Урок 8 классе. Способы изменения внутренней энергии. | План-конспект урока по физике (8 класс) по теме:

Урок 3.3.                        «Способы изменения внутренней энергии»

Цель урока:

• Выяснить условия, при которых внутренняя энергия изменяется;

• Дать понятие теплопередачи.

Оборудование: сосуды, спиртовка, эфир, насос, металлическая проволока, мультимедийный проектор, презентация.

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Повторение изученного материала (фронтальный опрос). Слайд 3-4

• Дать определение внутренней энергии.

• Почему при малых значениях кинетической и потенциальной энергии одной молекулы внутренняя энергия тела достаточно большая величина?

• Почему внутренняя энергия тела увеличивается с увеличением средней скорости движения молекул тела?

• Что происходит с внутренней энергией тела при понижении температуры?

• Почему внутренняя энергия тела изменяется при деформации тела?

• Может ли тело, обладая внутренней энергией, не иметь механическую энергию? Приведите примеры.

• Может ли тело иметь механическую энергию, но не иметь внутренней.

3. Объяснение нового материала.

        Внутренняя энергия тела не является какой-то постоянной величиной. У одного и того же тела она может изменяться. Изменяется внутренняя энергия тела при изменении скорости движения молекул.

А сейчас выясним с вами, каким способом можно увеличить или уменьшить скорость движения молекул.

Слайд 5.

Опыт .

Нальем в стеклянный сосуд эфира и закроем пробкой. Трубку обовьем веревкой и начнем быстро двигать ее то в одну, то в другую сторону. Через некоторое время эфир закипит, и пар вытолкнет пробку.

Вопрос: что произойдет с внутренней энергией эфира?

Ответ: внутренняя энергия увеличиться, он нагрелся и закипел.

Вопрос: в результате чего увеличилась внутренняя энергия?

Ответ: в результате совершения работы при натирании трубки веревкой.

Вопрос: какой можно сделать вывод из данного опыта.

Вывод: внутреннюю энергию тела можно увеличить, совершая над телом работу.

Именно такой способ добычи огня использовали наши редки. За счет трения при быстром вращении сухой кусок дерева нагревался более чем на 250°C и загорался.

        

Опыт 2  Сгибание медной проволоки. (на парте по одной проволоки)

Вопрос: как изменилась  температура проволоки в месте сгиба?

Ответ: Проволока нагрелась.

Вопрос:  изменилась ли  кинетическая энергия частиц, из которых состоит проволока?

Ответ: Да, изменилась.

Вопрос: Что произошло с внутренней энергией проволоки?

Ответ: внутренняя энергия тела увеличилась.

Нагревание тел  происходит также при ударах, разгибании и сгибании. Т.е. при деформации.

Слайд 6.

Рассмотрим следующий опыт.

        В толстостенный стеклянный сосуд, закрытый пробкой, накачаем воздух через специальное отверстие в ней. Через некоторое время пробка выскочит из сосуда. В момент, когда пробка выскакивает из сосуда, образуется туман. Воздух в сосуде в сосуде стал холодным. Находящийся в сосуде сжатый воздух, выталкивая пробку совершает работу.

Вопрос: Что произошло с внутренней энергий?

Ответ: внутренняя энергия уменьшилась.

Вопрос: В результате чего уменьшилась внутренняя энергия?

Ответ: в результате совершения работы воздухом по выталкиванию пробки. Воздух в сосуде охладился.

Вопрос: какой можно сделать вывод из данного опыта.

Вывод: Если работу совершает само тело, то внутренняя энергия уменьшается.

Слайд 7.

И так мы с вами выяснили, что внутреннюю энергию тела можно изменить путем совершения работы самим телом или над телом.

Внутреннюю энергию можно изменить и другим способом, без совершения работы.

Например, вода в сосуде закипает, если поставить ее на огонь. Воздух и различные предметы в комнате нагреваются от радиатора центрального отопления. Внутренняя энергия в этих случаях увеличивается, так как повышается температура тел. Но при этом работа не совершается.

Такой способ изменения внутренней энергии тела называется теплопередачей.

Процесс изменения внутренней энергии без совершения работы над телом или сами мелом называется теплопередачей.

Теплопередача в свою очередь может осуществляться тремя способами: теплопроводностью; конвекцией; излучением.

Опыт.

Слайд 8. Опустим в стакан с горячей водой металлическую ложку. Кинетическая энергия молекул горячей воды больше кинетической энергии молекул холодного металла. Молекулы горячей воды будут передавать часть своей кинетической энергии частицам холодного металла. В результате этого энергия молекул воды в среднем будет уменьшаться, а энергия частиц металла будет увеличиваться. Температура воды уменьшиться, а температура ложки – постепенно увеличиться. Постепенно их температуры выравниваются.

Слайд 9. Из данного опыта можно сделать следующий вывод.

• Теплопередача происходит между телами или частями тела, имеющую разную температуру.

• Теплопередача всегда происходит в определенном направлении: от тел более высокой температурой к телам с более низкой температур.

• Когда температуры тел выравниваются, теплопередача прекращается.

4. Повторение и обобщение

Слайд 10-15. Проверочный тест.

1. При повышении температуры скорость движения молекул…

А) уменьшается;

Б) увеличивается;

В) остается не изменой.

2. К тепловым явлениям относятся:

А) плавление металлов;

Б) движение автомобиля;

В) таяние снега;

Г) наступление рассвета.

3. Тепловым движением можно считать….

А) движение одной молекулы;

Б) беспорядочное движение всех молекул;

В) движение нагретого тела;

Г) любой вид движения.

4. Внутренняя энергия тела зависит…

А) от температуры тела;

Б) от механического движения тела;

В) от положения тела относительно других тел;

Г) от агрегатного состояния вещества.

5. В каком из приведенных примеров внутренняя энергия увеличивается путем совершения механической работы над телом?

А) нагревание гвоздя при забивании его в доску;

Б) нагревание металлической ложки в горячей воде;

В) выбивание пробки из бутылки газированным напитком

Г) таяние льда.

   6. Теплопередача происходит в направлении….

А) от тел с низкой температурой к телам с более высокой температурой.

Б) от тел с более высокой температурой к телам с более низкой температурой.

В) при одинаковой температуре.

Домашнее задание. Параграф 3 выучить, ответить на вопросы в конце параграфа.

Способы изменения энергии — Изобретая современный мир

Вспоминаем
1.  Соответствие понятий
Подберите к каждому частному понятию соответствующее общее понятие и  соедините их.
2. Общее слово

Выберите из предложенного перечня слов более общее к данному.

3. Отвечаем на вопросы
Опросник

Выполняем пробное учебное действие

Попробуйте ответить на вопросы и объяснить:

-Почему, если быстро скользить вниз по шесту или канату, можно обжечь руки?

— При обработке детали напильником и деталь, и напильник нагреваются. Почему?

— Почему метеорит, пролетая через атмосферу Земли, раскаляется?

— Молоток будет нагреваться, когда им забивают гвоздь и когда он лежит на солнце в жаркий летний день. 

Выявляем место и причину затруднения

Чем отличаются случаи?

Строим проект выхода из затруднения

Запиши свою цель изучения темы.

Как и с помощью чего будем открывать новые знания?  Реализуем проект

1. Эксперимент

Проведите эксперимент.После проведения эксперимента ответьте на вопросы:

Как изменяется температура взаимодействующих тел? Что происходит с внутренней энергией? 

Результаты оформите в таблицу

Наблюдали	Вывод

Цель: Определить способ изменения внутренней энергии.

1. Фольга и картон.

Прижмите фольгу к картону. Убедитесь, что для перемещения фольги по картону нужно приложить силу. Перемещайте быстро фольгу по картону. Наблюдайте явление. Ответьте на вопросы. Оформите результаты.

2. Ложка, горячий чай в стакане.

Опустите ложку в горячий чай. Наблюдайте явления. Ответьте на вопросы. Оформите результаты.

3. Спичка с коробком, свечка.

Зажгите одну спичку о коробок, а другую внося в пламя свечи. Наблюдайте явления. Ответьте на вопросы. Оформите результаты.

Выполните анализ результатов и разделите опыты на две группы. По какому принципу выполнили деление? Запишите названия групп в тетрадь.

2. Учебный текст

Внутренняя энергия изменяется при совершении работы. (Фольга и картон, спичка и коробок).

-При совершении работы над телами их внутренняя энергия увеличивается.

Именно такой способ добычи огня (при совершении работы над телом силой трения) использовали наши предки. За счёт трения при быстром вращении сухой кусок дерева нагревался более чем на 250°С и загорался.

           Римляне стучали камнем о камень и пытались высеченной   искрой поджечь лучину, покрытую серой.

      Первым человеком, нашедшим легкий и способ получения огня, стал французский химик Клоду Бертолле. Именно этот человек изобрел первые спички в 1805 году. Изначально они представляли собой деревянные палочки, с нанесенной на них бертолетовой солью. Палочки зажигались в процессе их окунания в сильно разбавленный раствор серной кислоты.

Позже, в 1826 году, английский аптекарь Джон Уолкер сумел приготовить сухую смесь на основе серы, которая наносилась на деревянные палочки и легко зажигалась при трении о наждачную бумагу.  Так впервые появились «сухие спички». Производство было сразу поставлено на поток, но имело два серьезных недостатка – спички при возгорании жутко пахли и стоили очень дорого.   

 В 1830 году молодой французский химик Шарль Сориа изобрел смесь для спичек с добавлением белого фосфора. Эти спички уже не так сильно пахли, но были ядовиты.  

 Чуть позже, в 1855 году шведский химик Юхан Лундстрем решил эту проблему. Он заменил белый фосфор красным, получив, таким образом, абсолютно безопасные для здоровья спички. 

 -Если совершает работу само тело (нагретый газ) его внутренняя энергия уменьшается.

Внутренняя энергия может изменяться другим способом, без совершения работы. (Колба с трубкой, термометр, алюминиевая ложка и чай). Чайник с водой, стоящий на плите, крыша дома, освещаемая солнцем. 

Более холодное тело нагревается от более горячего. Причём, контакт тел не обязателен (Солнце нагревает землю). То есть происходит взаимодействие или тепловой контакт. При этом если одно тело нагревается, то какое-то другое обязательно охлаждается.

Для характеристики передачи тепла есть два термина. Это теплопередача и теплообмен. Можно использовать оба термина.

Сформулируйте определение, запишите в тетрадь.

Посмотрите варианты определений в листе самоконтроля

Когда закончится теплообмен?

Что будет происходить с телами после этого момента?

Ситуацию, при которой свойства объекта или группы объектов не меняются, обозначают термином «состояние». Назовёт такое состояние тепловым равновесием. Дайте определение этого состояния.

Тепловое равновесие – это состояние группы тел, при котором они имеют одинаковую температуру, и она не меняется со временем.

Что означает слово «теплота»?

Если более горячее тело обладает большей внутренней энергией, можете ли вы определить, что такое теплота?

Теплота – это та часть внутренней энергии, которая передаётся при теплопередаче. Т.е. внутренняя энергия изменяется при теплопередаче без совершения работы. Это важное условие явления теплопередачи, необходимо его внести в определение Теплообмена или теплопередачи («без совершения работы» или «самопроизвольно».)

Теплопередача – это явление передачи тепла от более горячего тела к более холодному без совершения работы.  Теплопередача – это явление самопроизвольной передачи тепла от более горячего тела к более холодному.

Воздух часть своей внутренней энергии передаёт телу человека, так как температура воздуха больше, чем температура человека.

Если воздух холодный, то тепло передаётся от тела человека к окружающему воздуху. Это не слишком приятно и с помощью тёплой одежды процесс теплообмена стараются ослабить.

Когда тело уже нагрето, мы не можем указать каким способом это было сделано.

Держа в руках нагретую стальную спицу, мы не можем сказать её нагрели, натирая спицу или помещая её в пламя.На Земле чисто механических явлений не существует, всегда часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию (хоть чуть-чуть).

Закрепляем новое

1. Деформированный текст

Заполните пропуски в тексте

Презентация к уроку физики 8 класс «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»

в презентации представлен материал по теме физика 8 класса по теме «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии» с элементами использования английского языка.

Просмотр содержимого документа
«Презентация к уроку физики 8 класс «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии»»

Тема урока: «Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии» физика 8 класс.

подготовила:

учитель физики

КГУ «Школа-лицей № 20 г. Темиртау»

Ветковская Н. А.

Взаимопроверка

1

Э

2

3

Н

4

Е

5

Р

Г

6

7

И

Я

Внутренняя энергия. Internal energy. Способы изменения внутренней энергии тела. Methods of changing the internal energy of the body.

1. what types of energy do you know?

2. in what units is energy measured?

ЭНЕРГИЯ

Кинетическая-

энергия движения

kinetic energy —

energy of motion

Потенциальная – энергия взаимодействия

potential energy —

interaction energy

Внутренняя энергия – это … .

Внутренняя энергия обозначается буквой … .

Единица измерения внутренней энергии … ..

• Заполните таблицу

• Начертите схему

Внутренняя энергия

зависит от

не зависит от

 

 

Способы изменения внутренней энергии

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/669b7971-e921-11dc-95ff-0800200c9a66/1_2.swf Внутренняя энергия –

кинетическая энергия движения молекул и потенциальная энергия их взаимодействия.

СПОСОБЫ ИЗМЕНЕНИЯ ВНУТРЕННЕЙ ЭНЕРГИИ

совершение работы

Теплопередача

accomplishment of work

heat transfer

Используйте выражения

In this case, the internal energy is changed by heat transfer

In this case, the internal energy is changed by doing the work

Examples of changes in internal energy

• Мука из-под жерновов выходит горячей
• Хлеб из печи выходит горячим
• Человек греет руки, потирая их
• Человек греет руки, дыша на них
• Спичка загорается в пламени свечи
• Гвоздь нагревается от ударов молотка
• При сверлении отверстия сверло нагревается
• Вода во время шторма всегда теплее, чем до него
• Нагревание термометра при измерении температуры человека
• Нагревание пилы во время пилки дров

Страница не найдена — Школа №5 г. Дубна

01.06.2021

Внимание родителям!

Открылась возможность перевода детей из одной образовательной организации в другую.

Более подробно о процедуре перевода ребенка оиз одной образовательной организации в другую вы можете познакомиться на странице сайта РОДИТЕЛЯМ

28.04.2021

В связи с объявленными нерабочими днями с 4 по 7 мая 2021 года внесены изменения в годовой календарный график на 2020-2021 учебный год и рабочие программы по предметам учебного плана.

Ознакомиться с приказом можно на странице Локальные акты

15.04.2021

Уважаемые родители! С 15 апреля 2021 начинается приемная компания  в образовательные организации на обучение по программам дополнительного образования.

Более подробную информацию вы можете посмотреть на странице

ЗАПИСЬ В КРУЖКИ

10.04.2021

13 апреля в нашей школе проводится акция «ОГЭ для родителей». Пригалашаем окунуться в атмосферу итоговой аттестации учащихся 9х классов и их родителей.

09.04.2021

Внимание учащихся 9 классов и их родителей!

Изменен порядок подачи заявлений на участие в основном государственном экзамене (ОГЭ).

Более подробную информацию можно посмотреть по ссылке

28.03.2021

Выпускникам 9 и 11 классов

Минпросвещения и Рособрнадзор объявили о решениях, которые приняты в отношении порядка проведения ЕГЭ и государственной итоговой аттестации выпускников 9 и 11 классов в 2021 году.  >>

Уважаемые родители!

Как освободить ребенка от посещения школы или детского сада, и каким образом ученики будут получать знания вне учебного заведения, читайте в материале портала Правительства Московской области

Уважаемые родители!

Информируем вас о том, что записаться на «Родительский контроль» — проект по оценке качества питания в школах — в Подмосковье теперь можно в режиме онлайн. Сделать это можно на Школьном портале региона. Регистрация проходит быстро — вся процедура займет не более трех минут.

— Нужно перейти во вкладку «Родительская»;
— Перейти в раздел «Школьное питание»;
— Выбрать желаемую дату и время;
— Нажать кнопку «Записаться».
Школа автоматически получит заявку и в назначенное время родителя будет ожидать классный руководитель или ответственный за питание.

Уважаемые родители!

Уважаемые родители !

В связи с тем, что порог заболеваемости учащихся гриппом и ОРВИ не превышает 20 %,

ШКОЛА РАБОТАЕТ В ШТАТНОМ РЕЖИМЕ.

Предстоящие каникулы начнутся в соответствии с годовым календарным графиком 31 октября 2020 года.

Берегите себя и наших детей, соблюдайте меры безопасности! Будьте здоровы!

Директор      В. И. Стенгач

График вакцинации от гриппа

Полная механическая энергия — урок. Физика, 8 класс.

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергии.

