§ 45. Какими способами человек оберегает себя от холода?

Естествознание, 5 класс. Учебник: Верховцева Л. А. и др. (Алматыкітап баспасы, 2023). Глава 5: Энергия и движение. Страницы 70–75.

Чему научишься

• Объяснять, что такое теплопроводность и конвекция.
• Отличать материалы, которые хорошо проводят тепло, от тех, что его держат.
• Показывать по схеме, через какие части дома уходит тепло.
• Предлагать простые способы утеплить квартиру и сберечь энергию.

Разминка

• Какие тепловые процессы ты уже знаешь? Нагревание и остывание, плавление и отвердевание, испарение и конденсация. Тепло всегда переходит от горячего к холодному.
• Почему горячий чай в кружке со временем остывает? Он отдаёт тепло воздуху и самой кружке, пока их температуры не сравняются.
• Что теплее: шерстяной свитер или футболка? Свитер. Между ворсинками много воздуха, а воздух плохо пропускает тепло.

💡 Свитер сам не греет! Он только не выпускает тепло твоего тела. Запомни эту мысль: на ней держится весь урок.

Разбираемся

Тепло бежит по ложке

Опусти металлическую ложку в горячий чай. Через минуту ручка тоже станет горячей. Тепло «пробежало» по металлу от горячего конца к холодному. Сама ложка при этом никуда не двигалась.

📌 Теплопроводность — передача тепла от более нагретой части тела к менее нагретой (или от горячего тела к холодному). Вещество при этом не перемещается.

Одни вещества проводят тепло быстро: медь, алюминий, железо, серебро. Другие — очень медленно: дерево, пластмасса, шерсть, вата, пенопласт и особенно воздух. Их называют теплоизоляторами.

🌟 Пух и мех греют потому, что держат между волосками много неподвижного воздуха. Поэтому зимой птицы на ветках «надуваются» и становятся похожи на шарики.

Тёплый воздух поднимается

Поднеси ладонь сверху к включённой лампочке накаливания (не трогай её!). Почувствуешь тёплый поток. Воздух у лампы нагревается, становится легче и уходит вверх. На его место приходит холодный.

📌 Конвекция — перенос тепла потоками (струями) жидкости или газа. Здесь, в отличие от теплопроводности, вещество движется.

На рисунке в учебнике — комната с батареей под окном. Красные стрелки показывают, как тёплый воздух от батареи поднимается вдоль окна, идёт под потолком к дальней стене. Там он остывает (фиолетовые стрелки вниз) и синими стрелками по полу возвращается к батарее. Получается «воздушная карусель».

Почему батарея внизу, а форточка вверху? Батарея греет нижний холодный воздух, он поднимается и тянет за собой всю карусель — прогревается вся комната. Повесь батарею под потолком — тёплый воздух там и останется, а у пола будет холодно. Форточка вверху выпускает тёплый спёртый воздух, который скопился у потолка, а свежий холодный опускается и перемешивается. Форточка у пола почти ничего бы не проветрила.

Как закипает вода в чайнике? Нижний слой нагревается от дна (или спирали), становится легче и всплывает. Холодная вода опускается к дну и тоже греется. Так за счёт конвекции прогревается вся вода, и она закипает.

⚠️ Частая ошибка. Путают: «ложка нагрелась — это конвекция». Нет! В твёрдом теле вещество не течёт, значит, это теплопроводность. Конвекция бывает только в жидкостях и газах.

Куда утекает тепло из дома

Зимой мы тратим много энергии на отопление. Но тепло не сидит дома, оно уходит наружу через крышу, стены, окна, пол и вентиляцию. Вот средние доли по схеме из учебника (там даны промежутки, мы взяли середину каждого):

Поэтому дома утепляют. Воздух проводит тепло хуже кирпича, и стены делают с пустотами и порами. В окна ставят двойные (а сейчас чаще тройные) стёкла с воздухом между ними. На чердаке насыпают утеплитель из гранул или волокон.

🌟 Космический корабль «Буран» при возвращении на Землю сильно нагревался о воздух. Его обшили особыми керамическими плитками толщиной около 10 мм: снаружи плитка раскалена, а внутренняя сторона почти холодная.

Теплоизоляционные материалы выпускают и в Казахстане, например на заводе в Темиртау Карагандинской области.

Как сберечь тепло дома

1. Заклеить щели в окнах, дверях и на балконе, повесить плотные шторы. Но батареи шторами не закрывать!
2. Утеплить наружные стены.
3. Натянуть на окна прозрачную плёнку (выйдет как тройное стекло) или поставить тройные стеклопакеты.
4. На холодное время прикрыть часть вентиляционных отверстий.
5. Выключать лишний свет и технику.

👨‍👩‍👧 Родителю. Пройдитесь с ребёнком вечером вдоль окон и дверей с зажжённой свечой (под присмотром!). Где пламя отклоняется — там сквозняк и щель. Это и опыт, и польза для дома.

