі бар, ол —дененің ішкі энергиясын өзгертуі. Механикалық жұмыс жасау жолымен ішкі энергияның өзгеру өлшеуішін жұмыс мөлшері немесе ток жұмыс деп қана, ал жылу берілу процесінде ішкі энергияның өзгеру өлшеуішін— жылу мөлшері деп атаған.
Жылу мөлшерінің бірліктерін анықтаудан бұрын, оқушылармен физикалық шама — механикалық жұмыс пен оны есептеуді еске түсіріп алған жөн. Механикалық жұмыс күш пен жолдың ұзындығына тура пропорционал.
Осылайша, ішкі энергияның өзгеруінің өлшеуіші ретіндегі жылу мөлшері де бірнеше физикалық шамаларға тәуелді. Ішкі энергияның денені құрайтын бөлшектердің жылулық қозғалысының жылдамдығымен анықталатыны, олай болса, ішкі энергияның өзгеруінің өлшеуіші ретіндегі жылу мөлшері дененің температурасына байланысты екендігі еске түсіріледі. Егер дененің температурасы жоғарыласа, онда дене қандай да бір мөлшерде жылу алғаны, егер төмендесе— онда жылу бергені.
Сонымен, жылу мөлшері дененің температурасының өзгеруіне тәуелді деуге болады. Жылу мөлшері сондай-ақ физикалық екінші бір шамаға, дененің массасына, байланысты. Шынында да, белгілі бір уақыт ішінде спирт шамына пробиркадағы суды қайната аламыз, ал толтыра су құйылған шайнекті оған қайната алмаймыз. Мұның себебі белгілі бір уақыт аралығындағы жылу мөлшері пробиркадағы суды ысыту және қайнату үшін жеткілікті болады да, шайнектегі судың массасы үшін жеткіліксіз болады. Пробирка мен шайнектегі суды қайнату үшін қажетті жылу мөлшері әр түрлі; тәжірибе көрсеткендей, неғұрлым дененің, бұл жағдайда судың массасы көп болса, денені бірдей температуралар айырмасына қыздыру үшін қажетті жылу мөлшері соғұрлым көп болады.
Денені суытқанда да осылай болады. Осыдан жылу мөлшері дененің массасына пропорцинал деген қорытынды жасауға болады.
Екі жағдайды да жинақтап қорыта келе, жылу мөлшері дененің массасына және жылу алмасудың бастапқы және (ақырғы кезлеріндегі температуралар айырмасына тура пропорционал. Денеге қыздыру кезінде берілген жылу мөлшерінің дененің жасалған затының тегіне тәуелділігін массаллры тең, бірақ заттары әр түрлі екі денені қыздырып жасалатын тәжірибеден бақыланады. Ішкі энергияның өлшеу бірліктері — джоуль, килоджоуль. Алайда мұның тарихи жағдайы былай қалыптасты: жылу мөлшерінің бірліктері заттың молекулалық құрылысы белгілі болғаннан және молекулалардың қозғалыс энергиясы жөніндегі мәселе айқындалғаннан бұрын енгізілді. Сондықтан кезінде жылу мөлшерін өлшеу үшін арнайы бірліктер енгізілген, қазірше әлі есеп-қисаптарда қолданылатындары — калория және килокалория.
Содан кейін калорияның анықтамасы беріледі Калория — 1 г суды 10С-қа қыздыру үшін қажетті жылу мөлшері, яғни колория — температура 10С-қа көтерілгендегі 1 г судың ішкі энергиясының өсімшесінің өлшеуіші, 1 кал = 4,19 Дж. Бұдан әрі қарай ішкі энергияны есептеулерді джоульмен орындаған жөн.
5. ЗАТТЫҢ МЕНШІКТІ ЖЫЛУ СЫЙЫМДЫЛЫҒЫ ЖЫЛУ МӨЛШЕРІН ЕСЕПТЕУ
Бұдан бұрынғы материалды оқып үйрену жылу берілуі кезінде дененің жылулық күйінің өзгеруі заттың тегіне де байланысты екенідігін оқушылардың түсінуіне дайындады. Бұл тәуелділікті, заттың жылу сыйымдылығы деп аталатын, ерекше шамамен сипаттайды.
Меншікті жылу сыйымдылығы жөніндегі ұғымға көшу үшін бірнеше тәжірибе жасалады.