Полную механическую энергию рассматривают в тех случаях, когда действует закон сохранения энергии и она остаётся постоянной.

Если на движение тела не оказывают влияния внешние силы, например, нет взаимодействия с другими телами, нет силы трения или силы сопротивления движению, тогда полная механическая энергия тела остаётся неизменной во времени.

Eпот+Eкин=const

 

Разумеется, что в повседневной жизни не существует идеальной ситуации, в которой тело полностью сохраняло бы свою энергию, так как любое тело вокруг нас взаимодействует хотя бы с молекулами воздуха и сталкивается с сопротивлением воздуха. Но, если сила сопротивления очень мала и движение рассматривается в относительно коротком промежутке времени, тогда такую ситуацию можно приближённо считать теоретически идеальной.

Закон сохранения полной механической энергии обычно применяют при рассмотрении свободного падения тела, при его вертикальном подбрасывании или в случае колебаний тела.

Пример:

При вертикальном подбрасывании тела его полная механическая энергия не меняется, а кинетическая энергия тела переходит в потенциальную и наоборот.

Преобразование энергии отображено на рисунке и в таблице.

 

 

Точка нахождения тела	Потенциальная энергия	Кинетическая энергия	Полная механическая энергия
3) Самая верхняя  (h = max)	Eпот = m⋅g⋅h (max)	Eкин = 0	Eполная = m⋅g⋅h
2) Средняя  (h = средняя)	Eпот = m⋅g⋅h	Eкин = m⋅v22	Eполная=m⋅v22+m⋅g⋅h
1) Самая нижняя  (h = 0)	Eпот = 0	Eкин = m⋅v22 (max)	Eполная = m⋅v22

 

Исходя из того, что в начале движения величина кинетической энергии тела одинакова с величиной его потенциальной энергии в верхней точке траектории движения, для расчётов могут быть использованы ещё две формулы.

Если известна максимальная высота, на которую поднимается тело, тогда можно определить максимальную скорость движения по формуле:

 

 vmax=2⋅g⋅hmax.

 

Если известна максимальная скорость движения тела, тогда можно определить максимальную высоту, на которую поднимается тело, брошенное вверх, по такой формуле:

 

 hmax=vmax22g.

 

 

Чтобы отобразить преобразование энергии графически, можно использовать имитацию «Энергия в скейт-парке», в которой человек, катающийся на роликовой доске (скейтер) перемещается по рампе. Чтобы изобразить идеальный случай, предполагается, что не происходит потерь энергии в связи с трением. На рисунке показана рампа со скейтером, и далее на графике показана зависимость механической энергии от места положения скейтера на траектории.

 

 

На графике синей пунктирной линией показано изменение потенциальной энергии. В средней точке рампы потенциальная энергия равна \(нулю\). Зелёной пунктирной линией показано изменение кинетической энергии. В верхних точках рампы кинетическая энергия равна \(нулю\). Жёлто-зелёная линия изображает полную механическую энергию — сумму потенциальной и кинетической — в каждый момент движения и в каждой точке траектории. Как видно, она остаётся \(неизменной\) во всё время движения. Частота точек характеризует скорость движения — чем дальше точки расположены друг от друга, тем больше скорость движения.

 

 

На графике видно, что значение потенциальной энергии в начальной точке совпадает со значением кинетической энергии в середине рампы.

В реальной ситуации всегда происходят потери энергии, так как часть энергии выделяется в виде тепла под влиянием сил трения и сопротивления. 

Поэтому для того, чтобы автомобиль двигался с равномерной и неизменной скоростью, необходимо постоянно подводить дополнительную энергию, которая компенсировала бы энергетические потери.

Презентация — Тепловые явления — Способы изменения внутренней энергии

Слайды и текст этой онлайн презентации

Слайд 1

Тепловые явления
Способы изменения внутренней энергии

Слайд 2

Внутренняя энергия
Это совокупность потенциальных и кинетических энергий всех молекул, составляющих тело.
U = ∑EP + ∑Ek

Слайд 3

Способы изменения внутренней энергии
Работа Теплообмен

Слайд 4

Работа
Способ изменения внутренней энергии, когда над телом совершается работа.

Слайд 5

Теплообмен

Слайд 6

Теплопроводность

Слайд 7

Конвекция

Слайд 8

Излучение
Земля обогревается благодаря излучению Солнца
Тепло от огня распространяется во все стороны

Слайд 9

Количество теплоты
Изменение внутренней энергии в результате теплообмена.

Слайд 10

Количество теплоты
Q = c·m·(t2-t1), где с- удельная теплоемкость вещества (эксперимент, таблица)

Слайд 11

Тепловые явления
Энергия топлива

Слайд 12

Энергия топлива
Энергией топлива называется количество теплоты, выделяющееся при сгорании топлива

Слайд 13

Энергия топлива
Q
CO2

Слайд 14

Энергия топлива
Q = qm

Слайд 15

Энергия топлива пример решения задачи
Дано: Решение:
m = 100 кг Q = qm;
q = 29·106 Дж/кг Q = 29·106 Дж/кг· 100 кг =
______________ = 29·108 Дж
Q — ?
Ответ: Q = 9·108 Дж Ответ: Q = 9·108 Дж
Какое количество теплоты выделится при сгорании 100 кг каменного угля?

Слайд 16

Закон сохранения тепловой энергии
В замкнутой теплоизолированной системе внутренняя энергия остается постоянной. Q = Q1+Q2+…+Qn

Слайд 17

Тепловые явления
Изменения агрегатных состояний вещества

Слайд 18

Ж
Г
Т
плавление
кристаллизация
парообразование
конденсация
Десублимация
Сублимация

Слайд 19

Примеры процессов, при которых происходят агрегатные превращения вещества
Плавление — таяние льда

Слайд 20

Кристаллизация
Замерзание воды

Слайд 21

Парообразование
Испарение воды, выбрасываемой гейзером

Слайд 22

Конденсация
Образование облаков

Слайд 23

Сублимация
Например, графит можно нагреть до тысячи градусов, и тем не менее в жидкость он не превратится: он будет сублимироваться, т.е. из твёрдого состояния сразу переходить в газообразное. Все запахи, которыми обладают твёрдые тела, также обусловлены возгонкой: вылетая из твёрдого тела молекулы образуют над ним газ (или пар), который и вызывает ощущение запаха.

Слайд 24

Десублимация
Узоры на окнах

Слайд 25

Тепловые явления
Плавление и кристаллизация

Слайд 26

Плавление
Тело поглощает энергию. Молекулы начинают двигаться быстрее. Uвн тела возрастает.
Q

Слайд 27

Плавление

Слайд 28

Плавление
Плавление происходит при постоянной температуре (tпл — таблица). При плавлении температура тела остается постоянной в течение всего процесса. Вся поступающая к телу энергия расходуется на разрушение кристаллических связей.

Слайд 29

График плавления кристаллического вещества
По графику плавления вещества определите какое вещество плавится. Ответ: Алюминий

Слайд 30

Плавление
Количество теплоты при плавлении λ — удельная теплота плавления (эксперимент, таблица)
Q = λ·m

Слайд 31

Тепловые явления
Парообразование

Слайд 32

Парообразование

Слайд 33

Испарение
Испарение – парообразование с поверхности жидкости Скорость парообразования зависит от: Температуры тела; Площади поверхности испарения; Рода вещества; Наличие ветра.

Слайд 34

Насыщенный пар
Пар, который находится в динамическом равновесии со своей жидкостью. Динамическим равновесием называется состояние, при котором количество испарившихся молекул равно количеству сконденсировавшихся

Слайд 35

Кипение
Процесс бурного парообразования с образованием пузырьков внутри жидкости Понимающиеся пузырьки схлопываются перед кипением, что вызывает характерный шум жидкости перед закипанием.

Слайд 36

Температура кипения
Кипение происходит при постоянной температуре, называемой температурой кипения tºкип – эксперимент, таблица

Слайд 37

Кипение
Конденсация
При конденсации энергия выделяется за счет образования межмолекулярных связей
При кипении вся энергия, подводимая к телу, затрачивается на ослабление и разрушение межмолекулярных связей

Слайд 38

Удельная теплота парообразования
L – эксперимент, таблица
Определяет какое количество теплоты необходимо передать жидкости массой 1 кг, взятой при температуре кипения, для полного ее перехода в пар.

Слайд 39

Количество теплоты при парообразовании
Q = m L
Для нахождения количества теплоты при парообразовании произвольной массы данного вещества нужно массу вещества m, выраженную в кг, умножить на удельную теплоту парообразования L соответствующего вещества

Слайд 40

Пример решения задачи
Для приготовления чая турист взял 2 кг льда при температуре 0ºС. Сколько березовых дров необходимо сжечь, чтобы вскипятить полученную им воду.
Дано: Решение:
mл = 2 кг Q1 = mλ
λ=3,4·106 Дж/кг Q2 = cm (t2-t1)
с = 4200 Дж/кг·ºС Q3 = Lm
L = 2,3·106 Дж/кг Q4 = qm дров
t1 = 0ºC
t2 =100ºC Q4 = Q1+Q2+Q3
q = 29·106 Дж/кг _____________ qmдров = mλ+cm(t2-t1)+Lm
m дров — ? mдров =
Ответ: (получить самостоятельно) Ответ: (получить самостоятельно)

Разработка урока физики для 8 класса по теме «Внутренняя энергия»

1. Сегодня мы изучаем тему: “Внутренняя энергия. Способы изменения внутренней энергии тела”.

(И) Однако, перед тем как вы начнете работу с литературой, давайте немного подумаем о том, как, по-вашему, мнению, можно изменить внутреннюю энергию тела. Возьмите, пожалуйста, лист бумаги и ручку и в течении 1 минуты запишите все, что вы знаете об этом или вам кажется, что вы это знаете.

(Г) После того как вы закончили свои записи, обсудите их с товарищами в группе.

Заслушивание выдвинутых гипотез, заполнение столбца №1 “Бортового журнала” (таблица №1):

1.Предполагал	2.Установил экспериментально	3.Узнал из учебника

(Г)   Учитель: Систематизируем ваши гипотезы.

Но вначале  ответим на вопросы

— Что такое внутренняя энергия?

— Ее обозначения и единицы измерения.

— Кинетическая, потенциальная энергия.      

На эти вопросы я предлагаю вам ответить с помощью приема кластера

Проводится устная обратная связь с помощью приема «Две звезды, одно пожелание»

 Внесите коррективы в «Бортовой журнал».

Словесная оценка работы группы

 

Учитель: Вы выдвинули гипотезы.
А как проверить их правильность? 
Учащиеся отвечают. 
Какие эксперименты могли бы подтвердить ваши гипотезы? У вас 2 минуты на размышление.

(Г) После того, как учащиеся завершат свое обсуждение, и запишут свои идеи на листе бумаги, они получают карточки с заданиями – в помощь. 

Группы №1,2,3 – задание 1, группа №4 (сильные учащиеся) – задание 2.

Способы изменение внутренней энергии

(Г) Экспериментально-исследовательская  работа.

Учитель предлагает учащимся сверить свои идеи с результатами опытов. Для подтверждения выдвинутых гипотез необходимо провести физический эксперимент и подтвердить свои идеи. Презентация проведенных опытов: группа №1 выполняет опыт 1 и 2 , группа №2 выполняет опыт из вопроса 3 и 4, группа №3 выполняет опыт 5 и 6, группа №4 выполняет опыты согласно своему заданию.

По окончанию работы заполняется столбец №2 “Бортового журнала”.

Учитель: Обсудите в группе результаты опытов. Подготовьте общий ответ. (Презентация проведенных опытов.)

Взаимооценивание по дескриптору и устной обратной связи учащихся

Дескриптор:

— указывают на увеличение или уменьшение внутренней энергии;
— объясняют способ изменения за счет механической работы;
—  объясняют способ изменения в процессе теплопередачи.

Работа с учебником по новой теме.

(И)  Прием «Инсерт»

Чтение текстов II части параграфа «Механическая работа как способ изменения внутренней энергии» и  III части «Теплопередача как способ изменения внутренней энергии тела». Теперь пора перейти к изучению темы, сейчас вы будете читать текст. Однако по мере чтения вы должны будете делать пометки на полях. Пометки могут быть следующие:

• «+» — поставьте на полях, если то, что вы читаете, соответствует тому, что вы знаете;
• «–» — поставьте на полях, если то, что вы читаете, противоречит тому, что вы знали или думали, что это знаете;
• «V» — поставьте на полях, если то, что вы читаете, является новым;
• «?» – поставьте на полях, если то, что вы читаете, является непонятным или вы хотели бы получить более подробные сведения по данному вопросу.

Таким образом, в процессе чтения материала вы будете делать четыре типа пометок на полях, в соответствии со своими знаниями и пониманием. Теперь, пожалуйста, начните читать.

Корректировка знаний осуществляется с помощью маркировочной таблицы.

Теперь, когда вы прочли статью, остановитесь и подумайте, что вы прочли. Какие знания подтвердились, какие нет? А теперь каждый сделает индивидуальную таблицу пометок, с тем, чтобы занести полученную информацию по категориям.

Учитель: 

(Г) Обсудите в группе прочтенные материалы, по мере необходимости возвращаясь к тексту. Сначала рассмотрите те вопросы, по которым имелось всеобщее согласие. Затем, обсудите разногласия, и вопрос о том разрешила ли, полученная вами информация все противоречия и неясности. Подготовьте общий ответ.   Заполните столбец №3 “Бортового журнала”

Устная обратная связь учителя.

(К). Интерактивная лекция с видеороликами   превращения внутренней энергии

 отвечают на вопрос, описывают  изменения  внутренней энергии.

Методом «Диаграмма Вена» подведем графический итог, вспомнив цели урока             

 (Г)        

           Оценивание  методом   Сигнальных карт  

Зеленый- всё сделано правильно

Желтый – есть неточности

Красный – много ошибок      

    Закрепление теоретического материала

решение качественных задач для знатоков истории, литературы, астрономии, биологии и технологии.

Каждой группе предложены 3 конверта:

В желтом лежат задачи низкого уровня

В зеленом – задачи, требующие развернутого объяснения

В красном – задачи, с более аргументированным ответом, требующий знания, полученные на уроке и , может, помощи других источников (например, Интернета) .

Группа выбирает конверт

Выходит к слайдам представитель от группы и озвучивает ответ задачи на соответствующем слайде.

На слайде высвечивается образец правильного ответа и представители других групп оценивают методом «Большого пальца» .

Дескриптор:

— формулируют определения кинетической и потенциальной энергии;
— дают определение внутренней энергии;
— описывают способы изменения внутренней энергии;
— различают виды превращений внутренней энергии.

   Дифференцированное домашнее задание.

Учитель объясняет особенности выполнения домашней работы.

 

Эффективность человеческого тела — Физика тела: движение к метаболизму

Это сканирование с помощью фМРТ показывает повышенный уровень потребления энергии в зрительном центре мозга. Здесь пациента просили узнавать лица. Изображение предоставлено NIH через Wikimedia Commons

Все функции организма, от мышления до подъема тяжестей, требуют энергии. Многие мелкие мышечные движения, сопровождающие любую спокойную деятельность, от сна до чесания головы, в конечном итоге превращаются в тепловую энергию, как и менее заметные мышечные действия сердца, легких и пищеварительного тракта.Уровень , с которым организм использует энергию пищи для поддержания жизни и выполнения различных действий, называется скоростью метаболизма. Общий коэффициент преобразования энергии человека в состоянии покоя называется базальным уровнем метаболизма (BMR) и распределяется между различными системами в организме, как показано в следующей таблице:

Скорость основного обмена (BMR)

Орган	Мощность, потребляемая в состоянии покоя (Вт)	Потребление кислорода (мл / мин)	Процент BMR
Печень и селезенка	23	67	27
Мозг	16	47	19
Скелетная мышца	15	45	18
Почки	9	26	10
Сердце	6	17	7
Другое	16	48	19
Итого	85 Вт	250 мл / мин	100%

Наибольшая часть энергии идет в печень и селезенку, а затем в мозг.Около 75% калорий, сжигаемых за день, идет на эти основные функции. Полные 25% всей основной метаболической энергии, потребляемой организмом, используется для поддержания электрических потенциалов во всех живых клетках. (Нервные клетки используют этот электрический потенциал в нервных импульсах.) Эта биоэлектрическая энергия в конечном итоге становится в основном тепловой энергией, но некоторая часть используется для питания химических процессов, таких как почки и печень, а также при производстве жира. BMR является функцией возраста, пола, общей массы тела и количества мышечной массы (которая сжигает больше калорий, чем жировые отложения).Благодаря этому последнему фактору у спортсменов больше BMR. Конечно, во время интенсивных упражнений потребление энергии скелетными мышцами и сердцем заметно возрастает. Следующая диаграмма суммирует основные энергетические функции человеческого тела.

