Ғылыми жобаның тақырыбы: «Жылу құбылыстары»

195

Ғылыми жобаның тақырыбы: «Жылу құбылыстары»

Жоспар:

 

 

1.Жұмыстың мақсаты

2.Зерттеудің жүру барысы

3.Түсініктеме

4.Кіріспе

5.Негізгі бөлімі

6.Қорытынды.

7.Пайдаланылған әдебиеттер

 

Жобаның мақсаты:

 

Жылу құбылыстарының түрлерін, таралуын,күнделікті тұрмыста қолданылуын тәжірибе жасау арқылы түсіндіру.

 

  Зерттеудің жүру барысы:

 

  • Қосымша мәліметтер жинақтау (кітап, интернет)
  • Физика кабинетінде тәжірибелер жүргізу
  • Мәліметтер мен тәжірибе нәтижелерін салыстырып, қорытынды шығару

 

 

 

Түсініктеме

 

Кабенов Оразалы, 9 «А» сынып оқушысы өз жұмысының барысында тәжірибелер  арқылы жылу құбылыстарынның  түрлерін ,таралуын  анықтады. Сұйықтың булануына тәжірибелер жүргізу арқылы булануды байқады.

Оразалы астрономия және физика пәндерінен білімін көрсетті.

Оразалының жұмысының мақсаты: Жылу құбылыстарының түрлерін, таралуын,күнделікті тұрмыста қолданылуын тәжірибе жасау арқылы түсіндіру.

 

 

І .Кіріспе. Жылу құбылыстары.

І. Механикалық құбылыстардан кейінгі ең елеулі және танымал құбылыстар – жылу құбылыстары.Олар өздерінің пайымдағанындай, денелерді қыздырумен немесе суытумен, яғни оардың температурасын өзгертумен байланысты.Бұл процестер денелердің кейбір қасиеттерінің өзгеруіне әкеледі.Жылулық процестердің жүруі заттың құрылысымен ,оның ішкі құрылымы мен тығыз байланысты.

Барлық денелер бір –бірімен тығыз емес ,қандай да бір қашықтықта орналасқан заттың өте ұсақ бөлшектері болып табылатын атомдар мен молекулалардан тұрады.

Атомдар мен молекулалар үздіксіз бейберекет қозғалыста болады.

Затттың атомдары мен молекулалары бір-бірімен тартылу және тебілу күштері арқылы өзара әрекеттеседі.

Заттың құрылысы мен қасиеттері ,олардың өзара байланысы жөніндегі мәселелер физика ғылымының ең бір маңызды бөлімі болып табылатын молекулалық физиканың негізін құрайды.

Молекулалық физика мен оның молекулалары кинетикалық

теориясынның  мақсаты-денелердің ішкі құрылысының негізінде физикалық процестер мен құбылыстарды микроскопиялық (микрофизикалық)тұрғыда қарастыруды

жүзеге асыру.

Бұл денелердің тәжірибеде тікелей бакыланатын қасиеттерін

(қысым,температура,серпімділік,жылуөткізгіштік және т.с.с.)түсіндіру үшін қажет.

Бірақ кейбір жағдайларда денелердің қасиеттерін және олардан өзгерістері молекулалық құрылысты ескермей зерделейтін термодинамикалық зерттеу әдісі қолданылады.Жылу құбылыстарын және денелердің әр түрлі қасиеттерін ,олардың ішкі молекулалық құрылысын қолданбай –ақ түсіндіретін физиканың бөлімі термодинамика деп аталады.

   Біз термодинамикада жекелеген молекулаларды емес,сансыз көп бөлшектерден тұратын микроскопиялық денелерді қарастырамыз.Бұл денелер термодинамикалық денелер деп аталады.

   Термодинамикада жылу құбылыстары қысым  (р),температура (T),көлем (V)сияқты жекелеген молекулалар

Мен атомдарға қолданылмайтын макроскопиялық шамалармен сипатталады.

Табиғаттағы макроскопиялық денелер немесе термодинамикаық жүйелер алуан түрлі.Бұл-балондағы газ,ыдыстағы сұйық,бізді қоршаған ортадағы кез келген зат.Сол сияқтыаспан денер-планеталар,күрн,жұлдыздар және ғарыштық денелердің бөліктері-планетаь атмосферасы,күн тәжі,кометанынядросы да термодинамикалық жүйеге жатады.

 

 

 

ІІ.Негізгі бөлім.

а)Ішкі энергия. Температура.Температураны өлшеу тәсілдері.

Молекулалардың ретсіз қозғалысын жылулық қозғалысы деп          аталады. Дене молекулаларының жылулық қозғалысын желсіз тынық ауадағы түйдектелген шіркей тобымен салыстыруға болады.Ауада шіркей бұлты қозғалыссыз ілініп тұрғандай сезіледі.Ал бұлттың ішіндегі жүзлдеген шіркей барлық бағытта біресе оңға,біресе солға тынбастан ретсіз қозғалады.Бірақ шіркейлердің бұлты өз пішінін өзгертпестен ,дәл сол орнында қалады.Көзге көрінбейтін атомдар мен молекулалар қозғалысы да ретсіз болады.

