Какие методы изучения физических явлений и свойств тел тебе известны

Представления о природе каждый человек (и первоначальная, и современная) получала и получает с помощью органов чувств: зрения, слуха, осязания, обоняния, вкуса.

Но для того, чтобы как следует разобраться в окружающем мире, нужно как-то систематизировать эти представления, найти связи между явлениями — только тогда появляются научные знания.

Физика — наука в первую очередь экспериментальная, она опирается на наблюдения и опыты.

Физика — наука экспериментальная. Опирается на наблюдения и опыты.

Ограничиться при изучении физических явлений только наблюдениями нельзя, даже если эти наблюдения проводятся систематически и целенаправленно.

Многие из вас не раз наблюдал молнию, но вряд ли кто-нибудь на основании одних наблюдений смог бы доказать, что молния — это гигантский электрический разряд. А при физических экспериментах (опытах) ученые сами воспроизводят явление при разных условиях, не дожидаясь, пока оно пройдет в природе. На основе полученных данных можно уже делать выводы о природе явления.

Демонстрируется электрический разряд с помощью электрофорной машины или высоковольтного преобразователя. Посмотрите: мы воспроизводим на учительском столе то же явление, что происходит в момент грозового разряда (в старших классах вы узнаете, что это явление называют искровым разрядом). Разумеется, масштабы другие: вместо ослепительной вспышки — искорки, а вместо оглушительных раскатов грома — потрескивание. Но при необходимости (а она иногда возникает) ученые могут воспроизвести это явление и в гораздо более впечатляющем виде. А если мы способны воспроизвести явление, значит, мы правильно разобрались в его причинах.

Итак, чем наблюдения отличаются от опытов?

Ответы учащихся обсуждаются и при необходимости дополняются.

Опыты проводят с определенной целью, по заранее обдуманному плану; во время опыта, как правило, осуществляют измерения.

На основании проведенных наблюдений и опытов ученые строят теорию, что позволяет объяснить полученные результаты. Если теория построена правильно, то она позволяет предусмотреть и результаты других экспериментов и наблюдений — даже таких, которые еще никто и никогда не проводил! Так ученым удалось «на кончике пера» открыть дальние планеты Солнечной системы (Нептун и Плутон). Они рассчитали: если направить телескоп на определенный участок звездного неба, то там окажется неизвестная ранее планета. И предвидение оправдалось! А вот попытки сформулировать законы природы, не опираясь на экспериментальные данные, только умозрительным путем, часто приводили к ошибкам. Одной из самых известных ошибок допустил крупный ученый античности Аристотель. Он считал очевидным, что тяжелые тела должны падать на Землю быстрее, чем легкие. Через две тысячи лет другой великий ученый, Галилео Галилей, доказал неправильность этого утверждения: пушечное ядро и мушкетная шар падали с наклонной Пизанской башни практически одновременно.

Демонстрируется опыт с падением книжки и бумаги.

Если их отпустить одновременно с одинаковой высоты, то книжка упадет быстрее. Если лист бумаги положить под книгу, то они упадут одновременно (желательно, чтобы размеры книги и листа были примерно одинаковыми).

Как вы думаете, что упадет быстрее, если лист бумаги положить на книжку?

Вероятнее всего, дети выразят две гипотезы:

1) книга упадет быстрее,

2) оба тела упадут одновременно.

На этом примере можно показать, как формируются знания о природе в науке. Результат эксперимента вызывает оживление в классе, потому что для большинства детей он вовсе не является очевидным. Объяснение будет дано позже.

Итак, всякая физическая теория строится на основе наблюдений и опытов, когда же теория построена, опыты и наблюдения позволяют проверить, насколько она верна.

Наблюдение — формулирование проблемы — выдвижение рабочей гипотезы — проведение научного эксперимента — создание теории — предсказание новых эффектов.

2. Сравнивая различные физические тела или явления, мы можем заметить, что они всегда имеют некоторые отличия: тела могут быть выше или ниже, легкими или тяжелыми, вытеснять при погружении более или менее воды из сосуда. Явления могут протекать быстрее или медленнее.

Физическая величина — количественная характеристика физического свойства объекта или явления. Указанные различия тел и явлений описывающие такие физические величины, как высота, вес, объем, время. Возможно, учащиеся вспомнят, что разные тела могут быть по-разному нагретые, иметь разный цвет и т.д..

Какие еще примеры физических величин вы можете привести?

Скорее всего, дети назовут площадь, массу, температуру и т.д..