Самые основные функции человеческого тела сопоставлены с основными концепциями, рассматриваемыми в этом учебнике (химическая потенциальная энергия на самом деле является формой электрической потенциальной энергии, но мы не будем специально обсуждать электрическую потенциальную энергию в этом учебнике, поэтому мы разделили их.)

Тепло

Тело способно накапливать химическую потенциальную энергию и тепловую энергию внутри. Помня, что тепловая энергия — это просто кинетическая энергия атомов и молекул, мы признаем, что эти два типа энергии хранятся микроскопически и внутри тела. Поэтому мы часто объединяем эти два типа микроскопической энергии во внутреннюю энергию (

). Когда объект теплее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться от объекта к окружению, но если объект холоднее, чем его окружение, тогда тепловая энергия будет передаваться объекту из его окружения.Количество тепловой энергии, обмениваемой из-за разницы температур, часто называют теплом (). Когда тепло передается из тела в окружающую среду, мы говорим, что это тепло выхлопных газов, как показано на предыдущем рисунке. Мы узнаем больше о том, как связаны температура и теплопередача, в следующем разделе.

Энергосбережение

Принцип сохранения энергии гласит, что энергия не может быть создана или уничтожена. Следовательно, если тело выполняет полезную работу по передаче механической энергии своему окружению (

) или передаче тепловой энергии окружающей среде в виде тепла, то эта энергия должна исходить из внутренней энергии тела.Мы наблюдаем это повсюду в природе как Первый закон термодинамики:

.

(1)

Тепловые двигатели

Ваше тело использует химическую потенциальную энергию, хранящуюся внутри, для работы, и этот процесс также генерирует тепловую энергию, которую вы выделяете в виде тепла выхлопных газов. Двигатели внутреннего сгорания, которыми оснащено большинство автомобилей, работают аналогичным образом, преобразуя химическую потенциальную энергию топлива в тепловую энергию посредством сгорания, затем преобразуя часть тепловой энергии в полезную работу и сбрасывая часть в тепло выхлопных газов.Ваше тело способно высвобождать химическую потенциальную энергию из вашей пищи без сгорания, что хорошо, потому что вы не можете использовать тепловую энергию вашей внутренней энергии для выполнения работы. Машины, которые могут использовать тепловую энергию для работы, например двигатель внутреннего сгорания, известны как тепловые двигатели. Тепловые двигатели по-прежнему подчиняются Первому закону термодинамики, поэтому любое тепло выхлопных газов должно быть тепловой энергией, которая не использовалась для работы. Тепловая энергия, которую можно использовать для работы, а не тратить впустую в виде тепла выхлопных газов, определяет эффективность теплового двигателя.

Эффективность человеческого тела в преобразовании химической потенциальной энергии в полезную работу известна как механическая эффективность тела. Мы часто вычисляем механический КПД тела в процентах:

(2)

Механическая эффективность тела ограничена, потому что энергия, используемая для метаболических процессов, не может использоваться для полезной работы. Дополнительная тепловая энергия, генерируемая во время химических реакций, приводящих в действие мышечные сокращения наряду с трением в суставах и других тканях, еще больше снижает эффективность людей..

«Увы, наши тела не 100 % эффективны в преобразовании энергии пищи в механическую продукцию. Но при эффективности около 25 % , мы удивительно хороши, учитывая, что большинство автомобилей составляет около 20 % , и что кукурузное поле Айовы эффективно преобразовывает поступающий солнечный свет в химические хранилища [потенциальной энергии] только на 1,5 % . ” Для превосходного обсуждения механической эффективности человека и сравнения с другими машинами и источниками топлива см. MPG of a Human Тома Мерфи, источника предыдущей цитаты.

Повседневный пример: энергия для подъема по лестнице

Если предположить, что механический КПД при подъеме по лестнице составляет 20%, насколько уменьшится ваша внутренняя энергия, когда человек массой 65 кг и поднимется по лестнице высотой 15 м и ? Сколько тепловой энергии человек передает в окружающую среду в виде тепла выхлопных газов?

Во-первых, давайте вычислим изменение гравитационной потенциальной энергии:

Человек действительно работал над преобразованием химической потенциальной энергии своего тела в механическую энергию, в частности, в потенциальную гравитационную энергию.Однако их эффективность составляет всего 20%, а это означает, что только 1/5 химической потенциальной энергии, которую они используют, идет на полезную работу. Следовательно, изменение химической потенциальной энергии должно быть в 5 раз больше, чем мощность механической работы

.

Используемая химическая потенциальная энергия возникла из внутренней энергии человека, поэтому:

Мы можем использовать Первый закон термодинамики, чтобы найти тепловую энергию, исчерпываемую человеком:

(3)

Перестановка для

:

Мы обнаружили, что тепло отрицательно, что имеет смысл, потому что человек истощает тепловую энергию из тела в окружающую среду, поднимаясь по лестнице.

В качестве альтернативы, мы могли бы знать сразу, что выхлопное тепло должно составлять 4/5 от общей потери внутренней энергии, потому что только 1/5 идет на выполнение полезной работы. Итак, тепло выхлопа должно быть:

По историческим причинам мы часто измеряем тепловую энергию и тепло в единицах калорий ( кал ), а не в джоулях. Есть 4,184 Джоулей на калорию. Мы измеряем химическую потенциальную энергию, хранящуюся в пище, в единицах 1000 калорий, или килокалорий ( ккал, ), и иногда мы записываем килокалории как калории ( Cal ) с заглавной буквы C вместо строчной c .Например, бублик с 350 кал содержит 350 ккал или 350 000 кал . Если перевести в Джоули, это будет бублик.

Примеры на каждый день

Какую долю бублика вам нужно съесть, чтобы восполнить потерю внутренней энергии (в виде химической потенциальной энергии) 47 775 Дж , которую мы рассчитали в предыдущем повседневном примере с подъемом по лестнице?

Есть 1,464,400 J / бублик

Следовательно нам нужно съесть:

Пульсоксиметр — это прибор, который измеряет количество кислорода в крови.Оксиметры можно использовать для определения скорости метаболизма человека, то есть скорости преобразования пищевой энергии в другую форму. Такие измерения могут указывать на уровень спортивной подготовки, а также на наличие определенных медицинских проблем. (кредит: UusiAjaja, Wikimedia Commons)

Пищеварительный процесс — это в основном процесс окисления пищи, поэтому потребление энергии прямо пропорционально потреблению кислорода. Таким образом, мы можем определить реальную энергию, потребляемую во время различных видов деятельности, измеряя использование кислорода.В следующей таблице показаны уровни потребления кислорода и соответствующей энергии для различных видов деятельности.

Нормы потребления энергии и кислорода в среднем для мужчин 76 кг

Деятельность	Энергопотребление в ваттах	Расход кислорода в литрах O 2 / мин
Спящий	83	0,24
Сидят в состоянии покоя	120	0.34
Стоя расслабленно	125	0,36
Сидят в классе	210	0,60
Ходьба (5 км / ч)	280	0,80
Езда на велосипеде (13–18 км / ч)	400	1,14
Дрожь	425	1,21
Игра в теннис	440	1,26
Плавание брасс	475	1.36
Каток (14,5 км / ч)	545	1,56
Подъем по лестнице (116 об / мин)	685	1,96
Езда на велосипеде (21 км / ч)	700	2,00
Бег по пересеченной местности	740	2,12
Играющий в баскетбол	800	2,28
Велоспорт, профессиональный гонщик	1855	5.30
Спринт	2415	6,90

Примеры на каждый день: снова восхождение по лестнице

В предыдущих примерах мы предполагали, что наша механическая эффективность при подъеме по лестнице составляет 20%. Давайте воспользуемся данными из приведенной выше таблицы, чтобы проверить это предположение. Данные в таблице приведены для человека весом 76 кг и , который поднимался по 116 ступеням в минуту. Давайте посчитаем скорость, с которой этот человек выполнял механическую работу, поднимаясь по лестнице, и сравним скорость, с которой он израсходовал внутреннюю энергию (первоначально из пищи).

Минимальная стандартная высота ступеньки в США составляет 6,0 дюймов (0,15 м ), тогда потенциальная гравитационная энергия человека весом 76 кг будет увеличиваться на 130 Дж с каждым шагом, как рассчитано ниже:

При подъеме по 116 ступеням в минуту скорость использования энергии или мощности будет:

Согласно нашей таблице данных, тело использует 685 Вт для подъема по лестнице с такой скоростью. Подсчитаем КПД:

В процентном отношении этот человек имеет 32% механической эффективности при подъеме по лестнице.Возможно, мы недооценили в предыдущих примерах, когда предполагали, что эффективность подъема по лестнице составляет 20%.

Мы часто говорим о «сжигании» калорий, чтобы похудеть, но что это на самом деле означает с научной точки зрения ?. Во-первых, мы действительно имеем в виду потерю массы, потому что это мера того, сколько веществ находится в нашем теле, а вес зависит от того, где вы находитесь (на Луне все по-другому). Во-вторых, наши тела не могут просто обмениваться массой и энергией — это разные физические величины и даже не одинаковые единицы.Так как же нам похудеть, тренируясь? На самом деле мы не удаляем атомы и молекулы, из которых состоят такие ткани тела, как жир, «сжигая» их. Вместо этого мы расщепляем молекулы жира на более мелкие молекулы, а затем разрываем связи внутри этих молекул, высвобождая потенциальную химическую энергию, которую мы в конечном итоге преобразуем в работу и отводим тепло. Атомы и более мелкие молекулы, образовавшиеся в результате разрыва связей, объединяются, образуя углекислый газ и водяной пар (CO ₂ и H ₂ O), и мы выдыхаем их.Мы также выделяем небольшое количество H ₂ O с потом и мочой. Процесс похож на сжигание дров в костре — в итоге у вас остается намного меньше массы золы, чем у оригинальной древесины. Куда делась остальная масса? В воздух как CO ₂ и H ₂ O. То же самое верно и для топлива, сжигаемого вашей машиной. Подробнее об этой концепции смотрите в первом видео ниже. Поистине удивительный факт заключается в том, что ваше тело завершает этот химический процесс без чрезмерных температур, связанных с сжиганием древесины или топлива, которые могут повредить ваши ткани.Уловка организма заключается в использовании ферментов, которые представляют собой узкоспециализированные молекулы, которые действуют как катализаторы для повышения скорости и эффективности химических реакций, как описано и анимировано в начале второго видео ниже.

Подобно эффективности тела, эффективность любого энергетического процесса может быть описана как количество энергии, преобразованной из входной формы в желаемую форму, деленное на исходное входное количество.Следующая диаграмма показывает эффективность различных систем при преобразовании энергии в различные формы. Диаграмма не учитывает стоимость, риск опасности или воздействие на окружающую среду, связанное с требуемым топливом, строительством, техническим обслуживанием и побочными продуктами каждой системы.

Эффективность человеческого тела по сравнению с другими системами

Система	Форма ввода энергии	Желаемая форма вывода	Максимальная эффективность
Человеческое тело	Химический потенциал	Механический	25%
Автомобильный двигатель	Химический потенциал	Механический	25%
Турбинные электростанции Stream, работающие на угле / нефти / газе	Химический потенциал	Электрооборудование	47%
Газовые электростанции комбинированного цикла	Химический потенциал	Электрооборудование	58%
Биомасса / Биогаз	кинетическая	Электрооборудование	40%
Ядерная	кинетическая	Электрооборудование	36%
Солнечно-фотоэлектрическая электростанция	Солнечный свет (электромагнитный)	Электрооборудование	15%
Солнечно-тепловая электростанция	Солнечный свет (электромагнитный)	Электрооборудование	23%
Гидроэлектростанции и приливные электростанции	Гравитационный потенциал	Электрооборудование	90% +

Проверьте вкладку энергетических систем в этом моделировании, чтобы визуализировать различные системы преобразования энергии

Учебное пособие по системам тела

Последнее обновление: 27 декабря 2020 г.

Вы когда-нибудь задумывались, как переваривается ваша пища, как вы можете дышать или даже двигать руками? Если задуматься, то удивительно, что человеческое тело может делать все это и даже больше.Эти действия становятся возможными благодаря так называемым системам органов, которые представляют собой совокупность органов, частей тела и тканей, которые работают вместе для достижения общей цели. Например, каждая из ваших костей является частью скелетной системы; они работают сообща, чтобы обеспечить поддержку и движение, чтобы вы могли ходить и бегать. Ваши кости также работают вместе, чтобы защитить важные внутренние органы, такие как сердце, легкие и мозг. Другие системы органов, присутствующие в вашем теле, — это кровеносная, дыхательная, мышечная, пищеварительная, покровная, эндокринная, репродуктивная и нервная системы.У всех этих систем есть определенные функции, но они не могут функционировать независимо. Для правильной работы они полагаются на все другие системы. Каждая система очень важна, и они есть у каждого человека. Ниже вы найдете краткий обзор каждой системы тела, а также полезные учебные ссылки для взрослых и учебные ссылки для учителей.

Система кровообращения

Система кровообращения состоит из сердца и кровеносных сосудов, которые охватывают все артерии, вены и капилляры.Артерии несут насыщенную кислородом кровь от сердца, а вены возвращают дезоксигенированную кровь обратно в сердце. Основное предназначение системы кровообращения — транспортировка крови, кислорода, питательных веществ и гормонов к различным клеткам и тканям по всему телу и от них. Эта система работает рука об руку с дыхательной системой, облегчая обмен кислорода и углекислого газа в крови через альвеолы ​​в легких. Это также очень важно для удаления шлаков и ядов из организма через пищеварительную и мочевыделительную системы.

• Project Heart kids — Система кровообращения: Красивая анимация, показывающая, как работает система кровообращения.
• Ваша сердечно-сосудистая система: Дети, которые хотят больше узнать о сердечно-сосудистой системе и о том, что это такое, могут перейти по этой ссылке. На этой странице читатели узнают больше о сердце, кровотоке и о том, как кровь получает кислород!
• Распечатка человеческого сердца: На этой странице открывается распечатка человеческого сердца, которую можно раскрасить.На распечатке помечены различные части сердца.
• Введение в систему кровообращения: Серия планов уроков для изучения системы кровообращения. Кровеносные сосуды и то, как проверить пульс, являются частью предоставленных планов уроков.
• Плывите по системе кровообращения игра: Сыграйте в эту игру, чтобы узнать больше о кровеносной системе.
• Все о сердце для детей: Посмотрите отличный видеоролик о сердце и системе кровообращения.После просмотра видео дети тоже могут прочитать все об этом.

Дыхательная система

Дыхательная система в основном состоит из трахеи, бронхов, бронхиол, альвеол, легких и диафрагмы. Его основные функции — поглощать кислород при вдыхании (вдохе) воздуха и выводить углекислый газ обратно в атмосферу при выдохе (выдохе). Этот процесс обычно называют вентиляцией, иначе называемой дыханием, которая способствует обмену кислорода и углекислого газа между легкими и атмосферой.В легких кислород и углекислый газ обмениваются через альвеолы, которые представляют собой крошечные воздушные мешочки, в которых происходит это действие. Во время этого процесса вновь насыщенная кислородом кровь перекачивается через систему кровообращения через сердце ко всем клеткам, тканям и органам по всему телу.

• Дыхательная система: Образовательная информация предоставлена ​​NIH. Включает обзор дыхательной системы, того, что происходит, когда вы дышите, что контролирует ваше дыхание, а также заболеваний и состояний легких.
• Внутреннее тело: Дыхательная система: Включает 2D и 3D интерактивный исследователь анатомии дыхательной системы. Предоставляет информацию о каждом отделе дыхательной системы и обзор того, как все это работает вместе.
• План урока в начальной школе по дыхательной системе: План урока в начальной школе по дыхательной системе. План урока включает части от части A до части D.
• Дыхательная система: Посмотрите краткое видео о дыхательной системе.Видео для детей пятого класса.
• Поисковая энциклопедия Kidz: Дыхательная система: Информация о дыхательной системе в удобном для понимания формате. Предоставляет образовательную информацию по основам дыхательной системы, включая дыхание, газообмен и клеточное дыхание.

Скелетная система

Скелетная система состоит в общей сложности из 206 костей и состоит из нескольких различных типов костей, таких как длинные, короткие, плоские, неправильные и сесамовидные.Он также состоит из всех суставов, хрящей, сухожилий и связок внутри тела. Основные функции скелетной системы — движение, поддержка тела и защита внутренних органов, таких как мозг, сердце и легкие. Кости также отвечают за производство эритроцитов, тромбоцитов и большинства лейкоцитов. Минералы, такие как кальций, железо, магний и фосфор, также хранятся в костях, причем здесь хранится 99% кальция в организме.