Проверь, как понял

Проверь себя

• Что такое теплопроводность? Передача тепла от горячей части тела к холодной без перемещения вещества.
• Что такое конвекция? Перенос тепла потоками жидкости или газа.
• Почему двойные рамы держат тепло? Между стёклами слой воздуха, а он плохо проводит тепло.
• Через что дом теряет тепло? Через вентиляцию, крышу, стены, окна и пол.

Решаем упражнения

№ 1

Что называют теплопроводностью?

Как думать. Вспомни ложку в чае: что передаётся и что остаётся на месте.

Решение. Это переход тепловой энергии от более нагретой части тела к менее нагретой или от горячего тела к холодному. Частицы вещества при этом не переезжают с места на место, они передают тепло «по цепочке».

Ответ: перенос тепла от горячего к холодному без перемещения вещества.

№ 2

Как человек использует теплопроводность, чтобы доставить тепло в дом?

Как думать. Подумай, из чего сделаны батареи и трубы и зачем.

Пример ответа.

• Батареи и трубы отопления делают из металла (чугун, сталь, алюминий). Металл хорошо проводит тепло от горячей воды к воздуху комнаты.
• У батарей много рёбер — так больше поверхность, и тепло отдаётся быстрее.
• Тёплые полы: горячие трубы или провода греют пол, а пол — ноги и воздух.
• Кастрюли и сковородки тоже металлические, чтобы тепло плиты быстро дошло до еды.

Ответ: металлические батареи, трубы, тёплые полы, металлическая посуда.

№ 3

Приведи примеры материалов, которые хорошо проводят тепло, и тех, что проводят плохо. Как их свойства используют, чтобы утеплить жильё?

Как думать. Хорошие проводники нужны там, где тепло надо передать. Плохие — там, где тепло надо удержать.

Пример ответа.

• Хорошо проводят: медь, алюминий, железо, сталь. Из них делают батареи и трубы, чтобы тепло шло в комнату.
• Плохо проводят: воздух, дерево, пенопласт, вата, шерсть, войлок. Ими утепляют стены, крыши, полы.
• В окнах между стёклами оставляют слой воздуха.
• В Казахстане юрту издавна покрывают войлоком: он держит тепло зимой и прохладу летом.

Ответ: проводники — для передачи тепла (батареи), изоляторы — для сохранения тепла (стены, крыша, окна).

№ 4

(задание без номера в учебнике: Опыт 1 «Теплопроводность разных материалов») Медный и железный стержни одинаковой длины и толщины. На них на равных расстояниях на воск прилеплены кнопки. Свободные концы греют спиртовкой одновременно. С какого стержня кнопка упадёт раньше? Почему?

🧪 Опыт. Оборудование: медный и железный стержни одинаковых размеров, две металлические кнопки, свеча (воск), спиртовка, держатель.

⚠️ Опыт с огнём проводят только в классе с учителем. Стержни горячие — трогать их нельзя.

Как думать. Воск тает, когда до него дошло тепло. Чем быстрее материал проводит тепло, тем раньше упадёт кнопка.

Решение. Кнопка на медном стержне падает раньше. Значит, по меди тепло распространяется быстрее, чем по железу. Медь — один из лучших проводников тепла, поэтому у хороших кастрюль бывает медное дно.

Ответ: быстрее тепло идёт по медному стержню.

👨‍👩‍👧 Дома безопасно. Поставьте в кружку с горячей (не кипящей) водой металлическую, деревянную и пластмассовую ложки. Через 2 минуты потрогайте ручки: металлическая будет самой тёплой.

№ 5

(задание без номера в учебнике: экспериментальное задание «Конвекция в комнате») В комнате с отоплением измерь температуру у пола и под потолком, у стены над батареей и у противоположной стены. Нарисуй разрез комнаты с числами. По пламени свечи найди, куда движется воздух у батареи, под потолком и в приоткрытой двери в холодное помещение. Сделай выводы.

Как думать. Тёплый воздух поднимается, холодный опускается. Значит, вверху должно быть теплее, чем внизу, а в двери воздух пойдёт в две стороны.

Пример ответа. Числа у каждого свои, вот пример:

• У батареи пламя свечи отклоняется вверх, у пола рядом с батареей — к батарее.
• В приоткрытой двери в холодный коридор: внизу пламя клонится в комнату (холодный воздух затекает по полу), вверху — в коридор (тёплый выходит).
• Вывод: в комнате воздух ходит по кругу — тёплый вверх, холодный вниз. Это конвекция.

⚠️ Свечу держит взрослый. Не подноси её к шторам и бумаге.

Ответ: под потолком теплее, чем у пола; тёплый воздух поднимается, холодный опускается и идёт к батарее.

№ 6

(задание без номера в учебнике: «С помощью схемы посчитай…») По схеме дом теряет тепло: через крышу 20–30 %, через вентиляцию 25–35 %, через стены 20–30 %, через окна 10–20 %, через пол 5 %. Сколько всего процентов тепла уходит при обогреве здания?