На уроках в младших классах вы знакомились с некоторыми физическими величинами. Попробуем систематизировать свои знания, заполняя таблицу. Очень полезно эту таблицу начертить не в текущем конспекте, а в конце тетради. Это позволит по мере изучения новых физических величин продолжать заполнение таблицы (на следующих уроках мы планируем делать ссылки на таблицу при изучении новых величин).

Итак, мы записали с вами несколько физических величин. По мере изучения нового материала в курсе физики вы будете продолжать заполнения таблицы.

Особенностью физических величин является то, что их можно измерить.

Измерить какую-либо величину — значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Для каждой физической величины есть соответствующие единицы. Различных единиц достаточно много: например, длину можно измерить в мм, см, дм, м, км и так далее.

Основная единица длины — 1 м.

По международному соглашению используется Международная система единиц — СИ. В ней принято всего 7 основных единиц (среди них — метр, секунда, килограмм). Со всеми единицами СИ мы познакомимся на следующих уроках физики.

В процессе измерения физических величин с помощью приборов получают значения физических величин. Когда говорят о значении физической величины, то имеют в виду некоторое число (числовое значение величины) и единицу физической величины. Например, известно, что высота комнаты 2 м. В этом выражении число 2 — числовое значение, м — обозначение единицы длины, а сочетание 2 м — значение высоты. Записывается это так: h = 2 м.

Конспект ученика

Тема. Методы изучения физических явлений. Наблюдение и эксперимент. Физические величины и их единицы измерения.

Физика — наука экспериментальная. Опирается на наблюдения и опыты.

Опыты проводят с определенной целью, по заранее обдуманному плану; под

время опыта, как правило, осуществляют измерения.

                                                Наблюдение

формулировка проблемы

выдвижение рабочей гипотезы

проведения научного эксперимента

создание теории

предсказания новых эффектов

Физическая величина — количественная характеристика физического свойства объекта или явления.

Измерить какую-либо величину — значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Основная единица длины — 1 м.

1 м = 10 дм,

1 м = 100 см,

1 м = 1000 мм,

1 км = 1000 м.

ВВЕДЕНИЕ

Процессы теплообмена и связанного с ним массообмена играют исключительную роль в природе и технике. Действительно, от них зависит температурный режим окружающей среды. От них зависит протекание рабочего процесса в самых разных технологических установках. Неудивительно поэтому, что теория теплообмена интенсивно развивалась, особенно в последние десятилетия. Это связанно с потребностями теплоэнергетики, атомной энергетики, космонавтики. Интенсификация различных технологических процессов, а также создание оптимальных с точки зрения энергозатрат установок немыслимо без глубокого изучения теплофизических процессов, которые имеют место в этих установках.

Цель данной части курса – познакомить слушателей с осно­вами теплопередачи. В курсе мы рассмотрим коротко основные методы решения задач теплопроводности, в том числе и численные методы с применением ЭВМ. Один из разделов будет посвящен кон­вективному и радиационному теплообмену. В конце курса рассмот­рим решение задачи теплопроводности с помощью численного ме­тода – метода конечных элементов.

Тепловые процессы в ЭТУ – это довольно сложные физиче­ские явления. При анализе физических процессов необходимо выяс­нить их движущие силы. При этом сложные процессы часто рас­сматривают как совокупность простых явлений. То есть, неизбежны некоторые упрощения. Так обстоит дело и при изучении теплопере­носа. Обычно эти процессы теплопереноса связаны с процессами массообмена. В совокупности эти явления рассматриваются в про­цессах сушки, испарения, когда передача тепла обусловлена не только собственно теплопередачей, но и движением массы испаряе­мой влаги.

Во многих процессах теплообработки, массообмен не играет существенной роли. Например, при нагреве различных твердых объ­ектов. В нашем курсе в большинстве случаев мы будем пренебрегать процессами массообмена.

В соответствии с поставленными задачами данный курс подразделяется (состоит) на две части:

— в первой части (основной) мы будем рассматривать различ­ные виды теплообмена (теплопроводность, конвективный и радиационный теплообмен);

— во второй части – рассмотрим теоретические основы электронагрева в различных установках: в печах сопротивле­ния, в установках индукционного, дугового, диэлектриче­ского, плазменного нагрева, в электронно-лучевых нагре­вательных установках.

Теория теплопроводности

При анализе любого физического процесса исследователь пы­тается выяснить движущие силы процесса, и если это можно пред­ставить в виде простых процессов, то есть упрощение неизбежно.

