Этап 0. Ставка: кто проживёт дольше?
Под настольной лампой стоят четыре одинаковых кубика льда. Один — голый, второй завёрнут в фольгу, третий — в чёрную бумагу, четвёртый — в шерстяной носок. Лампа греет их одинаково.
Сделай прогноз до изучения теории. Расставь кубики в порядке от того, который растает первым, до того, который продержится дольше всех. В этапе 5 мы проверим, кто победил — твоя интуиция или физика.
🧊 🧊фольга 🧊чёрн. 🧊носок
💡
💡
Этап 1. Твоя рука — плохой термометр
Опыт 1. Парадокс холодного металла
Металлическая пластина и деревянный брусок всю ночь пролежали рядом на столе. Нажми на предмет, чтобы «потрогать» его рукой.
🔩
Металл🪵
ДеревоОпыт 2. Три миски
🥣горячая 🥣комнатная 🥣холодная
Вывод: одна и та же вода кажется одной руке холодной, другой — тёплой. Ощущения субъективны. Нужна объективная физическая величина — температура — и прибор — термометр. А что именно измеряет термометр на уровне молекул, выясним в следующем этапе.
Этап 2. Молекулярный детектив: три улики против невидимок
🔬 Симуляция: частицы, температура и агрегатное состояние
Состояние:
Температура: 30 усл. ед.
Средняя скорость частиц: —
Ты открыл главное: чем выше температура, тем быстрее движутся частицы. Температура — мера средней кинетической энергии движения молекул. Меняется состояние — меняется характер движения, а не сами молекулы: молекула льда, воды и пара одна и та же — H₂O.
Улика 1. Между частицами есть промежутки — шприц
Что в шприце:
Дави на поршень (носик зажат пальцем):
Вывод: в газе между молекулами огромные промежутки — их можно «придвинуть» друг к другу. В жидкости молекулы уже почти вплотную, поэтому вода практически несжимаема. Значит, вещество состоит из частиц, и между ними есть промежутки.
Улика 2. Частицы движутся — диффузия в горячей и холодной воде
| Холодная 5 °C | Горячая 80 °C | |
|---|---|---|
| Перемешано | 0 % | 0 % |
⏱ 0 с
Диффузия — самопроизвольное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого. Никто не перемешивал — молекулы двигаются сами! В горячей воде диффузия идёт быстрее, потому что молекулы движутся быстрее. Так ты чувствуешь запах духов из другой комнаты.
Улика 3. Частицы притягиваются и отталкиваются
🪙🪙
Сухие монеты: сдвинуть/оторвать🪙💧🪙
Мокрые монеты: оторвать🤏🪙
Сжать монету пальцамиВывод: молекулы притягиваются (мокрые монеты слипаются — их соединяют молекулы воды, которые близко подошли к обеим поверхностям) и отталкиваются (монету нельзя сжать — при попытке сблизить молекулы сильнее они отталкиваются). Притяжение заметно только на расстояниях порядка размера самих молекул — поэтому сухие монеты не слипаются: их поверхности слишком шероховаты.
📋 Заполни таблицу агрегатных состояний
Посмотри симуляцию ещё раз и выбери верные варианты.
| Свойство | Твёрдое ❄️ | Жидкое 💧 | Газ ☁️ |
|---|
🃏 Карточки-термины (нажми, чтобы перевернуть)
Молекула
Мельчайшая частица вещества, сохраняющая его химические свойства. Размер ~10⁻¹⁰ м. В одной капле воды их больше, чем капель во всех океанах.
Диффузия
Самопроизвольное взаимное проникновение молекул соприкасающихся веществ. Быстрее всего в газах, медленнее в жидкостях, очень медленно в твёрдых телах. Ускоряется с ростом температуры.
Броуновское движение
Беспорядочное движение мелких видимых частиц (пыльцы, пылинок) в жидкости или газе под ударами невидимых молекул. Прямое доказательство того, что молекулы движутся.
Температура
Физическая величина — мера средней кинетической энергии молекул. Единицы: °C (Цельсия), К (кельвин, СИ). Прибор — термометр. Тепловое равновесие: температуры тел сравнялись.
Три положения МКТ
1) Все тела состоят из частиц, между которыми есть промежутки.
2) Частицы беспорядочно и непрерывно движутся.
3) Частицы взаимодействуют: притягиваются и отталкиваются.
2) Частицы беспорядочно и непрерывно движутся.
3) Частицы взаимодействуют: притягиваются и отталкиваются.
Тепловое движение
Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела. Чем выше температура — тем интенсивнее. Не прекращается никогда (даже во льду молекулы колеблются).
Этап 3. Внутренняя энергия: как «накачать» вещество
Молекулы движутся → у них есть кинетическая энергия. Молекулы взаимодействуют → есть потенциальная энергия. Сумма энергий всех частиц тела — его внутренняя энергия U. Как её изменить, не имея плиты?
🔧 Тренажёр «Нагрей тело без плиты»
22 °C
Тело остывает само, если ничего не делать
Совершить работу:
Теплопередача:
Тело совершает работу само:
Два способа изменить внутреннюю энергию:
1) Совершение работы — трение, удар, сжатие (U растёт); расширение газа (U падает — газ сам совершает работу и «платит» своей энергией, поэтому струя из шарика холодная).
2) Теплопередача — энергия переходит от более горячего тела к более холодному без совершения работы. Всегда от горячего к холодному, никогда наоборот само по себе.