Диффузия (лат. dіffusіo – таралу, жайылу) – нақтылы дене бөлшектерінің жылулық қозгалыстарга ұшырай отырып, сол дене конңентрациясының селдір аудандарына қарай жылжуы;молекулалардың жылулық қозғалысы салдарынан шеқаралас орналасқан әр түрлі заттардың бір-біріне өту құбылысы. Диффузия дененің бүкіл көлеміндегі концентрация мөлшерінің бірте-бірте теңелуін, сөйтіп оның бірқалыпты сипат алуын қамтамасыз етеді. Кейбір денелердің өте шағын бөлшектері ғана емес (атомдар,молекулалар, иондар), біршама ірі түйіршіктері де диффузиялық қасиетті иемденуі мүмкін.

 Броундық қозғалыс, браундық қозғалыс — сұйық не газ ішіндегі ұсақ бөлшектердің қоршаған орта молекулаларының соққысы әсерінен болатын бей-берекет қозғалысы. Мұны 1827 жылы ағылшын ғалымы Р. Броун (Браун) зерттеген. Броундық қозғалыстың қарқындылығы уақытқа тәуелді емес. Бірақ ортаның температурасы жоғарылаған сайын және ортаның тұтқырлығы мен бөлшектердің мөлшері кеміген сайын Броундық қозғалыстың қарқындылығы артады. Броундық қозғалыстың толық теориясын 1905 — 06 жылы А. Эйнштейн және поляк физигі М. Смолуховский жасады. Броундық қозғалыстың болу себебі — орта молекулаларының жылулық қозғалысы және бөлшектердің орта молекулаларымен соқтығысуы кезінде алатын импульстерінің теңгерілмеуі. Орта молекулаларының соққысы бөлшектерді бей-берекет қозғалысқа келтіріп, олардың жылдамдығының шамасы мен бағытын шапшаң өзгертіп отырады. Егер бөлшектердің орны бірдей қысқа уақыт аралықтарында тіркеліп отырса, онда бөлшектердің траекториясы күрделі екендігі байқалады (суретті ).     Броундық қозғалыс атомдар мен молекулалардың бей-берекет жылулық қозғалысы жөніндегі молекула-кинетикалық теорияның )tең көрнекті дәлелі болып есептеледі. Егер бақылау уақыты ( жеткілікті ұзақ болса және орта молекулаларының бөлшекке әсер ету күші өзінің бағытын бірнеше рет өзгертсе (сыртқы күш әсер етпеген жағдайда), онда қандай да бір оське бөлшек ығысуы проекциясының орта квадраты төмендегі формуладан анықталады (Эйнштейн заңы мұндағы D —,t): =2D диффузия коэффициенті. Радиусы а-ға тең сфералық бөлшек  —ha, мұндағы hpүшін: D=kT/6 ортаның динамикалық тұтқырлығы, Т — температура. Эйнштейн заңындағы мен D шамаларының бір-біріне қатысы француз физигі Ж. Перрен мен швед физигі Т. Сведбергтің тәжірибелерінде дәлелденді. Соның нәтижесінде Больцман тұрақтысы және Авогадро тұрақтысы тәжірибе жүзінде нақтыланды. Броундық қозғалыс теориясы физикалық-химиялық дисперсті жүйеде қолданыс тапты. Ал метрологияда Броундық қозғалыс сезгіш құралдардың дәлдігін анықтайтын негізгі

фактор болып есептеледі.

Диффузия жылдамдығы температураға тікелей байланысты, алайда бүл процесс газдарда өте тез, сүйықтарда одан гөрі баяу, ал қатты заттарда өте баяу өтеді. Диффузия құбылысы барлық агрегаттық күйде, диффузияланатын заттың сол ортадағы шоғырлануы теңелгенге дейін жүре береді. Газ немесе сұйықтың молекулаларының бір орыннан екінші орынға ауысуы арқылы өз ішінде диффузиялануы өздік диффузия деп аталады. Диффузияның өту шапшаңдығы — диффузияланатын заттың тегінежәне оның қандай жағдайда болуына байланысты анықталатын шама — диффузия коэффициентімен сипатталады. Диффузия коэффициентінің халықаралық бірліктер жүйесіндегі өлшеу бірлігі — м2/сек. Диффузия құбылысы табиғатта маңызды роль атқарады: атмосфераның жер бетіне жақын орналасқан қабаттарындағы ауа құрамының біркелкі болуына ықпал етіп, өсімдіктердің дұрыс қоректенуіне жағдай туғызады.

Диффузия — бір кезде игерілген және пайдаланылған инновацияның жаңа жағдайда, жаңа орындарда таралуы.