1. Әр түрлі заттардан жасалған массалары бірдей (цилиндрлердің массаларының теңдігін таразыға тартып көрсету керек) және диаметрлері бірден цилиндрлерді қайнап тұрған суға салып қыздырып, парафин пластинкаға қояды (20-9-сурет). Парафинді балқыта отырып, цилиндрлер әр түрлі тереңдіктерге батады. Тәжірибеден мынадай қорытынды жасалады: әр түрлі заттардан жасалған, бірақ массалары бірдей денелердің, бірдей градусқа суытқан кезде беретін жылу мөлшері мен қыздыру үшін қажет болатын жылу мөлшері түрліше болады.
2. Калориметрдің ішкі екі стақанының әрқайсысына бөлме температурасындағы 0,1 кг су құйып, оны термометрлерге орналастырады. Үшінші ыдысқа бір кесек темір салып, массасы темірдің массасына тең су құяды да, 100°С-қа дейін қыздырады. Содан coң темірді ыдыстан шығарып алып, калориметрдің біреуіне салады, ал ыстық суды екінші калориметрге құяды. Калориметрлердегі судың температурасының көтерілуі жөнінде тер-мометрлердің көрсетулеріне қарап біледі.
3. Сұйықтардың жылу сыйымдылықтарын салыстыру үшін мынадай тәжірибе жасауға болады. Бір стақанға 0,1 кг су, ал екіншісіне — 0,1 кг керосин құйып, олардың ішіне ыстық суда қыздырылған, массалары бірден денелер салйды. Термометрлер керосиннің температурасы, судың температурасына қарағанда, көбірек артатындығын көрсетеді.
Осы тәжірибелерді судың алған жылуының мөлшерімен және массасы 1г (кг) дененің 1°С-қа суығанда берген жылу мөлшерін есептеу үшін пайдалануға болады. Осыдан кейін дененің температурасын 1°С-қа өзгерту үшін қажетті жылу мөлшері ретінде жылу өткізгіштіктің, 1 г (кг) заттың температурасын 1°С-қа өзгерту үшін, қажетті жылу мөлшері ретінде менішкті жылу сыйымдылығының анықтамасын береді.
«Жылу мөлшері терминінің физикалық мағынасын қайтадан атап көрсетеді немесе басқаша анықтама береді: меншікті жылу сыйымдылығы 1°С-қа қыздырған кезде немесе суытқан кезде 1 г (кг) заттың ішкі энергиясы қандай шамаға өзгеретінін көрсетеді.
Бұдан кейін оқушылармен меншікті жылу сыйымдылықтарының таблицасын қарастырып, мысалы,
Сқорғасын
деген жазу нені білдіретінін айқындайды.
Техникадағы және табиғаттағы әр түрлі жылу сыйымдылығының мәнін бірқатар мысалдармен түсіндіреді,
1. Судың басқа заттармен салыстырғандағы үлкен меншікті жылу сыйымдылығы сумен жылытуда және двигательдерді суыту күйесінде суды қолдануды ыңғайлы етеді. (Судың жылу сыйымдылығы үлкен болу салдарынан оның температурасы аздап өзгергенде де бөлінетін немесе жұтылатын жылу мөлшері көп болады.).
2. Аралдардың климаты, үлкен материктер климатына қарағанда, айналасындағы су массаларының жылу сыйымдылығы үлкен болу салдарынан, бір қалыпты және қоңыржай болады.
Дененің қыздырған кезде алған немесе суығанда берген жылу мөлшерін есептеуді меншікті жылу сыйымдылығын анықтаудан бастап, ең алдымен арифметикалық жолмен есептейді.
Ақтығында, оқушылар меншікті жылу сыйымдылығының мағынасын және жылу мөлшерінің меншікті жылу сыйымдылығына, дененің массасына және температуралардың айырмасына тәуелділігін әбден ұғынып алғаннан кейін Q=cm(t—t0) формуласы енгізіледі. Осы формула бойынша көбінесе тура еснптер шығарылады, яғны Q-дың мәні анықталады. Берілген тәуелділік бойынша с, т және әсіресе t немece t0 мәндерін табуға арналған есептер VII класс оқушылары үшін қиын тиеді. Сондықтан бірқатар мысалдар алып, берілген теңдеуден қандай да бір белгісізді қалай табуға болатындығын түсіндірген жөн.