1) Совершение работы — трение, удар, сжатие (U растёт); расширение газа (U падает — газ сам совершает работу и «платит» своей энергией, поэтому струя из шарика холодная).
2) Теплопередача — энергия переходит от более горячего тела к более холодному без совершения работы. Всегда от горячего к холодному, никогда наоборот само по себе.
🧠 Ловушка. Ты держишь лёд в руке. Что происходит?
🗂 Сортировка: работа или теплопередача?
Нажми на карточку, затем на нужную группу.
🔨 Совершение работы
🌡 Теплопередача
Этап 4. Охота за тремя способами переноса тепла
Охота 1. Теплопроводность — гонка ложек
К концам трёх ложек прилеплены маслом горошины. Другие концы одновременно опускаем в кипяток. Чья горошина упадёт первой?
Твой прогноз:
| Ложка | Горошина упала через |
|---|---|
| Металл | — |
| Пластик | — |
| Дерево | — |
Теплопроводность — передача энергии от частицы к частице без переноса вещества: горячие частицы раскачивают соседей, те — следующих. У металлов она высокая (помогают свободные электроны), у дерева, пластика и особенно воздуха — низкая.
Разгадка этапа 1: металл кажется холодным, потому что быстро отводит энергию от руки. Дерево при той же температуре — нет. Ощущение «холодно» = скорость потери энергии, а не температура.
Разгадка этапа 1: металл кажется холодным, потому что быстро отводит энергию от руки. Дерево при той же температуре — нет. Ощущение «холодно» = скорость потери энергии, а не температура.
Задача-инженер: из чего делать ручку сковородки?
Охота 2. Конвекция — горячее всплывает
Где расположен нагреватель:
Цвет частицы — её температура: синий = холодная, красный = горячая. Наблюдай 10–15 секунд.
Почему конвекции нет в твёрдых телах?
🏠 Спроектируй отопление комнаты
Куда поставить батарею?
Куда повесить кондиционер (охладитель)?
Охота 3. Излучение — тепло без посредников
Поднеси ладонь к лампе накаливания сбоку: тепло чувствуется, хотя воздух вверх не течёт, а металл руки не касается. Значит, энергия летит невидимыми лучами — так Солнце греет Землю через вакуум космоса.
Расстояние до лампы: 20 см
| Пластина | Температура через 3 мин |
|---|---|
| А | — |
| Б | — |
Излучение — перенос энергии электромагнитными волнами. Единственный вид теплопередачи, возможный в вакууме. Тёмные шероховатые поверхности лучше поглощают И лучше излучают, светлые и блестящие — отражают. Поэтому в жару носят белое, колба термоса зеркальная, а радиаторы красят в чёрный.
✍️ Собери правила (выбери пропущенные слова)
🎯 Опознай вид теплопередачи
Нажми на карточку, затем на группу.
🔩 Теплопроводность
🌊 Конвекция
☀️ Излучение
Этап 5. Инженерный вызов «Спаси мороженое»
Шаг 1. Проверяем твою ставку
Ты ещё не сделал ставку в этапе 0 — можешь вернуться, а можешь просто посмотреть результат.
Результат: 1) чёрная бумага, 2) голый, 3) фольга, 4) шерстяной носок.
• Чёрная бумага — поглотила излучение лампы и «добила» лёд быстрее, чем если бы его не трогали вовсе.
• Фольга — отразила излучение, но металл хорошо проводит тепло от воздуха.
• Носок — удерживает неподвижный воздух: блокирует и теплопроводность, и конвекцию. Шерсть не греет — она не пускает энергию.
• Чёрная бумага — поглотила излучение лампы и «добила» лёд быстрее, чем если бы его не трогали вовсе.
• Фольга — отразила излучение, но металл хорошо проводит тепло от воздуха.
• Носок — удерживает неподвижный воздух: блокирует и теплопроводность, и конвекцию. Шерсть не греет — она не пускает энергию.
Шаг 2. Собери свой термоконтейнер
Голый кубик под лампой живёт 5 минут. Выбери слои (снаружи внутрь) и крышку. Каждый слой должен блокировать какой-то вид теплопередачи — иначе он бесполезен.
Лёд проживёт: —
Ты собрал сосуд Дьюара (термос): блестящие стенки отражают излучение, вакуум или воздушная прослойка блокирует теплопроводность, закрытая крышка — конвекцию. Лучший теплоизолятор — не материал, а пустота или неподвижный воздух!
🏠 Домашнее задание-DIY (на выбор)
- Тепловой аудит квартиры: сфотографируй по 3 примера каждого вида теплопередачи (батарея, чайник, окно, одежда, холодильник) и подпиши, как их можно улучшить.
- Контейнер-чемпион: собери свой термоконтейнер из подручных материалов, положи кубик льда в него и такой же — на блюдце рядом. Засеки, во сколько раз дольше прожил защищённый.
- Мини-исследование: в какой чашке чай остынет быстрее — в тёмной или светлой, металлической или керамической? Построй график температуры от времени.
Этап 6. Зачёт на время: термины и понимание
15 вопросов, на каждый — 20 секунд. Верный ответ +10, если ответил быстрее 8 секунд — ещё +5. Не успел — вопрос засчитывается как ошибка. В конце — разбор всех ошибок.
Вопрос 0/15⏱ 20 с⭐ 0
Нажми «Начать зачёт»