• Скелетная система человека: Узнайте о компонентах скелетной системы, типах костей и типах суставов.
• Системы: Скелетная система: Узнайте о скелетной системе изнутри и снаружи, нажав на эту ссылку. Читая эту страницу, люди также могут узнать, что делает скелетная система и как она взаимодействует с другими системами организма.
• Изучите костную систему: отметьте кости: Интерактивная игра для 4 и 5 классов, которая позволяет детям маркировать различные кости скелетной системы.
• Человеческое тело: Распечатка человеческого скелета: Дети могут попросить родителей распечатать этот скелет для раскрашивания или раскрасить онлайн.Имеются места для маркировки различных частей.
• Задание на подбор скелетов: Может быть интересно узнать об общих и собственных названиях костей. Распечатайте этот PDF-файл и соедините общие названия костей с именами собственными.
• Скелетная система: Прочтите о трех основных функциях, которые выполняет скелетная система. По этой ссылке также указано, сколько костей в человеческом теле.

Мышечная система

Мышечная система состоит из 650 скелетных, гладких (висцеральных) и сердечных (миокард) мышц.Основные функции этой системы — движение, стабилизация суставов, выработка тепла, поддержание осанки и облегчение кровообращения. Скелетные мышцы соединяются с костью и работают рука об руку со скелетной системой, чтобы контролировать произвольные движения, такие как ходьба и бег. Гладкие мышцы — это непроизвольные мышцы, которые отвечают за сокращение полых мышц, включая желудок, кишечник, мочевой пузырь и матку. Сердечная мышца — это непроизвольная мышца, которая находится только в сердце и способствует циркуляции крови, перекачивая ее в основные артерии и выводя ее в организм через систему кровообращения.

• Мышечная система: Факты, функции и заболевания: дает образовательный обзор мышечной системы человека. Включает краткую информацию о заболеваниях мышечной системы.
• Здоровье детей: Ваши мышцы: Простой для понимания обучающий обзор мышечной системы.
• Внутреннее тело: мышечная система: Предоставляет более подробную информацию о мышечной системе. Включает в себя интерактивный 2D и 3D анатомический исследователь.
• Мышечные упражнения для детей: Коллекция занятий в классе и домашней школе, а также планы уроков, которые рассказывают детям о своих мышцах.

Пищеварительная система

Пищеварительная система состоит в основном из желудочно-кишечного тракта (пищеварительного тракта), который включает ротовую полость, пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник (толстую кишку). Печень, желчный пузырь и поджелудочная железа также являются частью этой системы и отвечают за химический распад съеденной пищи.Основные функции пищеварительной системы — пищеварение, абсорбция и удаление шлаков. Пищеварение — это расщепление пищи механическими и ферментативными процессами на вещества, которые могут быть использованы организмом. Всасывание происходит в основном в тонком кишечнике и представляет собой процесс, посредством которого витамины, минералы, углеводы, жиры и белки передаются в кровь для получения энергии. Непереваренные и бесполезные питательные вещества из пищи попадают в толстую кишку и выводятся как отходы.Толстый кишечник также является местом, где большая часть воды и натрия всасывается в организм для использования.

• Ваша пищеварительная система и как она работает: Более подробно рассмотрите, как работает пищеварительная система, почему она важна и что происходит с вашей пищей, когда она проходит через пищеварительную систему.
• Здоровье детей: Пищеварительная система: Нажмите на эту ссылку, чтобы посмотреть интересное видео о пищеварительной системе.
• Science bob: Пищеварительная система: Узнайте о девяти основных этапах, которые проходит пищеварительная система человека.
• Помогите Арнольду найти его органы game: Онлайн-игра, в которой дети помогают Арнольду с его пищеварительной системой. Органы перемещаются в правильное место на теле персонажа.
• Анимация пищеварительной системы: Видео, показывающее, как работает пищеварительная система, у детей 3–12 классов.

Нервная система

Нервная система состоит из двух основных частей: центральной нервной системы (ЦНС) и периферической нервной системы (ПНС).Центральная нервная система состоит из головного и спинного мозга и действует как основная система управления телом. Периферическая нервная система состоит из всех нервов и ганглиев (скоплений нервных клеток), находящихся за пределами центральной нервной системы; его роль заключается в получении информации от различных стимулов и отправке ее в мозг. Основное назначение нервной системы — получение информации изнутри тела и / или из внешней среды (ПНС) и определение того, как организм реагирует на любые изменения (ЦНС).Примером этого может быть укол пальца иглой, ваше тело немедленно оторвет ваш палец в ответ на болезненные раздражители. Эта система также регулирует основные функции организма, такие как дыхание, артериальное давление, пищеварение и контроль температуры тела.

• Как работает нервная система ?: Образовательный обзор нервной системы от NIH.
• Моделирование нервной системы: Сделайте нейрон из глины, следуя инструкциям на этой странице.Направления для модели предназначены для детей с третьего по 12 класс.
• Мозг и нервная система: Предоставляет детям доступную для понимания информацию о нервной системе. Включает слайд-шоу о различных частях мозга, анатомии нервной системы, ее работе и заболеваниях этой системы.
• Здоровье детей: нервная система: Узнайте все о нервной системе, щелкнув ссылку на Сеть здоровья женщин и детей.В статье даже объясняется, как поддерживать работоспособность центральной нервной системы!
• Системы человеческого тела для детей: На этой странице дети могут узнать все о различных системах организма. Последняя система, описанная в этом PDF-документе, — нервная система.

Эндокринная система

Эндокринная система в основном состоит из гипоталамуса, щитовидной железы, паращитовидной железы, гипофиза, эпифиза, надпочечников, поджелудочной железы и репродуктивных желез.Основная функция этой системы — помочь регулировать и поддерживать различные функции организма, высвобождая гормоны в кровоток для поддержания гомеостаза. Гомеостаз — это условие поддержания баланса внутри тела по отношению к внешней среде и жизненно важно для жизни. Гормоны — это химические вещества, вырабатываемые железой или железами для воздействия на другие части тела. Вместе эти железы отвечают за рост и развитие, дыхание и частоту сердечных сокращений, репродуктивную функцию, метаболизм, настроение, сон, функцию тканей, пищеварение, высвобождение инсулина и многое другое.

• Эндокринные железы: Предоставляет видео с обращением к каждой эндокринной железе в организме, как она работает и где расположены железы. Он также дает обзор эндокринной системы.
• Здоровье подростков: Эндокринная система: Предоставляет образовательную информацию для подростков относительно каждой железы и гормонов, которые они вырабатывают. Включает обзор эндокринной системы, а также общие заболевания.
• Деятельность: Эндокринная система: Лист активности для печати по маркировке эндокринных желез.
• Поисковая энциклопедия Kidz: Факты об эндокринной системе: Включает образовательную информацию об эндокринных железах, гормонах, которые они выделяют, и их местонахождении.
• Практическое занятие: Волнение эндокринной системы: План деятельности для учителей. Эта игра учит студентов взаимодействию гормонов и рецепторов в эндокринной системе.

Покровная система

Покровная система состоит из кожи, потовых и сальных желез, ногтей и волос.Кожа — самый большой орган в организме, состоящий из трех слоев: эпидермиса, дермы и подкожной клетчатки. Эта система выполняет несколько функций, которые жизненно важны для поддержания гомеостаза. Эти функции: защита внутренних органов и тканей организма; защита от обезвоживания за счет удержания жидкостей организма; защита от инфекционных организмов; поддержание нормальной температуры тела; место рецептора давления, ощущений, боли и температуры; выведение шлаков через потоотделение; хранение жира, воды и глюкозы; производство витамина D.Волосы помогают защитить кожу от ультрафиолетового излучения, а ногти защищают от травм и поддерживают кончики пальцев рук и ног.

• Физиопедия: Покровная система: Предоставляет общую информацию об этой системе, включая структуру кожи и различных слоев. Также включен обучающий видеоролик о покровных функциях и анатомии.
• Здоровье детей: Ваша кожа: Образовательная информация о каждом слое кожи в удобном для понимания формате.
• Что вас накрывает? И почему ?: План урока для учителей, поощряющий изучение четырех функций кожи.
• Схема покровной системы человека: Инфографическая схема покровной системы человека. Также содержит основную информацию об этой системе.

Мочевыделительная система

Мочевыделительная система состоит из почек, мочеточников, мочевого пузыря и уретры. Почки фильтруют и удаляют лишнюю жидкость, токсины и отходы из кровотока в виде мочи.Ежедневно эта система производит не менее 1-2 литров мочи. Другие основные функции мочевыделительной системы — поддержание относительного состояния гомеостаза организма путем поддержания баланса уровней электролитов, выработки гормонов, регулирующих кровяное давление, выработки красных кровяных телец и помощи в поддержании здоровья костей за счет поддержания необходимого количества фосфора и кальций в организме.

• Мочевыводящие пути и как они работают: Образовательная информация от NIH об этой системе и ее функциях.
• Анатомия мочевыделительной системы: Предоставляет анатомическую информацию о каждом органе внутри системы.
• Здоровье детей: Ваша мочевыделительная система: Предоставляет детям информацию об этой системе в удобном для понимания формате.
• Как работает мочевыводящая система: Развивающее и веселое видео для детей о мочевыводящей системе и о том, как она работает.
• Это может быть неприятно, но кто-то должен этому научить …: План урока и деятельность учителя по выделительной системе, ориентированные на учеников начальной школы.

Лимфатическая система

Лимфатическая система состоит из лимфатических сосудов, миндалин, аденоидов, селезенки и вилочковой железы. Лимфатические сосуды похожи на капилляры и вены системы кровообращения и связаны с сотнями лимфатических узлов в организме. Лимфатические узлы производят и хранят клетки, которые борются с инфекциями и болезнями. Миндалины поглощают бактерии и вирусы, которые проникают через рот и нос и считаются первой линией защиты иммунной системы.Селезенка — самый большой лимфатический орган, он отвечает за производство как красных, так и белых кровяных телец и помогает обнаруживать опасные микроорганизмы, вирусы и бактерии в крови. Как часть иммунной системы, основная функция лимфатической системы заключается в транспортировке прозрачной и бесцветной жидкости для борьбы с инфекциями, называемой лимфой, которая содержит лейкоциты, по всему телу через лимфатические сосуды. Другие функции этой системы — поглощение жиров и жирорастворимых витаминов из пищеварительной системы и транспортировка их в кровоток, восстановление избытка белков и межклеточных жидкостей в крови и помощь в избавлении организма от токсичных побочных продуктов.

• Ваша иммунная система: Информация от CDC о каждом органе лимфатической системы, где он находится и что они производят.
• Здоровье подростков: Селезенка и лимфатическая система: Предоставляет информацию об основной анатомии лимфатической системы, о том, как она работает, и о болезненных состояниях, связанных с этой системой.
• Лимфатическая система: Crash coourse: Образовательное и забавное видео о лимфатической системе. Предоставляет расшифровку видео для слабослышащих.
• Защитник иммунной системы: Веселая интерактивная развивающая онлайн-игра для детей.

Репродуктивная система

Репродуктивная система мужчин состоит из полового члена, мошонки и яичек, а у женщин — яичников, маточных труб, матки, влагалища, груди и молочных желез. Вместе есть четыре основные функции репродуктивной системы: производство гормонов, таких как тестостерон, прогестерон и эстроген; производство яйцеклеток и сперматозоидов; поддержание и транспортировка этих клеток; и развитие и воспитание потомства.Эта система жизненно важна для выживания человеческого вида за счет создания новой жизни.

• Органы репродуктивной системы: Обзор описания и функций мужских и женских репродуктивных органов.
• Здоровье подростков: мужская репродуктивная система: Предоставляет образовательную информацию для мальчиков-подростков о мужской репродуктивной системе в удобном для понимания формате.
• Здоровье подростков: Женская репродуктивная система: Предоставляет образовательную информацию для девочек-подростков о женской репродуктивной системе.

См. Также нашу диаграмму анатомии сердца для получения конкретной информации о сердце. Проверьте наш 100% онлайн-курс и аккредитованный курс ACLS для получения сертификата.

11.2 Тепло, удельная теплоемкость и теплопередача — физика

Теплообмен, удельная теплоемкость и теплоемкость

В предыдущем разделе мы узнали, что температура пропорциональна средней кинетической энергии атомов и молекул в веществе, и что средняя внутренняя кинетическая энергия вещества тем выше, чем выше температура вещества.

Если два объекта с разной температурой соприкасаются друг с другом, энергия передается от более горячего объекта (то есть объекта с более высокой температурой) к более холодному (с более низкой температурой) объекту, пока оба объекта не будут иметь одинаковую температуру. . При равенстве температур нетто-передачи тепла, поскольку количество тепла, передаваемого от одного объекта к другому, равно количеству возвращенного тепла. Одним из основных эффектов теплопередачи является изменение температуры: нагревание увеличивает температуру, а охлаждение снижает ее.Эксперименты показывают, что тепло, передаваемое веществу или от него, зависит от трех факторов: изменения температуры вещества, массы вещества и определенных физических свойств, связанных с фазой вещества.

Уравнение теплопередачи Q равно

Q = mcΔT, Q = mcΔT,

11,7

, где м — масса вещества, а Δ T — изменение его температуры в градусах Цельсия или Кельвина. Обозначение c обозначает удельную теплоемкость и зависит от материала и фазы.Удельная теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры 1,00 кг массы на 1,00 ºC. Удельная теплоемкость c — это свойство вещества; его единица СИ — Дж / (кг К) или Дж / (кг ° C ° C). Изменение температуры (ΔTΔT) одинаково в кельвинах и градусах Цельсия (но не в градусах Фаренгейта). Удельная теплоемкость тесно связана с понятием теплоемкости. Теплоемкость — это количество тепла, необходимое для изменения температуры вещества на 1,00 ° C ° C.В форме уравнения теплоемкость C равна C = mcC = mc, где m — масса, а c — удельная теплоемкость. Обратите внимание, что теплоемкость такая же, как и удельная теплоемкость, но без какой-либо зависимости от массы. Следовательно, два объекта, состоящие из одного и того же материала, но с разной массой, будут иметь разную теплоемкость. Это связано с тем, что теплоемкость — это свойство объекта, а удельная теплоемкость — это свойство любого объекта , изготовленного из того же материала.

Значения удельной теплоемкости необходимо искать в таблицах, потому что нет простого способа их вычислить.В таблице 11.2 приведены значения удельной теплоемкости для некоторых веществ в качестве справочной информации. Из этой таблицы видно, что удельная теплоемкость воды в пять раз больше, чем у стекла, а это означает, что для повышения температуры 1 кг воды требуется в пять раз больше тепла, чем для повышения температуры 1 кг стекла тем же самым способом. количество градусов.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Объясните, что эта формула работает только тогда, когда фаза вещества не меняется.Передача тепловой энергии, тепла и фазовый переход будут рассмотрены позже в этой главе.

Предупреждение о заблуждении

Единицы измерения удельной теплоемкости — Дж / (кг ° C⋅ ° C) и Дж / (кг K). Однако градусы Цельсия и Кельвина не всегда взаимозаменяемы. В формуле для удельной теплоемкости используется разница в температуре, а не абсолютная температура. Это причина того, что градусы Цельсия могут использоваться вместо Кельвина.

Вещества	Удельная теплоемкость ( c )
Твердые вещества	Дж / (кг ° C⋅ ° C)
Алюминий	900
Асбест	800
Бетон, гранит (средний)	840
Медь	387
Стекло	840
Золото	129
Тело человека (среднее)	3500
Лед (средний)	2090
Чугун, сталь	452
Свинец	128
Серебро	235
Дерево	1700
Жидкости
Бензол	1740
Этанол	2450
Глицерин	2410
Меркурий	139
Вода	4186
Газы (при постоянном давлении 1 атм)
Воздух (сухой)	1015
Аммиак	2190
Двуокись углерода	833
Азот	1040
Кислород	913
Пар	2020

Таблица 11.2 Удельная теплоемкость различных веществ.

Snap Lab

Изменение температуры земли и воды

Что нагревается быстрее, земля или вода? Вы ответите на этот вопрос, проведя измерения для изучения различий в удельной теплоемкости.

• Открытое пламя. Соберите все распущенные волосы и одежду перед тем, как зажечь открытое пламя. Следуйте всем инструкциям своего учителя о том, как зажечь пламя. Никогда не оставляйте открытое пламя без присмотра. Знайте расположение противопожарного оборудования в лаборатории.