Алған білімдерін бекіту үшін, әсіресе калориметрлік өлшеулер мен есептеулерді орындай білу біліктері мен дағдыларын алу үшін, «Суды араластырғандағы жылу мөлшерлерін салыстыру» деген лабораториялық жұмыс өткізіледі. Бұл жұмыста оқушылар, бақылаулардан көргеніміздей, көбінесе мынадай қателер жібереді: температураны өлшеп отырғанда термометрді су құйылған ыдыстан шығарып алады; калориметрдің құтысынан ішкі ыдысын шығарып алып, тек сонымен ғана жұмыс жасайды; таразыға тартқанда ішкі ыдысты сыртқысымен қоса өлшейді. Сондықтан жұмысты орындаудың алдында оқушылардың барлық өлшеулерді дұрыс орындауына көмектесетін әңгіме өткізу қажет.
Осы жұмыс оқушыларды жылу процестерінде энергияның сақталу заңын түсінуге көмектесетін бірінші қадам болып табылады, сондықтан кейін осы заңды оқып үйренгенде тағы да бір рет жұмыс нәтижелерін, өткізу әдістерін талдап қыздырылған дейенің алған энергия мөлшері суыған дененің бөліп шығаратын энергиясының мөлшерінен біршама аз болатыны неліктен екенін тағайындаған жөн.
6. ОТЫННЫҢ ЭНЕРГИЯСЫ
Бұл тақырыпта эңергия ұғымы кеңейтіле түседі. Ең алдымен химиядан кейбір мағлұматтарды оқушылардың естеріне түсіреді. Ол мағлұматтар жану кезінде элементтер оттегімен қосылып, жаңа заттар, жаңа молекулалар түзілетіндігіне келтіреді. Мысалы, метан жанған қезде көмір қышқыл газ бен су түзіледі:
СН4+2О2 = СО2+2Н2О.
Бір молекулалардың ыдырап, басқаларының пайда болуымен байланысты, жану кезінде қандай да бір жылу мөлшері бөлініп шығады. Бұл жағдайда ішкі энергияның өзгеруі жылу алмасу арқылы да емес, дененің жұмыс жасауымен немесе денемен жұмыс жасалу жолымен де емес, отында болатын термохимиялық құбылыстар нәтижесінде болды. Бұл кезде жану продуктылары молекулаларының қозғалысының энергиясы, демек, олардың температурасы да, отынның молекулаларының қозғалыс энергиясынан артық болады.
Отын жанған кезде температураның көтерілуі және жану продуктылары молекулаларының кинетикалық энергиясының артуы, сонан кейін айналадағы денелерге қандай да бір жылу мөлшерінің берілуі дененің ішкі энергиясының өзгерулерімен түсіндіріледі.
Енгізілген ұғымдарды нақтылау және бекіту үшін де мынадай тәжірибелер жасауға болады.
Қабырғасында, түбіне жақыгн жерінде, тесігі бар шыны цилиндрге еркін жылжып тұратындай картон поршень енгізеді. Пульверизатормен цилиндрге тесігі арқылы жұмыстық қоспа ауа мен бензин бүркіледі. Пульверизаторды алысырақ алып қойып, цилиндр тесігінің тұсына жанып тұрған шырпыны тақайды да, поршеньнің жоғары қарай едәуір ыршытып шығарылғанын байқайды. Жану кезінде молекулалардың молекула-кинетикалық энергиясы артқандығы оқушыларға түсіндіріледі. Тұтас алғанда отынның ішкі энергиясы азаяды, өйткені поршеньді көтеру жөнінен жұмыс жасалады.
Отынның барлық түрлерінің ішкі энергиясы бар және белгілі бір жағдайларда жұмыс жасап алады немесе басқа денелердің жылу алмасу жолымен қыздыра алады. «Отынның жану жылуы» атты таблицаны, оқушылар оның физикалық мағынасын ұғынатындай етіп, қарастырады.
Отын жанған кезде бөлініп шығатын жылу мөлшерін есептеуге берілген есептерді көбінесе арифметикалық жолмен шығарады, бірақ Q = gm (мұндағы q — жану жылуы, ал т — отыннын массасы) формуласын енгізуі де мүмкін.