Проектная задача "Теплый дом" (физика)

Люди с древних времен строят жилища, в которых можно укрыться от холода и изменчивых погодных условий. Если стены здания тонкие, в дверях и окнах имеются щели, то тепло быстро уходит в окружающую среду.

Планируется строительство нового дома, примените свои знания и разработайте рекомендации строителям, для предохранения здания от нежелательного теплообмена с окружающей средой.

В рамках работы над проектом «Рекомендаций строителям дома», вам предлагается выполнить ряд специальных заданий. В итоговый текст должны войти результаты выполнения этих заданий, а также ваши собственные предложения и идеи.

Полезная информация.

В настоящее время строительная индустрия развивается в направлении создания теплосберегающих строительных материалов. Наиболее перспективными материалами считаются ячеистые бетоны и бетоны на легких заполнителях.

Группу физических свойств физических материалов составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относятся плотность и пористость материала, ко вторым - гидрофизические свойства (водопоглащение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение).

Пористостью, называется отношение объема пор к общему объему материала.

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от О (сталь, стекло) до 95% (пенобетон). Энергосберегающие (теплосберегающие) строительные материалы обладают высокой пористостью.

Водопоглощением материала называется его способность впитывать и удерживать в своих порах воду. Водопоглощение всегда меньше пористости.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Морозостойкость материала зависит от плотности и степени заполнения водой.

Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, которые подвергаются попеременному воздействию положительной и отрицательной температуры.

Чем больше пористость и меньше средняя плотность, там хуже материал проводит тепло, что очень существенно для наружных стен и покрытий. Такие материалы называются теплоизоляционными материалами (минеральная вата, полистирол, пенобетон). Они применяются для утепления стен и покрытий. Значительно возрастает теплопроводность материала с увлажнением.

Задание № 1

1. Предположите, как взаимосвязаны плотность и пористость материалов, пористость и теплопроводность, пористость и морозостойкость?

2. Сравните свои предположения с табличными данными.   

2. Попытайтесь связать разность средней и истинной плотности с пористостью  и дать определение этим величинам.

3. Предположите, как меняются у материала в результате насыщения водой плотность, теплоемкость и теплопроводность.

Задание № 2

Прочитайте определения теплопроводности, выделите, что в этих определениях видимое, а что мыслимое. Что отличает эти определения?

Теплопроводностью называется способность материалов проводить тепло.

Теплопередача происходит из-за перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Теплопроводность - это способность вещества переносить тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности.

Теплопроводность - это способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Передача тепла в материале осуществляется кондукцией (путем контакта частиц материала), конвекцией (движением воздуха или другого газа в порах материала) и лучеиспусканием.

Задание № 3

Решите следующие качественные задачи.

1. Летом воздух в доме нагревается разными способами: через стены, через отрытое окно, в которое входит теплый воздух, через стекло. С каким видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?

2. Почему летом в каменных строениях прохладнее, чем в деревянных?

3. Почему стеклопакеты существенно лучше сохраняют тепло, чем обычные окна?

4. Почему оконные стекла начинают замерзать внизу раньше, чем сверху?

5. Зачем при отделке домов в щели задувают пену, которая, затвердевая, образует пористую структуру?

Задание № 4

Решите задачу.

Для того чтобы прогреть комнаты дома необходимо затратить 66000 кДж тепла. Из скольких кирпичей должна быть сложена печь, если при остывании ее от 70 до 20 С выделяется необходимое тепло. Масса одного кирпича 5 кг. Сколько при этом сгорает каменного угля? Удельная теплоемкость кирпича 880 Дж/кг С, удельная теплота сгорания каменного угля 30 МДж.

Задание № 5

 Напишите «Рекомендации строителям по применению теплосберегающих материалов».

Проектная задача «Теплый дом»

(Физика 8, тема «Тепловые явления»),

автор - учитель физики МБОУ лицей имени В.Г. Сизова г. Мончегорска Мурманской области

Махмудова Валентина Дмитриевна

Люди с древних времен строят жилища, в которых можно укрыться от холода и изменчивых погодных условий. Если стены здания тонкие, в дверях и окнах имеются щели, то тепло быстро уходит в окружающую среду.

Планируется строительство нового дома, примените свои знания и разработайте рекомендации строителям, для предохранения здания от нежелательного теплообмена с окружающей средой.