• Песок или грунт
• Вода
• Духовка или тепловая лампа
• Две маленькие баночки
• Два термометра

Инструкции

Процедура

1. Поместите равные массы сухого песка (или почвы) и воды одинаковой температуры в две небольшие банки. (Средняя плотность почвы или песка примерно в 1,6 раза больше плотности воды, поэтому вы можете получить равные массы, используя на 50 процентов больше воды по объему.)
2. Нагрейте оба вещества (с помощью духовки или нагревательной лампы) в течение одинакового времени.
3. Запишите конечные температуры двух масс.
4. Теперь доведите обе банки до одинаковой температуры, нагревая в течение более длительного периода времени.
5. Снимите банки с источника тепла и измеряйте их температуру каждые 5 минут в течение примерно 30 минут.

Проверка захвата

Потребовалось больше времени, чтобы нагреть воду или песок / почву до той же температуры? Какой образец остыл дольше? Что этот эксперимент говорит нам о том, как удельная теплоемкость воды по сравнению с удельной теплотой земли?

1. Песок / почва нагревается и остывает дольше.Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
2. Песок / почва нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.
3. Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость земли больше, чем у воды.
4. Вода нагревается и остывает дольше. Это говорит нам о том, что удельная теплоемкость воды больше, чем у земли.

Проводимость, конвекция и излучение

При разнице температур происходит теплопередача. Передача тепла может происходить быстро, например, через сковороду, или медленно, например, через стенки изолированного холодильника.

Существует три различных метода теплопередачи: теплопроводность, конвекция и излучение. Иногда все три могут происходить одновременно. См. Рисунок 11.3.

Рис. 11.3 В камине передача тепла происходит всеми тремя способами: теплопроводностью, конвекцией и излучением.Излучение отвечает за большую часть тепла, передаваемого в комнату. Передача тепла также происходит через теплопроводность в комнату, но гораздо медленнее. Теплообмен за счет конвекции также происходит через холодный воздух, поступающий в комнату вокруг окон, и горячий воздух, покидающий комнату, поднимаясь вверх по дымоходу.

Проводимость — это передача тепла при прямом физическом контакте. Тепло, передаваемое между электрической горелкой плиты и дном сковороды, передается за счет теплопроводности. Иногда мы пытаемся контролировать теплопроводность, чтобы чувствовать себя более комфортно.Поскольку скорость теплопередачи у разных материалов разная, мы выбираем такие ткани, как толстый шерстяной свитер, которые зимой замедляют отвод тепла от нашего тела.

Когда вы идете босиком по ковру в гостиной, ваши ноги чувствуют себя относительно комфортно… пока вы не ступите на кафельный пол кухни. Поскольку ковер и кафельный пол имеют одинаковую температуру, почему один из них холоднее другого? Это объясняется разной скоростью теплопередачи: материал плитки отводит тепло от вашей кожи с большей скоростью, чем ковровое покрытие, что делает его на холоднее.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Спросите учащихся, какая сейчас температура в классе. Спросите их, все ли предметы в комнате имеют одинаковую температуру. Как только это будет установлено, попросите их положить руку на стол или на металлический предмет. Стало холоднее? Почему? Если их стол изготовлен из ламината Formica, тогда они будут чувствовать прохладу для рук, потому что ламинат является хорошим проводником тепла и отводит тепло от руки, создавая ощущение «холода» из-за тепла, покидающего тело.

Некоторые материалы просто проводят тепловую энергию быстрее, чем другие. В целом металлы (например, медь, алюминий, золото и серебро) являются хорошими проводниками тепла, тогда как такие материалы, как дерево, пластик и резина, плохо проводят тепло.

На рис. 11.4 показаны частицы (атомы или молекулы) в двух телах при разных температурах. (Средняя) кинетическая энергия частицы в горячем теле выше, чем в более холодном теле. Если две частицы сталкиваются, энергия передается от частицы с большей кинетической энергией к частице с меньшей кинетической энергией.Когда два тела находятся в контакте, происходит много столкновений частиц, что приводит к чистому потоку тепла от тела с более высокой температурой к телу с более низкой температурой. Тепловой поток зависит от разности температур ΔT = Thot-TcoldΔT = Thot-Tcold. Таким образом, вы получите более сильный ожог от кипятка, чем от горячей воды из-под крана.

Рис. 11.4. Частицы в двух телах при разных температурах имеют разные средние кинетические энергии. Столкновения, происходящие на контактной поверхности, имеют тенденцию передавать энергию из высокотемпературных областей в низкотемпературные области.На этой иллюстрации частица в области более низких температур (правая сторона) имеет низкую кинетическую энергию перед столкновением, но ее кинетическая энергия увеличивается после столкновения с контактной поверхностью. Напротив, частица в области более высоких температур (слева) имеет большую кинетическую энергию до столкновения, но ее энергия уменьшается после столкновения с контактной поверхностью.

Конвекция — это передача тепла движением жидкости. Такой тип теплопередачи происходит, например, в котле, кипящем на плите, или во время грозы, когда горячий воздух поднимается к основанию облаков.

Советы для успеха

В обиходе термин жидкость обычно означает жидкость. Например, когда вы заболели и врач говорит вам «выпить жидкости», это означает только пить больше напитков, а не вдыхать больше воздуха. Однако в физике жидкость означает жидкость или газ . Жидкости движутся иначе, чем твердые тела, и даже имеют свой собственный раздел физики, известный как гидродинамика , который изучает их движение.

При повышении температуры жидкости они расширяются и становятся менее плотными.Например, на рис. 11.4 может быть изображена стенка воздушного шара с газами внутри воздушного шара с другой температурой, чем снаружи в окружающей среде. Более горячие и, следовательно, быстро движущиеся частицы газа внутри воздушного шара ударяются о поверхность с большей силой, чем более холодный воздух снаружи, вызывая расширение воздушного шара. Это уменьшение плотности по отношению к окружающей среде создает плавучесть (тенденцию к повышению). Конвекция обусловлена ​​плавучестью — горячий воздух поднимается вверх, потому что он менее плотен, чем окружающий воздух.

Иногда мы контролируем температуру своего дома или самих себя, контролируя движение воздуха. Герметизация дверей герметичным уплотнением защищает от холодного ветра зимой. Дом на рис. 11.5 и горшок с водой на плите на рис. 11.6 являются примерами конвекции и плавучести, созданными человеком. Океанские течения и крупномасштабная атмосферная циркуляция переносят энергию из одной части земного шара в другую и являются примерами естественной конвекции.

Рисунок 11.5 Воздух, нагретый так называемой гравитационной печью, расширяется и поднимается вверх, образуя конвективную петлю, которая передает энергию другим частям комнаты. По мере того, как воздух охлаждается у потолка и внешних стен, он сжимается, в конечном итоге становится более плотным, чем воздух в помещении, и опускается на пол. Правильно спроектированная система отопления, подобная этой, в которой используется естественная конвекция, может быть достаточно эффективной для равномерного обогрева дома.

Рис. 11.6 Конвекция играет важную роль в теплопередаче внутри этого котла с водой.Попав внутрь жидкости, теплопередача к другим частям кастрюли происходит в основном за счет конвекции. Более горячая вода расширяется, уменьшается по плотности и поднимается, передавая тепло другим областям воды, в то время как более холодная вода опускается на дно. Этот процесс повторяется, пока в кастрюле есть вода.

Излучение — это форма передачи тепла, которая происходит при испускании или поглощении электромагнитного излучения. Электромагнитное излучение включает радиоволны, микроволны, инфракрасное излучение, видимый свет, ультрафиолетовое излучение, рентгеновские лучи и гамма-лучи, все из которых имеют разные длины волн и количество энергии (более короткие длины волн имеют более высокую частоту и большую энергию).

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] Электромагнитные волны также часто называют электромагнитными волнами. Мы по-разному воспринимаем электромагнитные волны разной частоты. Так же, как мы можем видеть одни частоты как видимый свет, мы воспринимаем некоторые другие как тепло.

Вы можете почувствовать теплоотдачу от огня и солнца. Точно так же вы иногда можете сказать, что духовка горячая, не касаясь ее дверцы и не заглядывая внутрь — она ​​может просто согреть вас, когда вы пройдете мимо.Другой пример — тепловое излучение человеческого тела; люди постоянно излучают инфракрасное излучение, которое не видно человеческому глазу, но ощущается как тепло.

Излучение — единственный метод передачи тепла, при котором среда не требуется, а это означает, что тепло не должно вступать в прямой контакт с какими-либо предметами или переноситься ими. Пространство между Землей и Солнцем в основном пусто, без какой-либо возможности теплопередачи за счет конвекции или теплопроводности. Вместо этого тепло передается за счет излучения, и Земля нагревается, поскольку она поглощает электромагнитное излучение, испускаемое Солнцем.

Рис. 11.7 Большая часть тепла от этого пожара передается наблюдателям через инфракрасное излучение. Видимый свет передает относительно небольшую тепловую энергию. Поскольку кожа очень чувствительна к инфракрасному излучению, вы можете почувствовать присутствие огня, даже не глядя на него. (Дэниел X. О’Нил)

Все объекты поглощают и излучают электромагнитное излучение (см. Рисунок 11.7). Скорость передачи тепла излучением в основном зависит от цвета объекта. Черный — наиболее эффективный поглотитель и радиатор, а белый — наименее эффективный.Например, люди, живущие в жарком климате, обычно избегают ношения черной одежды. Точно так же черный асфальт на стоянке будет горячее, чем прилегающие участки травы в летний день, потому что черный поглощает лучше, чем зеленый. Верно и обратное — черный цвет излучает лучше, чем зеленый. Ясной летней ночью черный асфальт будет холоднее, чем зеленый участок травы, потому что черный излучает энергию быстрее, чем зеленый. Напротив, белый цвет — плохой поглотитель и плохой радиатор. Белый объект, как зеркало, отражает почти все излучение.

Поддержка учителя

Поддержка учителя

Попросите учащихся привести примеры теплопроводности, конвекции и излучения.

Виртуальная физика

Формы и изменения энергии

В этой анимации вы исследуете теплопередачу с различными материалами. Поэкспериментируйте с нагревом и охлаждением железа, кирпича и воды. Для этого перетащите объект на пьедестал и затем удерживайте рычаг в положении «Нагреть» или «Охлаждать». Перетащите термометр рядом с каждым объектом, чтобы измерить его температуру — вы можете в режиме реального времени наблюдать, как быстро он нагревается или охлаждается.

Теперь попробуем передать тепло между объектами. Нагрейте кирпич и поместите его в прохладную воду. Теперь снова нагрейте кирпич, но затем поместите его поверх утюга. Что ты заметил?

Выбор опции быстрой перемотки вперед позволяет ускорить передачу тепла и сэкономить время.

Проверка захвата

Сравните, насколько быстро различные материалы нагреваются или охлаждаются. Основываясь на этих результатах, какой материал, по вашему мнению, имеет наибольшую удельную теплоемкость? Почему? Какая из них имеет наименьшую удельную теплоемкость? Можете ли вы представить себе реальную ситуацию, в которой вы хотели бы использовать объект с большой удельной теплоемкостью?

1. Вода занимает больше всего времени, а железу нужно меньше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
2. Вода занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
3. Кирпич занимает меньше всего времени, а железу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть.Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.
4. Вода занимает меньше всего времени, а кирпичу нужно больше времени, чтобы нагреться и остыть. Для теплоизоляции желательны объекты с большей удельной теплоемкостью. Например, шерстяная одежда с большой удельной теплоемкостью предотвратит потерю тепла телом.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Попросите учащихся рассмотреть различия в результатах интерактивных упражнений при использовании разных материалов.Например, спросите их, было бы изменение температуры больше или меньше, если бы кирпич был заменен железным блоком той же массы, что и кирпич. Попросите студентов рассмотреть одинаковые массы металлов, алюминия, золота и меди. После того, как они заявят, больше или меньше изменение температуры для каждого металла, попросите их обратиться к Таблице 11.2 и проверить, верны ли их прогнозы.

12.3 Второй закон термодинамики: энтропия — физика

Энтропия

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] [OL] [AL] Проверить температуру и абсолютную температуру.Вспомните предыдущие дискуссии об эффективности двигателя. Оцените понимание учащимися эффективности.

Вспомните из введения к главе, что даже теоретически невозможно, чтобы двигатели были на 100 процентов эффективными. Это явление объясняется вторым законом термодинамики, который основан на концепции, известной как энтропия. Энтропия — это мера беспорядка системы. Энтропия также описывает, сколько энергии , а не доступно для выполнения работы. Чем более неупорядоченная система и выше энтропия, тем меньше энергии доступно системе для выполнения работы.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Значение энтропии трудно понять, поскольку это может показаться абстрактным понятием. Однако мы видим примеры энтропии в нашей повседневной жизни. Например, при проколе автомобильной шины воздух рассеивается во всех направлениях. Когда вода в посуде ставится на стойку, она в конечном итоге испаряется, а отдельные молекулы распространяются в окружающем воздухе. Когда в комнате помещается горячий предмет, он быстро распределяет тепловую энергию во всех направлениях.Энтропию можно рассматривать как меру рассеивания энергии. Он измеряет, сколько энергии было распределено в процессе. Поток любой энергии всегда идет снизу вверх. Следовательно, энтропия всегда имеет тенденцию к увеличению.

Хотя для работы можно использовать все формы энергии, невозможно использовать всю доступную энергию для работы. Следовательно, не вся энергия, передаваемая теплом, может быть преобразована в работу, и некоторая ее часть теряется в виде отработанного тепла, то есть тепла, которое не идет на выполнение работы.Недоступность энергии важна в термодинамике; Фактически, это поле возникло из-за попыток преобразовать тепло в работу, как это делают двигатели.

Уравнение изменения энтропии, ΔSΔS, равно

, где Q — это тепло, которое передает энергию во время процесса, а T — абсолютная температура, при которой происходит процесс.

Q положительно для энергии, переданной в системе посредством тепла, и отрицательно для энергии, переданной из в систему посредством тепла.В системе СИ энтропия выражается в джоулях на кельвин (Дж / К). Если температура изменяется во время процесса, то обычно хорошим приближением (для небольших изменений температуры) является средняя температура T , чтобы избежать сложных математических расчетов (расчетов).

Советы для успеха

Абсолютная температура — это температура, измеряемая в Кельвинах. Шкала Кельвина — это шкала абсолютной температуры, которая измеряется числом градусов выше абсолютного нуля.Таким образом, все температуры положительные. Использование температуры по другой, неабсолютной шкале, например по Фаренгейту или Цельсию, даст неправильный ответ.

Второй закон термодинамики

Вы когда-нибудь играли в карточную игру «52 пикапа»? Если это так, значит, вы были объектом розыгрыша и в процессе извлекли ценный урок о природе Вселенной, описанной вторым законом термодинамики. В игре «52 подбора» шутник бросает на пол целую колоду игральных карт, а вы можете их поднять.В процессе подбора карт вы, возможно, заметили, что объем работы, необходимый для восстановления упорядоченного состояния карт в колоде, намного превышает объем работы, необходимый для того, чтобы подбросить карты и создать беспорядок.

Второй закон термодинамики утверждает, что полная энтропия системы либо увеличивается, либо остается постоянной в любом спонтанном процессе; он никогда не уменьшается. Важным следствием этого закона является то, что тепло передает энергию самопроизвольно от объектов с более высокой температурой к объектам с более низкой температурой, но никогда самопроизвольно в обратном направлении.Это связано с тем, что энтропия увеличивается при передаче тепла от горячей к холодной (рис. 12.9). Поскольку изменение энтропии составляет Q / T , существует большее изменение ΔSΔS при более низких температурах (меньшее T ). Уменьшение энтропии горячего (большего T ) объекта, следовательно, меньше, чем увеличение энтропии холодного (меньшего T ) объекта, производя общее увеличение энтропии для системы.

Рис. 12.9 Лед в этом напитке медленно тает.В конце концов, компоненты жидкости достигнут теплового равновесия, как предсказывает второй закон термодинамики, то есть после того, как тепло передает энергию от более теплой жидкости к более холодному льду. (Джон Салливан, PDPhoto.org)

Другой способ мышления заключается в том, что ни один процесс не может иметь своим единственным результатом теплопередачу энергии от холодильника к более горячему объекту. Тепло не может спонтанно передавать энергию от более холодной к более горячей, потому что энтропия всей системы уменьшится.

Предположим, мы смешиваем равные массы воды, изначально находящиеся при двух разных температурах, скажем, 20,0 ° C и 20,0 ° C. и 40,0 ° С — 40,0 ° С. В результате получится вода с промежуточной температурой 30,0 ° C30,0 ° C. Результатом стали три результата: энтропия увеличилась, некоторая энергия стала недоступной для выполнения работы, и система стала менее упорядоченной. Давайте подумаем о каждом из этих результатов.

Во-первых, почему увеличилась энтропия? Смешивание двух водоемов имеет тот же эффект, что и передача энергии от более высокотемпературного вещества к более низкотемпературному.Смешивание уменьшает энтропию более горячей воды, но увеличивает энтропию более холодной воды на большее количество, производя общее увеличение энтропии.