Как думать. Сложим наименьшие числа, потом наибольшие, потом середины.

Решение.

1. Наименьшие: $20 + 25 + 20 + 10 + 5 = 80$ %.
2. Наибольшие: $30 + 35 + 30 + 20 + 5 = 120$ %.
3. Середины: $25 + 30 + 25 + 15 + 5 = 100$ %.

Схема показывает, как делится уходящее тепло. В сумме получается около 100 %: всё тепло от отопления рано или поздно уходит на улицу. Поэтому батареи и работают без остановки всю зиму.

Ответ: в сумме около 100 % (по краям промежутков — от 80 до 120 %); больше всего — через вентиляцию.

№ 7

(задание без номера в учебнике: «Подумай…») Почему человек задумался об экономии топлива?

Пример ответа.

• Уголь, нефть и газ не бесконечны: их запасы в земле когда-нибудь кончатся.
• Топливо стоит денег: чем больше тепла уходит на улицу, тем больше платить за отопление.
• При сжигании топлива загрязняется воздух. В Алматы и других городах зимой бывает смог от ТЭЦ и печей.
• Сберечь тепло дешевле, чем сжечь лишнее топливо.

Ответ: топливо дорогое, его запасы кончаются, а сжигание загрязняет природу.

№ 8

(задание без номера в учебнике: «Используя рисунки, прокомментируй рекомендации — придумай четверостишие или правило») На рисунках: застеклённый утеплённый балкон; штора, подвязанная так, что батарея открыта; окно с развевающимися шторами (сквозняк); мальчик выключает свет, пока бабушка вяжет в кресле.

Как думать. Каждый рисунок — одна рекомендация. Скажи, что на нём сделано правильно или неправильно.

Пример ответа.

• Балкон застеклён и утеплён — меньше холода идёт в квартиру.
• Штора подвязана и не закрывает батарею — тёплый воздух свободно идёт в комнату.
• Шторы колышутся — из окна дует. Надо заклеить щели.
• Мальчик выключил лишний свет — бережёт электроэнергию.

Четверостишие-правило: Щели в окнах заклеим, Батарею не закроем, Свет ненужный погасим — Тепло в доме сохраним!

Ответ: утеплять балкон и окна, не закрывать батареи, убирать сквозняки, выключать лишний свет.

№ 9

(задание без номера в учебнике: работа в группе — «Сделай кластер и представь в классе») Обсуди другие способы экономить тепло и электричество. Составь кластер.

Как думать. Кластер — схема-«паучок»: в центре главное слово, от него лучи с идеями, от лучей — примеры.

Пример ответа. В центре: «Бережём энергию дома».

• Тепло: утеплить двери и окна; плёнка на стекло; коврики на холодный пол; закрывать дверь в подъезд; проветривать коротко и сильно, а не держать форточку открытой весь день.
• Свет: светодиодные лампы; выключать свет, уходя; пользоваться дневным светом.
• Техника: не оставлять зарядки в розетке; выключать телевизор, а не только «в сон»; полностью загружать стиральную машину.
• Вода: не лить зря горячую воду, закрывать кран, пока чистишь зубы.

Ответ: кластер из 3–4 веток (тепло, свет, техника, вода) с примерами.

№ 10

(задание без номера в учебнике: проектная работа «Тёплый домик для кошки») Вместе с родителями сделай из коробки, старого ковролина и утеплителя тёплый домик для кошки. Сними процесс на фото или видео и подари домик в приют для бездомных животных.

Как думать. Домик должен не пропускать тепло наружу и не промокать. Значит, нужны слои с воздухом и влагостойкий слой.

План работы.

1. Возьми плотную картонную коробку, вырежь вход (примерно 15×15 см) сбоку, повыше от пола — так меньше дует.
2. Изнутри обклей стенки, пол и потолок утеплителем (пенка с фольгой, вспененный полиэтилен) — блестящей стороной внутрь.
3. Снаружи обтяни коробку ковролином или старым ковром на горячий клей.
4. Края и стыки проклей широким скотчем, чтобы не задувало и не мокло.
5. На пол положи мягкую подстилку.

На фото в учебнике: готовый домик, обтянутый серым ковролином; коробка изнутри, обклеенная серебристым утеплителем; вход из коробки от техники.

⚠️ Клеевой пистолет и ножницы — только с взрослым: горячий клей обжигает.

Ответ: коробка + внутренний утеплитель + внешний ковролин + скотч на стыках = тёплый домик.

💡 К следующему уроку приготовь металлическую фольгу (подойдёт пищевая или обёртки от шоколада).

Шпаргалка

• В твёрдых телах тепло идёт теплопроводностью, в жидкостях и газах — ещё и конвекцией.
• Металлы хорошо проводят тепло, воздух — плохо.
• Тёплый воздух поднимается, холодный опускается — поэтому батарея внизу, форточка вверху.
• Дом теряет тепло через вентиляцию, крышу, стены, окна и пол.
• Утепляем: стены, крышу, окна; не закрываем батареи шторами.

Мини-тест