Změny teploty těles tepelnou výměnou

1. Změny teploty těles tepelnou výměnou (Učebnice strana 51 – 52) Do studeného porcelánového hrnku nalijeme horký čaj. Po chvíli má hrnek i čaj stejnou teplotu. Hrnek se zahřeje a čaj se ochladí. Částice čaje, který má vyšší teplotu, narážejí do částic porcelánu, který má nižší teplotu, a tím jim odevzdávají část své vnitřní energie. Vnitřní energie porcelánového hrnku se zvětší, vnitřní energie čaje se zmenší. Změna vnitřní energie čaje a hrnku nastala tepelnou výměnou. Děj probíhá tak dlouho, pokud se teplota čaje a hrnku nevyrovná. Do hrnku s čajem vložíme lžičku tak, aby byla jen zčásti ponořená. Po chvíli se zahřeje i část lžičky, která není ponořená. Nejprve se tepelnou výměnou mezi čajem a lžičkou ohřeje část lžičky ponořená do čaje. Tím se částice v ponořené části lžičky začnou pohybovat rychleji a při vzájemných srážkách předávají část své pohybové energie částicím pohybujícím se v druhé části lžičky pomaleji. Takto se postupně ohřívá i část lžičky, která není ponořená do čaje.

2. Také při zahřívání ocelové koule plamenem probíhá tepelná výměna. Rychle se pohybující částice hořícího plamene předávají část své pohybové energie částicím koule. Tím se zvětšuje vnitřní energie koule. Při dotyku dvou těles o různé teplotě předají částice tělesa o vyšší teplotě část své pohybové energie částicím tělesa o nižší teplotě, pokud se teplota obou těles nevyrovná. Říkáme, že nastává tepelná výměna vedením. Tepelná výměna vedením nastává i uvnitř tělesa, jehož dvě části mají různou teplotu.

3. Na dvě tyče – skleněnou a měděnou připevníme voskem korkové válečky. Potom kahanem na jednom konci tyče stejně zahříváme. Částice zahřívané části tyčí se začnou pohybovat rychleji a při vzájemných srážkách předávají část své pohybové energie částicím pohybujícím se ve zbývající části tyčí pomaleji. Takto se postupně tyče ohřívají. Ohřátá tyč rozpustí vosk a korkový váleček odpadne. skleněná tyč měděná tyč Skleněná tyč se zahřívá pomalu, částicová stavba některých látek umožňuje jen pomalou výměnu tepla. Sklo patří mezi tepelné izolanty. Měděná tyč se zahřeje rychle, částicová stavba kovů umožňuje rychlou tepelnou výměnu. Měď a další kovy jsou dobrými tepelnými vodiči. Tepelným izolantem je např. vzduch. tepelnými izolanty jsou látky, které obsahují vzduch, např. vata, peří, srst, molitan, polystyren, suché dřevo. Dokonalým tepelným izolantem je vakuum.

4. Na dno zkumavky dáme kousek ledu a zatižte ho matkou, aby nevyplaval, a pak dolijte studenou vodou téměř po okraj. Zkumavku držíme za dolní konec a horní konec držíme nad plamenem. Voda se za chvíli nahoře začne vařit. Led neroztaje. Voda špatně vede teplo, proto v místě zahřívání vaří a ve spodní části zkumavky zůstává led. Kovovou tyčku těsně omotáme papírovým proužkem a ten na konci přichyťte troškou lepidla. Zkusíme pak papír nad plamenem zapálit. Nepodaří se vám to. Pokus opakujte se skleněnou tyčkou. Tentokrát papír chytne. Aby papír vzplanul, musí se zahřát na teplotuněkolika set stupňů Celsia. Když dáme nadplamen volný list papíru, přechází teplo z plamene do papíru, papír se zahřívá, až nakonec chytne. Když se ale papíru dotýká kov, odvede všechno teplo rychle pryč a papír se dostatečně nezahřeje. Naopak dřevo vede teplo špatně, proto papír dosáhne teploty potřebné pro hoření.

5. V místnosti je teplota vzduchu 20°C. Na stole leží dvě stejně velké koule, jedna je polystyrenová, druhá ocelová. Díky tepelné výměně mají stejnou teplotu jako vzduch, tj. asi 20°C. Sáhneme na ně rukou. Zdá se, že polystyrenová koule je teplejší než ocelová. Je to tím, že ruka má teplotu asi 36°C, polystyren se v místě dotyku zahřeje na teplotu ruky, je to tepelný izolant a nepřenáší teplo dál. Ocel je dobrý tepelný vodič, proto z ruky, která je teplejší, teplo stále odvádí. Na povrchu ocelové koule zůstává stále teplota 20°C, proto se zdá chladnější. Tepelné vodiče snadno odvádějí teplo, proto nás ochlazují. Kovy nebo dlaždice jsou tepelné vodiče, proto se nám zdají v téže místnosti chladnější než např. koberec, korek, polystyren, dřevo apod. Tyto látky jsou tepelné izolanty, neodvádějí téměř žádné teplo, proto nás neochlazují. I výrok „kožich hřeje“ není správný. Ve skutečnosti je kožich tepelný izolant, a proto zamezuje úniku tepla z povrchu těla. V tepelných vodičích (např. kovech) probíhá tepelná výměna vedením rychle, v tepelných izolantech (sklo, suché dřevo, plasty, polystyren, vata, minerální plst, vzduch, voda...) za stejných podmínek pomalu. Otázky a úlohy k opakování – učebnice strana 52.