Температура-жылулық тепе-теңдік кезінде барлық денелердің температуралары бірдей, сондықтан оны жылулық тепе-теңдік күйінің сипаттамасы деп есептеуге болады. Температурамен таби- ғаттағы барлық сұйық заттарды қарастыруға болады.
Мысалы: мұнай өнімдерінің салаларын қарастырсақ, майды қоюландырып, оның қозғалтқышын жоятын температура қыста 5 градустан 20 градусқа дейінгі температурада пайдаланылады, ал жазда 20 градусқа дейін.
Ал, дене мен температураны өлшейтін аспапты- термометр деп атайды. Оларды тікелей жанастырсақ температуралары теңеседі, яғни жылулық тепе-теңдік орнайды.

Термометрлер және температуралық шкалалар.
Температураны өлшеу үшін денелердің кейбір қасиеттеріні температураға тәуелді өзгеріп отыратыны пайдаланылады.
Термометрлік дененің температурамен бірге үйлесімді өзгеріп отыратыны белгілі бір сипаттамасын, мысалы,газдың көлемін немесе қысымын алып, қайталануы жеңіл, бірқатар тұрақты температуралық нүктеледі тағайындайды. (судың қайнау, қатаю
нүктелері) . Бұл нүктелер реперлік нүктелер деп аталады. Реперлік нүктелерді таңдау арқылы түрліше температуралық шкалаларды алады.

  1. Фаренгейт шкаласы.1724 ж. Ұлыбританияда және Голландияда жұмыс істеген неміс физигі Фарангейт ұсынған. Реперлік нүктелер:
    0 F -1709 ж. ерекше суық қыстың температурасы 32 гр F – мұздың еру температурасы 98 гр. F . бұл шкала бойынша судың қайнау температурасы 212 гр F . Фаренгейт шкаласын АҚШ-та пайдалана- ды.
    2. Реомюр шкаласы. 1730 ж.француз жаратылыстанушысы Реомюр жасаған. Реперлік нүктелері : 0 гр. Р –мұздың еру температурасы:100 гр С-судың қайнау температурасы.
    3. Цельсий шкаласы. 1742ж. швед астрономы және физигі Цельсий жасаған. Реперлік нүктелері: 0 гр С –мұздың еру температурасы; 100 гр С- судың қайнау температурасы.

Абсолют температуралар шкаласы. Тұңғыш рет температуралық шкаланы физикалық құбылыстың негізінде жасаған ғалым, ағыл- шын физигі 1848 жылы Томсон Уильям ғылыми жетістіктері үшін лорд Кельвин атанды. Цельсий шкаласы бойынша -237 гр С температураға 0 К сәйкеc келеді. Бұл мынадай байланыста болады.

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

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

Сұйыққа немесе газга батырылған денеге  жоғары бағытталған кері итеруші күш –Архимед күші әрекет етеді.

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

Қатты денелерде және вакуумда конвекция болмайды.

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

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

Сәулелену энергиясының дененің ішкі энергиясына айналуы жұтылу деп атайды.

 

 

 

 

 

 

 

Хоттабычтың құсы
Мәңгі жасайтын қозғалғыш. Құс еңкейеді, су ішеді , тұрады ,қайтадан еңкейеді. Хоттабыч құсы ампула сияқты бітеу фигура. Ампула  жылдам буланып кететін сұйықпен толтырылған. Құстың басында мақтадан жасалған тыс бар, ол суға батқанда ішіндегі сұйық буланады, құстың басы салқындайды.

 

Осы құстың қалай қозғалатынын білу үшін тәжірибе жасадым.

4-тәжірибе.Құралдар: екі термометр, дымқыл мата.

Бір термометрге дымқыл матаны орадым. Екі термометрдің көрсеткіштерін салыстырдым. Құрғақ термометрдің көрсеткіші басына дымқыл мата ораған термометрден төмен көрсетеді. Температура түскенде  будың қысымы азаяды, будың бір бөлігі суға айналады. Сол кезде қысымның аздығынан  сұйық жоғары қарай көтеріледі.

 

Тәжірибеден көргеніміздей құста орналасқан жоғарғы шарик салқындағанда төменгі шариктегі сұйық буланып, жоғары шарикке қысым түседі. Құстың басы ауырлайды, сосын төменге қарай түсе бастайды. Құс су ішкеннен кейін төменгі және жоғарғы шариктердегі  қысым теңеседі, сосын сұйық салмақпен төменгі шарикке ағады. Құс қайтадан басын көтереді.

Қорытынды

Осы жобамен жұмыс жасау барысында алға қойған мақсаттарыма жеттім. Жылу құбылыстарын зерттей отырып және оларға тәжірибелер жүргізе отырып, табиғатта,күнделікті тұрмыстағы құбылыстардың арасындағы жылу алмасуын,таралуын,берілуін білдім.

 

 

Пайдаланылған әдебиеттер:

  1. И.Г. Кириллова «Книга для чтения по физике»
  2. Б.Ф. Билимович «Физические викторины»
  3. Буров В.А., Никифоров Г.Г. «Фронталные лабораторная занятия по физике» М.,1974.

4.Кабардин О.Ф. “Факультативный курс физики”            9 класс  М.,1986.

  1. Б.М. Дүйсембаев, Г.З. Байжасарова, А.А. Медетбекова «Физика және астрономия»         8-сынып оқулығы.
  2. Интернет