Во-вторых, как только две массы воды смешиваются, больше не остается разницы температур для передачи энергии за счет тепла и, следовательно, для выполнения работы. Энергия по-прежнему находится в воде, но теперь недоступно для работы.

В-третьих, смесь менее упорядоченная или, используя другой термин, менее структурированная.Вместо того, чтобы иметь две массы при разных температурах и с различным распределением молекулярных скоростей, теперь у нас есть одна масса с широким распределением молекулярных скоростей, среднее из которых дает промежуточную температуру.

Эти три результата — энтропия, недоступность энергии и беспорядок — не только связаны, но и фактически эквивалентны. Теплопередача энергии от горячей к холодной связана с природной тенденцией к тому, что системы становятся неупорядоченными и меньше энергии становится доступным для использования в качестве работы.

Чего не может быть на основании этого закона? Холодный объект, соприкасающийся с горячим, никогда самопроизвольно не передает энергию посредством тепла горячему объекту, становясь холоднее, в то время как горячий объект становится горячее. Горячий неподвижный автомобиль никогда не остывает самопроизвольно и не трогается с места.

Другой пример — расширение струи газа, введенной в один угол вакуумной камеры. Газ расширяется и заполняет камеру, но никогда не собирается самостоятельно в углу. Случайное движение молекул газа могло бы вернуть их всех в угол, но этого никогда не происходит (рис.12.10).

Рисунок 12.10 Примеры односторонних процессов в природе. (а) Теплообмен происходит самопроизвольно от горячего к холодному, но не от холодного к горячему. (б) Тормоза этого автомобиля преобразуют кинетическую энергию для увеличения внутренней энергии (температуры), а тепло передает эту энергию в окружающую среду. Обратный процесс невозможен. (c) Выброс газа в эту вакуумную камеру быстро расширяется, чтобы равномерно заполнить каждую часть камеры. Беспорядочные движения молекул газа не позволят им вообще вернуться в угол.

Мы объясняли, что тепло никогда не передает энергию спонтанно от более холодного объекта к более горячему. Ключевое слово здесь — спонтанно . Если мы действительно работаем с в системе, то будет возможным передавать энергию посредством тепла от более холодного объекта к более горячему. Мы узнаем об этом больше в следующем разделе, в котором холодильники рассматриваются как одно из приложений законов термодинамики.

Иногда люди неправильно понимают второй закон термодинамики, думая, что, исходя из этого закона, энтропия не может уменьшаться в каком-либо конкретном месте.Но на самом деле — это , когда энтропия на одну часть Вселенной может уменьшиться, пока общее изменение энтропии Вселенной увеличивается. В форме уравнения мы можем записать это как

ΔStot = ΔSsyst + ΔSenvir> 0. ΔStot = ΔSsyst + ΔSenvir> 0.

Основываясь на этом уравнении, мы видим, что ΔSsystΔSsyst может быть отрицательным, пока ΔSenvirΔSenvir является положительным и большим по величине.

Как может энтропия системы уменьшаться? Передача энергии необходима.Если вы возьмете разбросанные по комнате шарики и поместите их в чашку, ваша работа уменьшит энтропию этой системы. Если вы собираете железную руду с земли, превращаете ее в сталь и строите мост, ваша работа уменьшит энтропию этой системы. Энергия, приходящая от Солнца, может уменьшать энтропию локальных систем на Земле, то есть ΔSsystΔSsyst отрицательно. Но общая энтропия остальной части Вселенной увеличивается на большую величину, то есть ΔSenvirΔSenvir положительна и больше по величине.В случае с железной рудой, хотя вы сделали систему моста и стали более структурированной, вы сделали это за счет Вселенной. В целом энтропия Вселенной увеличивается из-за беспорядка, создаваемого выкапыванием руды и превращением ее в сталь. Следовательно,

ΔStot = ΔSsyst + ΔSenvir> 0, ΔStot = ΔSsyst + ΔSenvir> 0,

12,14

и второй закон термодинамики не нарушается.

Каждый раз, когда растение накапливает часть солнечной энергии в виде потенциальной химической энергии, или когда восходящий поток теплого воздуха поднимает парящую птицу, Земля испытывает локальное уменьшение энтропии, поскольку она использует часть энергии, передаваемой от Солнца в глубокий космос, для этого. Работа.Существует большое общее увеличение энтропии в результате такой массивной передачи энергии. Небольшая часть этой передачи энергии за счет тепла сохраняется в структурированных системах на Земле, что приводит к гораздо меньшему локальному уменьшению энтропии.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[AL] Спросите учащихся, что бы произошло, если бы второй закон термодинамики не выполнялся. Что, если направление потока энергии было непредсказуемым? Сможет ли жизнь на Земле функционировать?

Учебное пособие по физике

Ранее в этом уроке было дано пять словарных определений температуры.Их было:

• Степень жара или холода тела или окружающей среды.
• Мера тепла или холода предмета или вещества по отношению к некоторому стандартному значению.
• Мера средней кинетической энергии частиц в образце вещества, выраженная в единицах или градусах, обозначенных на стандартной шкале.
• Мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе.
• Любая из различных стандартизированных числовых мер этой способности, например шкала Кельвина, Фаренгейта и Цельсия.

Как уже упоминалось, первые два пункта имеют довольно очевидное значение. Третий пункт — тема предыдущей страницы этого урока. Пятым пунктом было определение, с которого мы начали, когда обсуждали температуру и работу термометров; это была тема второй страницы этого урока. Это оставляет нам четвертый пункт — определение температуры с точки зрения способности вещества передавать тепло другому веществу.Эта часть Урока 1 посвящена пониманию того, как относительная температура двух объектов влияет на направление передачи тепла между двумя объектами.

Что такое тепло?

Представьте себе очень горячую кружку кофе на столешнице вашей кухни. В целях обсуждения мы скажем, что чашка кофе имеет температуру 80 ° C, а окружающая среда (столешница, воздух на кухне и т. Д.) Имеет температуру 26 ° C.Как вы думаете, что произойдет в этой ситуации? Я подозреваю, что вы знаете, что чашка кофе со временем будет постепенно остывать. При температуре 80 ° C кофе пить не посмеет. Даже кофейная кружка, скорее всего, будет слишком горячей, чтобы ее можно было прикасаться. Но со временем и кофейная кружка, и кофе остынут. Скоро он будет пригоден для питья. А если устоять перед соблазном выпить кофе, то со временем он достигнет комнатной температуры. Кофе охлаждается от 80 ° C до примерно 26 ° C. Так что же происходит с течением времени, чтобы кофе остыл? Ответом на этот вопрос могут быть как макроскопические , так и макрочастицы в природе.

На макроскопическом уровне мы бы сказали, что кофе и кружка передают тепло окружающей среде. Эта передача тепла происходит от горячего кофе и горячей кружки к окружающему воздуху. Тот факт, что кофе снижает температуру, является признаком того, что средняя кинетическая энергия его частиц уменьшается. Кофе теряет энергию. Кружка тоже понижает температуру; средняя кинетическая энергия его частиц также уменьшается.Кружка тоже теряет энергию. Энергия, теряемая кофе и кружкой, передается в более холодную среду. Мы называем эту передачу энергии от кофе и кружки окружающему воздуху и столешнице теплом. В этом смысле тепло — это просто передача энергии от горячего объекта к более холодному.

Теперь давайте рассмотрим другой сценарий — банку с холодным напитком, размещенную на той же кухонной стойке. В целях обсуждения мы скажем, что крышка и банка, в которой она содержится, имеют температуру 5 ° C и что окружающая среда (столешница, воздух на кухне и т. Д.)) имеет температуру 26 ° C. Что произойдет с холодной банкой с попой со временем? Еще раз, я подозреваю, что вы знаете ответ. И холодная закуска, и контейнер нагреются до комнатной температуры. Но что заставляет эти объекты, температура которых ниже комнатной, повышать свою температуру? Ускользает ли холод от шипучки и ее контейнера? Нет! Не существует таких вещей, как холодный уход или утечка . Скорее, наше объяснение очень похоже на объяснение, используемое для объяснения того, почему кофе остывает.Есть теплообмен.

Со временем температура крышки и контейнера повышается. Температура повышается с 5 ° C до почти 26 ° C. Это повышение температуры является признаком того, что средняя кинетическая энергия частиц внутри хлопка и контейнера увеличивается. Чтобы частицы внутри хлопка и контейнера увеличили свою кинетическую энергию, они должны откуда-то получать энергию. Но откуда? Энергия передается из окружающей среды (столешница, воздух на кухне и т. Д.) в виде тепла. Как и в случае с охлаждающей кофейной кружкой, энергия передается от объектов с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Еще раз, это известно как тепло — передача энергии от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой.

Другое определение температуры

Оба этих сценария можно резюмировать двумя простыми утверждениями. Объект снижает свою температуру, выделяя энергию в виде тепла в окружающую среду.И объект увеличивает свою температуру, получая энергию в виде тепла от окружающей среды. И , разогревающий , и , охлаждающий объектов работают одинаково — за счет передачи тепла от объекта с более высокой температурой к объекту с более низкой температурой. Итак, теперь мы можем осмысленно переформулировать определение температуры. Температура — это мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе.Чем выше температура объекта, тем больше у него тенденция к передаче тепла. Чем ниже температура объекта, тем больше у этого объекта склонности быть на принимающем конце теплопередачи.

Но, возможно, вы спрашивали: что происходит с температурой окружающей среды? Повышается ли температура столешницы и воздуха на кухне, когда кружка и кофе остывают? Уменьшается ли температура на столешнице и в воздухе на кухне, когда банка с крышкой нагревается? Ответ: да! Доказательство? Просто прикоснитесь к столешнице — она ​​должна быть прохладнее или теплее, чем до того, как кофейная кружка или баночка были помещены на столешницу.А как насчет воздуха на кухне? Теперь немного сложнее представить убедительное доказательство. Тот факт, что объем воздуха в комнате такой большой и энергия быстро рассеивается от поверхности кружки, означает, что изменение температуры воздуха на кухне будет аномально небольшим. Фактически это будет пренебрежимо малых . Прежде чем произойдет заметное изменение температуры, должно быть намного больше теплопередачи.

Тепловое равновесие

При обсуждении охлаждения кофейной кружки столешница и воздух на кухне упоминались как окружение .В подобных дискуссиях по физике принято использовать мысленную структуру системы и окружения . Кофейная кружка (и кофе) будут рассматриваться как система , а все остальное во вселенной будет рассматриваться как окружение . Чтобы не усложнять задачу, мы часто сужаем диапазон окружения от остальной Вселенной до тех объектов, которые непосредственно окружают систему. Такой подход к анализу ситуации с точки зрения системы и окружения настолько полезен, что мы будем применять этот подход до конца этой главы и следующей.

А теперь представим третью ситуацию. Предположим, что небольшая металлическая чашка с горячей водой помещена в большую чашку из пенополистирола с холодной водой. Предположим, что температура горячей воды изначально составляет 70 ° C, а температура холодной воды во внешней чашке изначально составляет 5 ° C. И давайте предположим, что обе чашки оснащены термометрами (или датчиками температуры), которые измеряют температуру воды в каждой чашке с течением времени. Как вы думаете, что произойдет? Прежде чем читать дальше, подумайте над вопросом и дайте какой-нибудь ответ.Когда холодная вода нагревается, а горячая — остывает, их температура будет одинаковой или другой? Будет ли холодная вода нагреваться до более низкой температуры, чем температура, до которой остывает горячая вода? Или по мере потепления и похолодания их температуры будут пересекаться друг с другом ?

К счастью, это эксперимент, который можно провести, и на самом деле он проводился много раз. График ниже представляет собой типичное представление результатов.

Как видно из графика, горячая вода остыла примерно до 30 ° C, а холодная вода нагрелась примерно до той же температуры. Тепло передается от высокотемпературного объекта (внутренняя емкость с горячей водой) к низкотемпературному объекту (внешняя емкость с холодной водой). Если мы обозначим внутреннюю чашу с горячей водой как , система , то мы можем сказать, что существует поток тепла от системы к окружающей среде .Пока существует разница температур между системой и окружающей средой, между ними существует тепловой поток. Поначалу тепловой поток более быстрый, о чем свидетельствует более крутой наклон линий. Со временем разница температур между системой и окружающей средой уменьшается, а скорость теплопередачи снижается. Это обозначается более пологим наклоном двух линий. (Подробная информация о скорости теплопередачи будет обсуждаться позже в этом уроке.) В конце концов, система и окружающая среда достигают одинаковой температуры, и теплопередача прекращается.Говорят, что именно в этот момент два объекта достигли теплового равновесия.

Нулевой закон термодинамики

В нашей главе об электрических цепях мы узнали, что разница в электрическом потенциале между двумя местоположениями вызывает поток заряда по проводящему пути между этими местоположениями. Пока сохраняется разность электрических потенциалов, будет существовать поток заряда. Теперь в этой главе мы узнаем аналогичный принцип, связанный с потоком тепла.Разница температур между двумя местоположениями вызовет поток тепла по (теплопроводящему) пути между этими двумя местоположениями. Пока сохраняется разница температур, будет происходить поток тепла. Этот поток тепла продолжается до тех пор, пока два объекта не достигнут одинаковой температуры. Когда их температуры становятся равными, считается, что они находятся в тепловом равновесии, и поток тепла больше не происходит.

Этот принцип иногда называют нулевым законом термодинамики.Этот принцип был формализован в виде закона после того, как первый, второй и третий законы термодинамики были уже открыты . Но поскольку закон казался более фундаментальным, чем три ранее открытых, он был назван нулевым законом . Все объекты подчиняются этому закону — стремлению к тепловому равновесию. Он представляет собой ежедневную задачу для тех, кто хочет контролировать температуру своего тела, еды, напитков и своего дома. Мы используем лед и изоляцию, чтобы наши холодные напитки оставались холодными, и мы используем изоляцию и непрерывные импульсы микроволновой энергии, чтобы наши горячие напитки оставались горячими.Мы оборудуем наши автомобили, наши дома и офисные здания кондиционерами и вентиляторами, чтобы они оставались прохладными в теплые летние месяцы. И мы оборудуем эти же автомобили и здания печами и обогревателями, чтобы согревать их в холодные зимние месяцы. Всякий раз, когда температура какой-либо из этих систем отличается от температуры окружающей среды и не является полностью изолированной от окружающей среды (идеальная ситуация), тепло будет течь. Этот тепловой поток будет продолжаться до тех пор, пока система и окружающая среда не достигнут одинаковых температур.Поскольку эти системы имеют значительно меньший объем, чем окружающие, будут более заметные и существенные изменения температуры этих систем.

Теория калорий

Ученые давно задумались о природе тепла. В середине XIX века наиболее распространенным понятием тепла было то, что оно ассоциировалось с жидкостью, известной как калорийность. Известный химик Антуан Лавуазье предположил, что существует две формы калорийности — та, которая скрыта или хранится в горючих материалах, и другая, которую можно ощутить и наблюдать при изменении температуры.Для Лавуазье и его последователей сжигание топлива привело к выделению этого скрытого тепла в окружающую среду, где, как было замечено, это вызвало изменение температуры окружающей среды. Для Лавуазье и его последователей жар всегда присутствовал — либо в скрытой, либо в ощутимой форме. Если в горячем чайнике вода остыла до комнатной температуры, это объяснялось перетеканием калорий из горячей воды в окружающую среду.

Согласно теории теплоты, тепло составляло , материал по природе.Это была физическая субстанция. Было штук . Как и все вещи в мире Лавуазье, калорийность была консервированной. Подобно нашему современному взгляду на тепло, взгляд калориста заключался в том, что если калорийность выделялась одним объектом, то она была получена другим объектом. Общее количество калорий никогда не менялось; он просто переносился с одного объекта на другой и трансформировался из одного типа (скрытого) в другой (осмысленный). Но в отличие от нашего современного взгляда на тепло, калорийность была реальной физической субстанцией — жидкостью, которая могла течь от одного объекта к другому.И в отличие от наших современных взглядов, тепло всегда присутствовало в той или иной форме. Наконец, с современной точки зрения, тепло присутствует только при передаче энергии. Бессмысленно говорить о том, что тепло все еще существует, когда два объекта пришли в тепловое равновесие. Тепло — это не что-то, что содержится в объекте; скорее это что-то переданное между объектами. Когда передача прекращается, тепла больше не существует.

