§ 48. Как происходит взаимопревращение энергии?

Естествознание, 5 класс. Учебник: Верховцева Л. А. и др. (Алматыкітап баспасы, 2023). Глава 5: Энергия и движение. Страницы 85–89.

Чему научишься

• Приводить примеры, как энергия переходит из одного вида в другой.
• Формулировать закон сохранения энергии своими словами.
• Объяснять, почему нельзя построить вечный двигатель.
• Прослеживать путь энергии Солнца через растения и животных к человеку.

Разминка

• Что будет, если смешать горячую воду с холодной? Получится тёплая. Горячая отдаст часть энергии холодной, и температура выровняется где-то посередине.
• Как батарея греет комнату? Горячая вода в трубах отдаёт тепло металлу батареи (теплопроводность). Батарея греет воздух, и он расходится по комнате (конвекция). Ещё батарея излучает тепло.
• Какие виды энергии ты знаешь? Энергия движения, тепловая (внутренняя), электрическая, световая, химическая (в пище и топливе), энергия Солнца.

Разбираемся

Энергия умеет «переодеваться»

Чтобы построить что-нибудь большое, нужно очень много сил и энергии. Кёльнский собор в Германии строили сотни лет. На фото в учебнике — огромный тёмный готический собор с двумя острыми башнями.

Энергия позволяет выполнить любую работу. Но главное её свойство — она переходит из одного вида в другой. На рисунках в учебнике три примера:

• лыжник пьёт горячий чай и ест: энергия пищи превращается в тепло его тела;
• игрушечная железная дорога включена в розетку: электрическая энергия превращается в энергию движения;
• плотина ГЭС: энергия падающей воды крутит турбину и превращается в электрическую.

🌟 В Казахстане такие плотины стоят на реке Или (Капшагайская ГЭС) и на Иртыше (Бухтарминская, Усть-Каменогорская, Шульбинская ГЭС). Вода, падая, вырабатывает электричество для целых городов.

Энергия не исчезает

📌 Закон сохранения энергии. Энергия не появляется из ничего и не исчезает бесследно. Она только переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому.

Тогда почему батарейка садится? Почему нельзя пользоваться одной всю жизнь? Потому что при каждом превращении часть энергии уходит в тепло. А тепло рассеивается в воздухе, расходится во все стороны. Собрать его обратно и снова пустить в дело почти невозможно.

Люди веками пытались изобрести вечный двигатель — машину, которая работала бы без топлива. Не вышло ни у кого. Машина не может отдавать энергию, ниоткуда её не получая.

⚠️ Частая ошибка. «Батарейка разрядилась — значит, энергия исчезла». Нет! Она превратилась в свет фонарика, звук, движение, а в итоге — в тепло, рассеянное вокруг. Пропасть она не может.

Так же остывает чайник: если его не подогревать, он отдаст тепло воздуху кухни. Чтобы снова вскипятить, придётся потратить энергию газа или электричества.

Солнце — главная «батарейка» Земли

Земля тоже могла бы остыть, и стало бы холодно, как в космосе. Жить там было бы нельзя. Но каждый день её греет Солнце — главный источник энергии на Земле. Лучи падают на землю и нагревают почву, воду, воздух.

Растения листьями ловят солнечный свет и запасают его энергию в питательных веществах. Эту энергию потом используют все живые существа: травоядные едят растения, хищники — травоядных, мы — и то, и другое.

Круговорот воды тоже работает на Солнце

Солнце нагревает моря, озёра и реки. Вода испаряется, пар поднимается вверх. Наверху холодно, пар остывает и превращается в капельки — образуются облака. Ветер несёт облака к суше.

Почему вода не остаётся в облаках? Капельки в облаке сливаются друг с другом и становятся крупнее и тяжелее. Когда воздух уже не может их удержать, они падают вниз дождём или снегом. Вода стекает ручьями и реками обратно в водоём, и всё начинается снова.

На рисунке в учебнике: слева солнце и озеро, от воды вверх поднимаются волнистые стрелки (испарение), стрелки ведут к облакам и над горами, справа из тучи идёт дождь на лес, и вода по склону стекает обратно в озеро.

Проверь, как понял

Проверь себя

• Что значит «взаимопревращение энергии»? Энергия одного вида переходит в энергию другого вида.
• Что говорит закон сохранения энергии? Энергия не появляется из ничего и не исчезает, только меняет вид.
• Почему нельзя построить вечный двигатель? Машине нужна энергия извне, а при работе часть энергии всегда уходит в рассеянное тепло.
• Откуда растения берут энергию? От Солнца.

Решаем упражнения

№ 1

Может ли энергия исчезать?

Как думать. Вспомни закон сохранения энергии и пример с батарейкой.

Решение. Нет. Энергия не исчезает, она переходит в другие виды. Нам только кажется, что она «пропала», потому что в конце концов она превращается в тепло и рассеивается вокруг.

Ответ: не может; она превращается в другие виды, чаще всего в тепло.

№ 2

Какой закон энергии нужно знать?

Решение. Закон сохранения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, а только переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому.

Ответ: закон сохранения энергии.

№ 3

Можно ли на трёх спичках сварить большую кастрюлю супа? Почему?

Как думать. Сколько энергии в трёх спичках и сколько нужно, чтобы нагреть несколько литров воды до кипения?

Решение. Нельзя. В трёх спичках очень мало энергии. Даже если бы всё их тепло пошло в кастрюлю, вода нагрелась бы на доли градуса. А на самом деле большая часть тепла уйдёт в воздух. Энергия не берётся из ничего: чтобы сварить суп, её нужно много — от газа, электричества или дров.

Ответ: нельзя: энергии трёх спичек мало, а из ничего энергия не появляется.