В рамках работы над проектом «Рекомендаций строителям дома», вам предлагается выполнить ряд специальных заданий. В итоговый текст должны войти результаты выполнения этих заданий, а также ваши собственные предложения и идеи.

Полезная информация.

В настоящее время строительная индустрия развивается в направлении создания теплосберегающих строительных материалов. Наиболее перспективными материалами считаются ячеистые бетоны и бетоны на легких заполнителях.

Группу физических свойств физических материалов составляют, во-первых, параметры физического состояния материалов и, во-вторых, свойства, определяющие отношение материалов к различным физическим процессам. К первым относятся плотность и пористость материала, ко вторым - гидрофизические свойства (водопоглащение, влажность, водопроницаемость, водостойкость, морозостойкость), теплофизические (теплопроводность, теплоемкость, температурное расширение).

Пористостью, называется отношение объема пор к общему объему материала.

Пористость строительных материалов колеблется в широких пределах, начиная от О (сталь, стекло) до 95% (пенобетон). Энергосберегающие (теплосберегающие) строительные материалы обладают высокой пористостью.

Водопоглощением материала называется его способность впитывать и удерживать в своих порах воду. Водопоглощение всегда меньше пористости.

Морозостойкостью называется способность материала в насыщенном водой состоянии выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения и без значительного понижения прочности.

Морозостойкость материала зависит от плотности и степени заполнения водой.

Морозостойкость имеет большое значение для стеновых материалов, которые подвергаются попеременному воздействию положительной и отрицательной температуры.

Чем больше пористость и меньше средняя плотность, там хуже материал проводит тепло, что очень существенно для наружных стен и покрытий. Такие материалы называются теплоизоляционными материалами (минеральная вата, полистирол, пенобетон). Они применяются для утепления стен и покрытий. Значительно возрастает теплопроводность материала с увлажнением.

Задание № 1

1. Предположите, как взаимосвязаны плотность и пористость материалов, пористость и теплопроводность, пористость и морозостойкость?

2. Сравните свои предположения с табличными данными.

2. Попытайтесь связать разность средней и истинной плотности с пористостью и дать определение этим величинам.

3. Предположите, как меняются у материала в результате насыщения водой плотность, теплоемкость и теплопроводность.

Задание № 2

Прочитайте определения теплопроводности, выделите, что в этих определениях видимое, а что мыслимое. Что отличает эти определения?

Теплопроводностью называется способность материалов проводить тепло.

Теплопередача происходит из-за перепада температур между поверхностями, ограничивающими материал.

Теплопроводность - это способность вещества переносить тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности.

Теплопроводность - это способность материала передавать тепло от одной своей части к другой в силу теплового движения молекул. Передача тепла в материале осуществляется кондукцией (путем контакта частиц материала), конвекцией (движением воздуха или другого газа в порах материала) и лучеиспусканием.

Задание № 3

Решите следующие качественные задачи.

1. Летом воздух в доме нагревается разными способами: через стены, через отрытое окно, в которое входит теплый воздух, через стекло. С каким видом теплопередачи мы имеем дело в каждом случае?

2. Почему летом в каменных строениях прохладнее, чем в деревянных?

3. Почему стеклопакеты существенно лучше сохраняют тепло, чем обычные окна?

4. Почему оконные стекла начинают замерзать внизу раньше, чем сверху?

5. Зачем при отделке домов в щели задувают пену, которая, затвердевая, образует пористую структуру?

Задание № 4

Решите задачу.

Для того чтобы прогреть комнаты дома необходимо затратить 66000 кДж тепла. Из скольких кирпичей должна быть сложена печь, если при остывании ее от 70 до 20 С выделяется необходимое тепло. Масса одного кирпича 5 кг. Сколько при этом сгорает каменного угля? Удельная теплоемкость кирпича 880 Дж/кг С, удельная теплота сгорания каменного угля 30 МДж.

Задание № 5

Напишите «Рекомендации строителям по применению теплосберегающих материалов»:

Монопроектная задача составлена для учащихся 8 классов по теме «тепловые явления». Она состоит из пяти заданий, связанных одним сюжетом. Задания разноплановые (качественные и расчетные задачи), как репродуктивного, так и творческого характера. Для их выполнения необходимы умения работать с текстом, таблицей, уметь применять теоретические знания на практике. Пятое задание является «сборкой» предыдущих и «продуктом» проектной задачи.