Падение теории калорийности

Хотя всегда существовали альтернативы теории калорийности, она была наиболее распространенной до середины 19 века.Одним из первых вызовов теории калорийности стал англо-американский ученый Бенджамин Томпсон (он же граф Рамфорд). Томпсон был одним из первых ученых, которым поручили расточить стволы орудий для британского правительства. Томпсон был поражен высокими температурами, достигаемыми пушками, и стружкой, которая проливалась из пушек во время процесса бурения. В одном эксперименте он погрузил пушку в резервуар с водой во время процесса бурения и заметил, что тепло, выделяемое в процессе бурения, способно вскипятить окружающую воду в течение нескольких часов.Томпсон продемонстрировал, что это тепловыделение происходило в отсутствие каких-либо химических или физических изменений в составе пушки. Он объяснил возникновение тепла трением между пушкой и буровым инструментом и утверждал, что это не могло быть результатом перетекания жидкости в воду. В 1798 году Томпсон опубликовал статью, в которой оспаривалось мнение о том, что тепло — это сохраняемая жидкость. Он выступал за с механической точки зрения тепла, предполагая, что его происхождение связано с движением атомов, а не с переносом жидкости.

Английский физик Джеймс Прескотт Джоуль продолжил то, на чем остановился Томпсон, нанеся ряд роковых ударов по теории калорийности посредством серии экспериментов. Джоуль, в честь которого теперь названа стандартная метрическая единица энергии, провел эксперименты, в которых он экспериментально связал количество механической работы с количеством тепла, передаваемого от механической системы. В одном эксперименте Джоуль позволил падающим весам вращать гребное колесо, которое было погружено в резервуар с водой.Справа изображен чертеж аппарата (из Викимедиа; общественное достояние). Падающие грузы действовали на гребное колесо, которое, в свою очередь, нагревало воду. Джоуль измерял как количество выполненной механической работы, так и количество тепла, полученного водой. Подобные эксперименты, демонстрирующие, что тепло может генерироваться электрическим током, нанесли еще один удар по мысли о том, что тепло — это жидкость, которая содержится в веществах и всегда сохраняется.

Как мы подробно узнаем в следующей главе, объекты обладают внутренней энергией.В химических реакциях часть этой энергии может выделяться в окружающую среду в виде тепла. Однако эта внутренняя энергия не является материальной субстанцией или жидкостью, содержащейся в объекте. Это просто потенциальная энергия, хранящаяся в связях, которые удерживают частицы внутри объекта вместе. Тепло или тепловая энергия — это форма, которой эта энергия обладает при передаче между системами и окружающей средой . В тепле нет ничего материального. Это не консервируемая субстанция и не жидкость.Тепло — это форма энергии, которая может передаваться от одного объекта к другому или даже создаваться за счет потери других форм энергии.

Итак, температура — это мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе. Если два объекта — или система и ее окружение — имеют разную температуру, то у них разная способность передавать тепло. Со временем будет перетекать энергия от более горячего объекта к более холодному.Этот поток энергии называется теплом. Тепловой поток заставляет более горячий объект остывать, а более холодный — нагреваться. Поток тепла будет продолжаться, пока они не достигнут той же температуры. В этот момент два объекта установили тепловое равновесие друг с другом.

В следующей части этого урока мы исследуем механизм теплопередачи. Мы рассмотрим различные методы, с помощью которых тепло может передаваться от объекта к объекту или даже от одного места внутри объекта к другому.Мы узнаем, что макроскопическое можно объяснить с точки зрения микроскопического.

Проверьте свое понимание

1. Для каждого из следующих обозначений системы и окружающей среды укажите направление теплового потока: от системы к окружающей среде или от окружающей среды к системе.

	Система	Окрестности	Dir’n of Heat Transfer
а.	Гостиная (T = 78 ° F)	Наружный воздух (Т = 94 ° F)
г.	Гостиная (Т = 78 ° F)	Чердак (Т = 120 ° F)
г.	Чердак (Т = 120 ° F)	Наружный воздух (Т = 94 ° F)

2. Учитель химии утверждает, что теплосодержание конкретного вещества составляет 246 кДж / моль. Учитель химии утверждает, что вещество содержит тепло? Объясните, что подразумевается под этим утверждением.

3.Объясните, почему высококачественные термосы имеют вакуумную подкладку, которая является основным компонентом их изоляционных свойств.

Энергетика — Введение в энергию и способы ее использования

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 29 июля 2020 г.

Попробуйте подумать о чем-то, что не связано с энергией и вами далеко не уедешь. Даже думать — даже думать об энергии! — необходимо немного энергии, чтобы это произошло.Фактически все, что происходит в мир использует ту или иную энергию. Но что такое энергия?

Энергия — это немного загадка. Большую часть времени мы этого не видим, но пока это повсюду вокруг нас. Револьверные автомобильные двигатели сжигают энергию, горячие чашки кофе удерживают энергию, уличные фонари, которые светят ночью, используют энергии, спящие собаки тоже используют энергию — абсолютно все, что вы можно думать об использовании энергии тем или иным способом. Энергия волшебная вещь, которая заставляет происходить другие вещи.Все в мире либо энергия или материя («вещи» вокруг нас) и даже материя, когда вы действительно приступить к нему, это своего рода энергия!

Картина: Сверхновая — это остатки взрывающейся звезды, и это, пожалуй, самый впечатляющий выброс энергии, который вы можете получить. Это гигантский взрыв пылевого газа диаметром 14 световых лет. (примерно 132 миллиарда километров) и взлетает со скоростью 2000 км в секунду (или 4 миллиона миль в час). Фото любезно предоставлено NASA Jet Propulsion. Лаборатория (NASA-JPL).

Потенциальная энергия и кинетическая энергия

Хотя в мире много видов энергии, все они падают на две большие категории: потенциальная энергия и кинетический энергия. Когда энергия накапливается и ждет, чтобы что-то сделать, мы назовите это потенциальной энергией; «потенциал» просто означает, что энергия имеет способность делать что-то полезное в дальнейшем. Когда накопленная энергия используется для что-то, мы называем это кинетической энергией; «кинетический» означает движение и, как правило, когда запасенная энергия расходуется, это заставляет вещи двигаться или происходить.

Легко найти примеры как потенциальной энергии, так и кинетической энергии. энергия в окружающем нас мире. Если вы толкнете валун в гору, вы обнаружите, что это реальное усилие, чтобы добраться до вершины. Это потому что сила тяжести постоянно пытается тянуть вас (и валун) назад вниз. В науке мы говорим, что вам нужно работать против силы тяжести, чтобы подтолкнуть валун вверх по склону. Выполнение работы означает вы должны использовать энергию: мышцы вашего тела должны преобразовывать сахар и жир, чтобы получить энергию, необходимую для толкания валуна.Где же эта энергия идет? Хотя вы используете энергию во время подъема, ваше тело и валун также получает энергию — потенциальную энергию. Когда валун находится на на вершине холма, вы можете отпустить его, чтобы он снова скатился вниз. Может скатывается, потому что в нем накоплена потенциальная энергия. Другими словами, это имеет потенциал сам по себе скатиться с холма.

Когда валун начинает катиться с холма, его потенциальная энергия наверху постепенно превращается в кинетическую энергию. Когда мы говорим о кинетической энергии мы обычно имеем в виду энергия что-то есть, потому что оно движется.Все, что имеет массу (содержит какое-то вещество, занимающее объем) и движется по определенная скорость (или скорость) имеет кинетическую энергию. Более массовое что-то имеет и чем быстрее он движется (чем выше скорость), тем более кинетический энергия, которую он имеет. Если грузовик и легковой автомобиль едут параллельно друг другу по автостраде на той же скорости у грузовика больше кинетической энергии чем автомобиль, потому что он имеет гораздо большую массу. (Подробнее о наука движения.)

Многие вещи, которые мы делаем каждый день, связаны с преобразованием энергии между потенциальной и кинетической.Поднимитесь по веревке со скалы, и чем выше вы подниметесь, тем больше у вас будет потенциальной энергии. Если вы спускаетесь вниз, ваша потенциальная энергия при движении превращается в кинетическую. Посредством когда вы достигаете дна, кинетическая энергия превращается в тепло (ваше восхождение оборудование и веревка станут на удивление горячими) и звук (веревка будет издавать звук, когда вы спускаетесь вниз).

Artwork: Вы получаете потенциальную энергию каждый раз, когда поднимаетесь по лестнице. Ваши мышцы тянут ваше тело против силы тяжести, выполняя работу.Теоретически потенциальная энергия, которую ваше тело получает при подъеме, точно такая же, как и энергия пищи, которую оно теряет: одна форма энергии просто преобразуется в другую. (На практике вам нужно использовать больше энергии, чем вы думаете, потому что ваше тело тратит довольно много энергии в этом процессе.) На вершине лестничного пролета вы можете превратить накопленную потенциальную энергию обратно в кинетическую энергию (движение ) различными способами, например, соскользнув с перил или спрыгнув с шеста пожарного! Вы можете проследить каждую частичку энергии, которую ваше тело использует, до еды, которую вы едите, которая поступает от животных и растений и, в конечном итоге, от Солнца.

Другие виды потенциальной и кинетической энергии

Фото: Вот это я называю кинетической энергией! Космический корабль движется со скоростью около 40000 км / ч (25000 миль в час или 11000 м / с). когда он снова выходит на орбиту Земли. Если предположить, что он весит около 30 000 кг, то, по моим расчетам, у него достаточно энергии для питания электрический тостер постоянно около 30 лет! Фотография Аполлона-8, сделанная в 1968 году ВВС США любезно предоставлена ​​НАСА в палате общин.

Вещи могут иметь потенциальную и кинетическую энергию по другим причинам.Здесь еще несколько примеров. Грозовая туча, проносящаяся над головой, имеет » потенциал «высвобождать электрическую энергию в виде огромных молний. другими словами, мы говорим, что у него есть электрический потенциал энергия. Предполагать вы хотите выпустить стрелу из лука. Когда вы оттягиваете резинку тетиву, вы должны растянуть ее намного больше ее естественной формы. Как и ты сделайте это, вы дадите ему то, что известно как эластичный потенциальная энергия (иногда его еще называют механическим потенциалом энергия). Когда вы отпускаете тетиву, она использует накопленную потенциальную энергию для стрельбы стрелка в воздухе.

Существует несколько видов потенциальной энергии. также различные виды кинетической энергии. Когда грозовая туча выпускает электрическая потенциальная энергия как молния, гигантские искры летят с неба наземь. Молния — огромная электрическая ток (поток электричества), движущихся по воздуху — иными словами, это то, что мы может называться «электрическая кинетическая энергия». Мы также можем думать о звук, тепло и свет как примеры кинетической энергии, потому что они вовлекают перемещение энергии из одного места в другое.

Фото: Молния — это огромное высвобождение потенциальной электрической энергии.

Тепловая энергия

Тепло — один из самых известных видов энергии в нашем мире, но это потенциальная энергия или кинетическая энергия? Собственно, это может быть и то, и другое. Предположим, вы нагревали железный пруток в огне, чтобы он стал раскаленным докрасна. если ты окуните его в ведро с холодной водой, вы получите огромное количество готовить на пару. Энергия горячей панели переходит в воду и нагревает ее. тоже вверх, теряя при этом часть собственной энергии.Это означает, что горячий бар — бар с тепловой энергией — обладает потенциальной энергией: у него есть потенциал разогреть что-то еще.

Но горячий батончик также обладает кинетической энергией. Внутри железного прутка есть миллиарды атомов железа удерживаются вместе в жесткой структуре, называемой кристаллическая решетка. Это немного похоже на карабин с атомами на суставы. Хотя атомы в значительной степени закреплены в одном и том же месте, они постоянно покачиваясь. У каждого атома есть немного кинетической энергия. Чем больше вы нагреваете железный пруток и чем он горячее, тем более атомы колышутся — и тем больше у них кинетической энергии.В другом словами, тепло удерживается внутри стержня колеблющимися атомами и их кинетическая энергия. Идея о том, что тепло вызывается атомами и молекулами движение известно как кинетический теория материи.

Горячие объекты любят передавать свою тепловую энергию другим объектам поблизости. Если вы прикоснетесь к чему-то горячему, часть его тепловой энергии попадет в вас — и ты обжечься. Это называется теплопроводностью. Но ты не нужно прикасаться что-нибудь, чтобы почувствовать его тепло. Если вы сядете на некотором расстоянии от ревущего огня, вы сможете почувствовать его тепловую энергию на щеках, даже если в пламя на самом деле вас не касается.Это происходит потому, что огонь проходит его энергия через пустое пространство за счет процесса, называемого теплом радиация. Радиация — это то, как Солнце передает свою энергию на расстояние около 150 миллионов километров (93 миллиона миль). пустого пространства на Землю в путешествии, которое занимает чуть более 8 минут.

Тепловая энергия также перемещается по третьему пути, известному как тепло. конвекция. Если вы поставите кастрюлю с супом на плиту и разогреете ее, нагрейте перемещается от плиты к сковороде за счет теплопроводности. Суп внизу сковороды быстро нагревается.Это делает его менее плотным («более тонким»), чем суп над ним, поэтому он поднимается вверх. Когда теплый суп поднимается, он толкает холодный суп наверху, и холодный суп отваливается вниз занять его место. Довольно скоро появляется что-то вроде невидимой петли образуются внутри супа, при этом тепловая энергия постоянно переносится вверх от плиты и циркулирует через жидкость вверху. Этот процесс — это также то, как тепло распространяется через воздушный шар от горелка внизу, поэтому она планомерно нагревает весь газ внутри.

Подробнее об этой теме читайте в нашей основной статье о тепле.

Производство и использование энергии

Фото: Солнце представляет собой впечатляющее собрание тепловой энергии. Большая часть нашей энергии прямо или косвенно исходит от Солнца. Это изображение было получено телескопом под названием Extreme Ultraviolet Imaging Telescope. часть Солнечной и гелиосферной обсерватории (SOHO), которая является совместным проектом Европейского космического агентства и НАСА. Фотография любезно предоставлена ​​Центром космических полетов имени Годдарда НАСА.

Откуда берется энергия? Хорошо, если у тебя есть чашка горячего кофе сидя на вашем столе, тепловая энергия, которую он содержит, изначально поступала от горячая вода, которую вы использовали для его приготовления. Горячая вода получала энергию от чайник, который вы поставили на плиту или включили в розетку. А откуда электричество? Скорее всего, из электростанция, которая сжигала топливо, такое как газ, уголь или нефть, чтобы высвободить энергия, которую он содержал. Но откуда взялась энергия в этом топливе? изначально?

Вы можете играть в эту энергетическую игру вечно, отслеживая энергию от одного вещь к другому — полностью обратно к первоисточнику.Где бы ты ни начать с и как бы вы ни пошли, вы почти всегда заканчиваете в та же точка: Солнце. Этот гигантский огненный шар в космосе обеспечивает более 99 процентов энергии, которую мы используем на Земле. Ты можешь подумать солнечная энергия футуристично и непрактично, но на самом деле мир был солнечным работает с момента его создания. Игра в энергетическую игру показывает еще кое-что: мы никогда не сможем создать энергию или разрушить Это. Вместо этого все, что мы можем сделать, это преобразовать его из одной формы в другую. Этот идея, которая является одним из основных законов физики, известна как сохранение энергии.

Энергия, которую мы используем в повседневной жизни, делится на три основных категории: пища, которую мы едим, чтобы поддерживать работу нашего тела, энергия, которую мы используем в наши дома, и топливо, которое мы заправляем в наши автомобили. Пища, которую мы едим, поступает от растений и животных, которые наш желудок переваривает, чтобы сахарное вещество, называемое глюкозой, которое кровь переносит по нашему телу для питания наших мышц. Все животные в конечном итоге получают энергию от растения, которые питаются солнечным светом. Растения похожи на живые солнечные панели, которые поглощают энергию Солнца и преобразуют ее в еда.Энергия, которую мы используем в своих домах, обычно обеспечивается углем, газом, и масло. Эти три «ископаемых топлива» подземные поставки энергия, созданная миллионы лет назад, которую мы бурим, добываем или поверхность для удовлетворения наших потребностей в энергии сегодня. Большую часть энергии мы в наших автомобилях также используется масло. Проблема с ископаемым топливом в том, что мы используем их гораздо быстрее, чем создаем. Другая проблема заключается в том, что при сжигании ископаемого топлива образуется газ, называемый углекислый газ, который накапливается в атмосфере Земли и вызывает проблема, известная как глобальное потепление (климат менять).

На фото: растения похожи на живые солнечные батареи. Удивительно думать, что природа произвела то, что может автоматически улавливать и очень эффективно накапливать солнечную энергию — то, что лучшие ученые и инженеры мира все еще пытаются делать это!

Электричество — лучший вид энергии?