Механизмы переноса тепла

Теплообмен – необратимые самопроизвольные процессы распространения теплоты в пространстве. Осуществляется тремя спо­собами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением.

Теплопроводность – молекулярный перенос теплоты в телах (или между ними), обусловленный переменностью теплоты в про­странстве. Наблюдается в твердых телах.

Конвекция – возможна только в текучей среде – это процесс переноса теплоты при перемещении объемов жидкости или газа в пространстве из области с одной температурой в область с другой температурой, то есть за счет переноса самой среды. Это перемещение нагретого воздуха вверх за счет того, что он имеет меньшую плот­ность.

Тепловое излучение – процесс распространения теплоты с по­мощью электромагнитных волн, обусловленный только температу­рой и оптическими свойствами излучающего тела; при этом энергия внутренняя переходит в энергию излучения.

Теплообмен излуче­нием – процесс превращения внутренней энергии вещества в энер­гию излучения, переноса излучения и его поглощения веществом.

В природе и технике элементарные процессы распространения теплоты очень часто происходят совместно.

Теплопроводность в чистом виде большей частью имеет место лишь в твердых телах. Конвекция теплоты всегда сопровождается теплопроводностью. Совместный перенос теплоты конвекцией и те­плопроводностью называется конвективным теплообменом.

Процессы теплопроводности и конвективного теплообмена могут сопровождаться теплообменом излучением. Теплообмен, обусловленный совместным переносом теплоты излучением и тепло­проводностью, называют радиационно-конвективным теплообме­ном. Если перенос теплоты осуществляется дополнительно и кон­векцией, то такой процесс называют радиационно-конвективным те­плообменом. Иногда такие виды теплообмена называют сложным теплообменом.

Методы изучения физических явлений

На основе представлений современной физики явления при­роды вообще и теплопроводности в частности, возможно, описать и исследовать на основе феноменологического статистического мето­дов.

Феноменологический метод – игнорирует микроскопическую структуру вещества, рассматривает его как сплошную среду. Этот метод исследования дает возможность установить некоторые общие соотношения между параметрами, которые характеризуют рассмат­риваемое явление в целом. Феноменологические законы носят весьма общий характер. Роль конкретной физической среды учиты­вается коэффициентами, которые определяются из опыта.

Другой путь – статический метод изучения физических явле­ний основан на изучении внутренней структуры вещества. Среда рассматривается как некоторая физическая система, состоящая из большого числа молекул, ионов или электронов с заданными свой­ствами и законами взаимодействия. Основная задача этого метода – получение макроскопических характеристик по заданным микро­скопическим свойствам среды.

В основу исследования процессов теплопроводности положен феноменологический метод. Его достоинством является то, что он позволяет сразу установить общие связи между параметрами, харак­теризующими процесс. А недостатком является то, что точность ме­тода зависит от точности экспериментального определения коэффи­циентов теплопроводности, теплоемкости и т.д.

Температурное поле

Явление теплопроводности – процесс распространения энер­гии при непосредственном соприкосновении отдельных частиц тела, имеющих различные температуры. Теплопроводность обусловлена движением микрочастиц вещества.

В газах перенос энергии осуществляется за счет диффузии мо­лекул и атомов, а в жидких и твердых телах — диэлектриках – за счет диффузии свободных элементов. Хорошие электрические провод­ники хорошо проводят тепло – медный таз.

Процесс теплопроводности, как и другие виды теплообмена, имеет место при условии разности температуры в различных точках тела.

Поэтому аналитическое исследование теплопроводности сво­дится к изучению пространственно-временного изменения темпера­туры. Пример: охлаждение заготовки.

T = f(x,y,z,t) – температурное поле

Температурное поле – это совокупность значений темпера­туры во всех точках пространства для каждого момента времени.

T = f1(x,y,z,t); ¶T/¶t = 0 стационарное

Температурный градиент

Изотермы – линии, содержащие точки тела с одинаковой температурой (рис. 1). Наибольший перепад температуры на единицу длины происходит в направлении нормали к изотер­мической поверхности.

— градиент тем­пературы – вектор на­правленный по нормали к изотермической поверхно­сти в сторону возрастания.

Рис.1 Изотермы

Дата добавления: 2016-10-06; просмотров: 842 | Нарушение авторских прав | Изречения для студентов

Читайте также:

Рекомендуемый контект:

Поиск на сайте:

© 2015-2020 lektsii.org — Контакты — Последнее добавление