№ 4

Можно ли сжечь в печке большую охапку дров так, чтобы в комнате не стало теплее? Какое правило нужно вспомнить?

Как думать. Куда девается энергия сгоревших дров?

Решение. Если печь закрыта и стоит в комнате — нельзя. Химическая энергия дров при горении превращается в тепло. Оно не может исчезнуть и обязательно нагреет печь, а печь — воздух. Тепло может уйти только наружу: например, если открыть все окна в мороз или если почти всё тепло вылетит в трубу с дымом. Правило — закон сохранения энергии.

Ответ: нельзя (если тепло не выпускать наружу): энергия дров не исчезает, а переходит в тепло; закон сохранения энергии.

№ 5

(задание без номера в учебнике: «Посмотри на картинки. Ответь, из какого вида в какой превращается энергия») На фото: бегуны-марафонцы, трамвай, включённая настольная лампа.

Как думать. Для каждого фото спроси: откуда энергия пришла и во что ушла?

Решение.

Ответ: пища → движение и тепло; электричество → движение; электричество → свет и тепло.

№ 6

(задание без номера в учебнике: «Прочитай информацию о передвижении солнечной энергии и изобрази её схемой»)

Как думать. Схема — это цепочка из прямоугольников и стрелок. В начале всегда Солнце.

Пример ответа. Две ветки:

• Солнце → свет и тепло → почва, вода, воздух нагреваются.
• Солнце → листья растений → питательные вещества → животные и люди → движение и тепло тела.
• Солнце → нагрев водоёмов → испарение → облака → осадки → реки → водоём (круговорот воды).

Ответ: схема-цепочка от Солнца к почве, растениям, животным, людям и круговороту воды.

№ 7

(задание без номера в учебнике: «Рассмотри возможности применения закона сохранения энергии в биологии и сделай вывод») На фото: луг под солнцем, коровы на пастбище, дети играют в футбол, молоко в бидоне и кувшине.

Как думать. Расставь фото по порядку, как звенья цепочки.

Решение. Энергия Солнца → энергия в веществе растений (трава) → корова ест траву, энергия переходит в её организм и в молоко → дети пьют молоко → энергия уходит на игру в футбол и тепло тела.

Вывод. В живой природе энергия не возникает и не исчезает, а передаётся по цепочке от Солнца к растениям, от растений к животным и человеку. На каждом шаге часть её уходит в тепло. Поэтому нам нужно каждый день есть.

Ответ: Солнце → растения → животные (молоко) → человек (движение, тепло); энергия переходит, но не исчезает.

№ 8

(задание без номера в учебнике: работа в паре — «Найди слово "энергия" в толковом словаре. Сколько значений?»)

Как думать. В толковом словаре у слова часто несколько значений под цифрами. Сравни их с тем, что мы учили.

Пример ответа. В толковом словаре С. И. Ожегова у слова «энергия» обычно два значения:

1. В физике — способность тела или системы совершать работу; бывает механическая, тепловая, электрическая и т. д.
2. Решительность и настойчивость в действиях человека: «Он работал с огромной энергией».

В паре можно обсудить: «энергичный человек» тоже много двигается и много делает — значения близки.

Ответ: обычно 2 значения: физическое (способность совершать работу) и «бодрость, решительность» человека.

№ 9

(задание без номера в учебнике: работа в группе — ситуация с грузчиками) Два грузчика поднимают кирпичи на второй этаж. Один носит по 10 кирпичей, другой — только по 2. У кого больше энергии? Кто сделает больше работы? Смогут ли они работать долго? Как объяснить это законом сохранения энергии? Что делать, чтобы восполнить силы?

На рисунках в учебнике: сначала весёлый грузчик ест батон и пьёт молоко, а второй стоит грустный и голодный. Потом сытый легко несёт высокую стопку кирпичей, а голодный еле тащит пару.

Как думать. Энергия грузчиков берётся из еды. Кто поел — у того запас энергии больше.

Решение.

1. Больше энергии у первого (он поел и носит по 10 кирпичей). Он и сделает больше работы: за 5 подъёмов $10 \cdot 5 = 50$ кирпичей против $2 \cdot 5 = 10$, разница 40.
2. Долго работать без отдыха не смогут оба. Энергия пищи тратится на подъём кирпичей и уходит в тепло тела — грузчики потеют и греются.
3. По закону сохранения энергия из ничего не появится. Значит, её надо пополнить.
4. Что сделать: поесть, отдохнуть, выспаться.

Ответ: больше энергии и работы у первого; долго без отдыха не смогут, потому что энергия расходуется; восполнить — поесть и отдохнуть.

№ 10

(задание без номера в учебнике: «Составь тест из трёх вопросов для одноклассников, не менее трёх вариантов ответа»)

Как думать. Вопрос короткий и понятный. Один вариант верный, остальные правдоподобные, но неверные.

Пример ответа.

1. Во что превращается энергия падающей воды на ГЭС? а) в свет; б) в электрическую; в) в химическую.
2. Что говорит закон сохранения энергии? а) энергия исчезает со временем; б) энергия не исчезает, а переходит из одного вида в другой; в) энергия берётся из ничего.
3. Главный источник энергии на Земле: а) уголь; б) ГЭС; в) Солнце.

Ответ: у каждого свой тест.

Шпаргалка

• Энергия меняет вид: пища → движение, электричество → свет и тепло, вода → электричество.
• Энергия не исчезает, но в итоге переходит в рассеянное тепло.
• Поэтому батарейки садятся, а чайник остывает.
• Энергия Солнца идёт по цепочке: растения → животные → человек.
• Солнце же заставляет работать круговорот воды.

Мини-тест