Ископаемые виды топлива, такие как нефть, газ и уголь, оказались чрезвычайно полезными. для экономического развития человечества. Уголь питал промышленность революции 18-19 веков, а нефть сделала возможным огромный рост личного транспорта после изобретение двигателя внутреннего сгорания.Газ, намного чище и более эффективное топливо, становится все более важным источником власть с середины 20 века. Тем не менее, все эти виды топлива их недостатки. Уголь грязный и неэффективный. Масло существует в ограниченном количестве поставки в такие места, как Ближний Восток, и растущий спрос на них главный источник мировой напряженности и войн. Газ хоть и легко перебраться место для размещения, может быть опасным при утечке или утечке. Превращение уголь, газ, нефть и другие виды топлива в электричество — способ сделать их гораздо более универсальный и полезный.

Электричество — это вид энергии обычно производится на электростанциях сжигание топлива. По данным EIA США, чуть менее 30 процентов электроэнергии, производимой в Соединенных Штатах, производится из угля. Внутри электростанции уголь сжигается в огромной печи, чтобы высвободить содержащуюся в нем энергию в виде тепла. Тепло используется для кипячения воды и производства пара, который превращает вращающийся пропеллероподобный механизм называется турбиной. Турбина подключен к электричеству или генератору, который производит электричество, когда его вращает турбина.

Самое замечательное в электричестве — это то, что оно настолько универсально. Почти любое топливо можно превратить в электричество. Как только электричество изготовлен на электростанции, его легко передать с одного места на другое. другой — над землей или под землей вдоль кабелей. Внутри домов, фабрики и офисы, электричество снова превращается в другие виды энергия с помощью широкого спектра бытовых приборов. Если у вас есть электроплита или тостер, он потребляет электроэнергию, поставляемую электростанцией, и преобразует обратно в тепловую энергию для приготовления пищи.Свет в вашем доме преобразовывать электрическую энергию в световую (и, если вы не используете энергоэффективные лампочки, довольно много тепла). Ваш стерео или MP3-плеер включает электричество обратно в свет, а ваш мобильный телефон (мобильный телефон) использует его для создания радиоволн.

Энергетика будущего

На фото: подобные нефтеперерабатывающие заводы в будущем могут закрыться из-за того, что запасы нефти начнут иссякать. Изображение Дэвида Парсонса любезно предоставлено Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии (NREL).

По данным Министерства энергетики США, потребление энергии в мире прогнозируется. вырастет на 71 процент в период с 2003 по 2030 год. Около 85 процентов энергии, которую мы используем сегодня на Земле, поступает из ископаемое топливо, но так долго продолжаться не может. Ископаемое топливо будет рано или поздно закончатся и, даже если они продлятся дольше, чем ожидалось, они могут вывести глобальное потепление из-под контроля.

К счастью, поскольку большая часть энергии, которую мы используем, вырабатывается за счет электричества, у нас есть альтернативы. Мы можем производить электричество, например, из энергии ветра, или солнечные панели.Мы можем сжигать мусор, чтобы генерировать тепло, которое будет приводить в движение мощность. станция. Мы можем выращивать так называемые «энергетические культуры» (биомассу), чтобы сжигать их в наших силах. станции вместо ископаемого топлива. И мы можем использовать огромные резервы тепла, удерживаемого внутри Земли, известного как геотермальная энергия. Все вместе, эти источники энергии известны как возобновляемые источники энергии, потому что они будут длиться вечно (или, по крайней мере, пока светит Солнце), не иссякая. Запасы возобновляемой энергии на Земле огромны. Океанская волна высотой 3 м (10 футов) имеет достаточную мощность на метр (3.3 фута) ширины для питания 1000 лампочек. Если бы мы могли покрыть хотя бы один процент Пустыня Сахара с солнечными батареями (площадь немного меньше, чем Объединенный Штаты), мы могли бы производить более чем достаточно электроэнергии для всей нашей планета.

Фото: В будущем нам нужно будет лучше использовать возобновляемые источники энергии. источники, такие как внутреннее тепло Земли (геотермальная энергия). Изображение Роберта Блэкетта, Геологическая служба Юты, любезно предоставлено Национальная лаборатория возобновляемых источников энергии (NREL).

Нам также нужно быть умнее в использовании энергии. Создавая машины и устройства, которые выполняют ту же работу, но потребляют меньше энергии, мы может продвинуть имеющуюся у нас энергию намного дальше. Это называется энергия эффективность (экономия энергии) и это вроде совершенно бесплатный способ создания мощность. Энергетические компании часто находят дешевле раздать тысячи энергоэффективные лампочки, чем строят новые электростанции.

А как насчет машин? В будущем большая часть наших автомобилей будет оснащена двигателем. электричеством от бортовых аккумуляторов или аккумуляторных устройств, называемых топливные элементы, которые используют водородный газ для выработки электроэнергии и мощности электродвигателей.Электромобили уже становятся популярными в таких местах, как Калифорния. Там и повсюду гибридные автомобили помогают производить масло идти дальше. В отличие от обычного автомобиля, гибридный автомобиль имеет два двигателя: один из них, стандартный бензиновый двигатель, используется для высокоскоростной езды — по автострада, например; другой, компактный электродвигатель, питает машина чисто, тихо, качественно в городах.

Сегодня большая часть нашей электроэнергии вырабатывается удаленными электростанциями. передается по огромным длинам кабеля.Требуется энергия, чтобы переместить энергию из одного места в другое. Производство электроэнергии на удаленных электростанциях и передача его по проводам тратит около двух третей его энергии. Другими словами, если вы сожжете три тонны угля на электростанции, вы тратить две тонны на получение энергии из угля, делая электричество и передача электроэнергии потребителям. Вот почему здания будущее скорее всего, будут зарабатывать больше на своей местной власти, например, с солнечными батареями, ветряными турбинами общего пользования, или тепловые насосы, которые «высасывают» накопленную энергию из земли под ногами.

Каждую секунду Солнце излучает больше энергии, чем вся энергия людей. на Земле будет использоваться через миллион лет. Не вся эта энергия достигает наша планета, и не все в том виде, в каком мы можем ее запечатлеть. Но если мы подумаем об энергии, которую мы используем, и использовать ее более разумно, нет причин, почему мы должны когда-нибудь закончиться — или почему мы должны испортить нашу планету для завтрашнего дня детей, когда мы производим энергию, которую используем сегодня.

Мир энергии

Какие регионы мира потребляют больше всего энергии?

Эта диаграмма показывает, что развитые страны потребляют гораздо больше энергии, чем развивающиеся страны.С 2009 года Китай в целом использовал больше энергии, чем любая другая страна в мире. (включая США).

Источник: составлено Explainthatstuff.com с использованием данных из Статистический обзор мировой энергетики BP 2020: первичная энергия (потребление), стр. 8, с данными за 2019 год. «Европа / Евразия» включает данные BP по Европе и СНГ.

Откуда берется мировая нефть?

Всего одиннадцать стран производят три четверти мировой нефти (в порядке выпуска это: США, Саудовская Аравия, Российская Федерация, Ирак, Канада, Объединенные Арабские Эмираты, Кувейт, Китай, Иран, Бразилия и Нигерия).Хотя Соединенные Штаты являются одним из крупнейших производителей нефти в мире, на сегодняшний день это также крупнейший потребитель нефти в мире. Он импортирует нефти больше, чем в любой другой стране — и почти на 50 процентов больше, чем в Китае. Хотя люди предполагают, что большая часть мировой нефти поступает из Ближнего Востока две трети поставляются из других частей мира.

Источник: составлено Explainthatstuff.com с использованием данных из Статистический обзор мировой энергетики BP 2020: добыча нефти, стр. 16 (данные за 2019 г.) и Статистический обзор мировой энергетики BP за 2018 г .: Добыча нефти, стр. 14 (данные за 2017 г.).

Несмотря на это, на Ближнем Востоке по-прежнему находится почти половина общих доказанных запасов нефти в мире:

Источник: составлено Explainthatstuff.com с использованием данных из Статистический обзор мировой энергетики в 2020 году: нефть (общие доказанные запасы), стр. 14 (данные за 2019 год).

Какие виды топлива обеспечивают мировую энергию?

Несмотря на все разговоры о «зеленой энергии», ископаемое топливо все еще является источником около 84 процентов всей мировой энергетики. В настоящее время потребление угля сокращается (по сравнению с 30% в 2015 г.). до 27 процентов в 2019 году), в то время как возобновляемые источники энергии увеличиваются (с 2 процентов в 2015 году и 3 процентов в 2016 году). до 5 процентов в 2019 году).

Источник: составлено Explainthatstuff.com с использованием данных из Статистического обзора мировой энергетики BP 2020: потребление в разбивке по видам топлива, стр. 9, где показаны данные за 2019 год.

Сколько энергии мир будет использовать в будущем?

По данным Управления энергетической информации правительства США, мировое потребление энергии увеличится примерно на три четверти в период с 2000 по 2030 год, и удвоится в период с 2000 по 2040 год. Наибольший рост будет в развивающихся странах, таких как Китай и Индия (и других странах за пределами ОЭСР).

Источник: Составлено Explainthatstuff.com с использованием данных для мирового потребления энергии 1990–2040 гг., от Управления энергетической информации США (EIA): International Energy Outlook 2016. Цифры даны в квадриллионе БТЕ (британских тепловых единицах).

Дополнительные статистические данные по энергии см. Здесь …

7 способов позаботиться о своем теле

Я никогда не особенно хорошо заботился о себе. Я очень хорошо умею следить за тем, чтобы мои дети ели здоровую пищу и не получали много сахара, но моя собственная диета ужасна.Я ежедневно потребляю большое количество сахара в виде сладкого или сладкого, шоколада и конфет. Я все еще ем как подросток, и это меня догоняет. Раньше я очень мало упражнялся, но это то, что уже начало улучшаться. Я провожу детей на приемы еженедельно, но не был у стоматолога 7 лет или у врача больше года.

Я могу думать, что поступая так, я становлюсь хорошей мамой, но на самом деле пример, который я показываю своим детям в том, как заботиться о себе, не является здоровым.

Женщины обычно ставят других на первое место, но отсутствие заботы о своем теле помешает вам жить той жизнью, которую вы хотите. Если вы нездоровы, вы не сможете достичь поставленных перед собой целей. Вы также не сможете в полной мере насладиться тем, что предлагает жизнь, если не сможете участвовать. Представьте себе, что вы мечтаете поехать в Мексику. Попав туда, вы обнаружите, что не можете подняться по лестнице руин майя или заняться сноркелингом, потому что вы слишком не в форме.

Даже такая простая вещь, как игра на свежем воздухе с детьми или будущими внуками, может оказаться невозможным, если ваше здоровье не позволяет этого.

Хотя многие аспекты вашего здоровья находятся вне вашего контроля, я выступаю за то, чтобы позаботиться о вещах, которые вы можете контролировать, чтобы даже если вы страдаете хроническим заболеванием, вы могли извлечь максимум пользы. жизни, что вы можете.

Вот 7 способов, которые помогут вам позаботиться о своем теле наилучшим образом:

Спящий режим

Врачи рекомендуют взрослому человеку спать в среднем 7-8 часов каждую ночь.Хотя потребность во сне индивидуальна, и некоторым людям действительно нужно больше отдыха, чем другим, последствия хронического недосыпания имеют далеко идущие последствия.

Даже взрослые могут испытывать проблемы со сном из-за сенсорных проблем. Прочтите эти советы, чтобы значительно улучшить сон.

Недостаток сна влияет на наше настроение, концентрацию, внимание, память, нашу способность бороться с инфекциями, наше либидо и наши суждения. Недостаток сна также может привести к увеличению веса, депрессии, автомобильным авариям, потенциально фатальным ошибкам и вызвать серьезные проблемы со здоровьем, такие как инсульт, сердечный приступ или диабет.

Это видео демонстрирует важность сна и то, что может случиться, если мы не получаем его достаточно.

Запланируйте время в своей жизни для сна. На этой неделе попробуйте сдвинуть время сна на полчаса назад.

Гидратация

Вы обезвожены? Даже легкое обезвоживание может повлиять на ваш уровень энергии и настроение. Многие врачи по-прежнему рекомендуют взрослым выпивать восемь 8 унций. стаканов воды в день, но это количество может быть больше или меньше в зависимости от других факторов, таких как ваш уровень физической активности и ваш размер.Новое исследование предлагает измерить свой вес, разделить его пополам и выпивать это количество в унциях в день.

Начните с добавления всего одного дополнительного стакана воды в день к тому, что вы уже пьете. Вскоре вы можете увидеть увеличение своей энергии.

Питание

Питание в наше время — сложная штука, пищевая аллергия и пищевая непереносимость в изобилии. То, что полезно для вашего тела, может быть нездоровым для кого-то другого, но есть определенные общие черты, с которыми, я думаю, большинство людей может согласиться.Уменьшите потребление сахара. Ешьте много фруктов и овощей. Ешьте разнообразную пищу. Соблюдайте стандарты контроля порций для вашего тела с точки зрения вашего роста и уровня энергии.

Питание — это не вес. Речь идет о здоровье. Речь идет о подпитке вашего тела хорошими источниками энергии, чтобы оно могло работать с максимальной отдачей. Иметь здоровую пищу под рукой — это половина дела. Я обнаружил, что, готовя замороженные блюда заранее, чтобы мне не приходилось планировать питание и я мог легко брать ужин каждый день, я ем меньше мусора.

Вырежьте одну вещь, которая, как вы знаете, вредна для вашего тела, даже если это такая мелочь, как добавление одной мерной ложки сахара в чай ​​вместо двух.

Упражнение

Многие люди думают, что упражнения — это просто средство для похудания, но они делают гораздо больше. Он помогает бороться с такими заболеваниями, как высокое кровяное давление, депрессия, некоторые виды рака, инсульт, болезни сердца и диабет 2 типа. Он стимулирует определенные химические вещества в мозгу, благодаря чему вы чувствуете себя более счастливым и расслабленным, чем раньше (это очень хорошо!).Упражнения повышают вашу энергию, улучшают вашу сексуальную жизнь и помогают лучше спать.

Мы придумываем всевозможные оправдания, почему мы не можем заниматься спортом (время, дети, здоровье и т. Д.), Но все мы можем сделать одну простую вещь: двигаться больше . Паркуйтесь подальше. Поднимитесь по лестнице. Танцуйте на кухне. Для завивки используйте консервные банки. Поиграйте в бирку со своими детьми в парке.

Я начал заниматься спортом, изменив три вещи в своей жизни, и это имело решающее значение. У меня больше энергии, моя одежда лучше сидит, я похудела, и моя сила заметно улучшилась.Сейчас я гуляю с соседом три раза в неделю по 6 км. Я делаю приложение Seven, которое рассчитано на 7 минут тренировки. Я поднимаюсь по лестнице.

Просто выберите один маленький способ двигаться дальше.

Стоматология

Когда вы в последний раз чистили зубы или проходили стоматологический осмотр? Мне уже более 7 лет, хотя я регулярно беру детей на прием к стоматологу. Знаете ли вы, что плохое состояние зубов и заболевания десен на самом деле связаны с сердечными заболеваниями и более низкой продолжительностью жизни? Это довольно хорошая причина отнестись к этому серьезно.Вы, вероятно (надеюсь) уже чистите зубы несколько раз в день, и это только начало.

Начните пользоваться зубной нитью, если вы еще этого не сделали, и запишитесь на прием к стоматологу.

Психическое здоровье

Наше психическое здоровье так же важно, как и наше физическое. Независимо от того, насколько напряженной является ваша жизнь, вы можете предпринять шаги, чтобы уменьшить реакцию своего тела на стресс и позаботиться о себе. Прогуляйтесь, навестите друга, примите пенную ванну с английской солью при свечах, прочтите хорошую книгу, сходите на массаж, помолитесь, напишите в дневнике и / или обратитесь к консультанту.

Если вы являетесь родителем ребенка с высокими потребностями и обнаруживаете, что стресс от этого влияет на вас, найдите других родителей в аналогичных обстоятельствах, которые могут понять и поддержать вас.

Дышите: трижды в день по несколько минут сидите с закрытыми глазами и пять раз медленно вдыхайте и выдыхайте.

Назначения

Я уже затронул этот вопрос в разделе стоматологической помощи, но теперь я хотел бы, чтобы вы подумали о других встречах, которые вы, возможно, отложили для себя.Вам нужно обратиться к врачу для осмотра или к специалисту по поводу того, что вас беспокоит? Вам нужно обратиться к диетологу, физиотерапевту, натуропату, мануальному терапевту или массажисту?

Назначьте встречу сегодня, о которой вы долго откладывали.

План действий:

• ложиться спать на полчаса раньше
• выпивать один дополнительный стакан воды каждый день
• Избавьтесь от одной нездоровой диеты
• переместить еще
• начните пользоваться зубной нитью, если вы этого не делаете, и запишитесь на прием к стоматологу
• пять раз в день медленно вдыхать и выдыхать с закрытыми глазами
• записаться на прием к врачу

Чтобы добиться желаемой жизни, нужно заботиться о своем теле.