Alustame soojusülekande erinevate liikidega tutvumist soojusülekandest. Järgnevalt mõned võimalikud huvi tekitamise slaidid/töölehed.

Soojad jäljed?

Piltidel on toodud üks ja seesama koht pildistatuna termokaamera ja tavalise kaameraga. Kuidas jäljed põrandale said?

Walking on glowing coals

Sütel kõndimises ei ole midagi müstilist või spirituaalset, ent appi tuleb võtta peaaegu kogu selle kursuse materjal. Alustame soojusjuhtivusest.

Kuidas avaldub soojusjuhtivus?

Uurime pildil kujutatud situatsiooni, arutleme. Tutvume soojusjuhtivuse definitsiooniga, vastame küsimustele.

Soojusjuhtivus on meile igapäevaelust tuttav loodusnähtus, mistõttu saab sellest rääkimist alustada ka definitsioonist ja teooriast, viidates õpilaste varasemale kogemusele. Soovitame alustada definitsioonist ja simulatsioonidest.

Esimese töölehe simulatsioon peaks selgitama, et soojusjuhtivuse puhul ei liigu aineosakesed või misiganes müstiline voolav soojusvedeld. Liigub energia, st osakestevahelistes põrgetes kandub soojusliikumise energia üle kiirematelt (kõrgema temperatuuriga) osakestelt aeglasematele (madala temperatuuriga) osakestele. 

Soojusliikumine ja soojusülekanne

Uurime arvutisimulatsiooni, kus on võimalik vaadelda aineosakeste soojusliikumist ja temperatuuri muutumist soojuslikus kontaktis olevate kehade vahel. 

Materjalide soojusjuhtivuse võrdlemiseks kasuta ühesuguse kujuga katseobjekte. Teeme ühe sellise katse läbi ka arvutisimulatsiooni abil.

Materjalide soojusjuhtivus arvutisimulatsioonis ja praktikas

Uurime arvutisimulatsioonis, kuidas muutub erinevatest materjalidest valmistatud katsekehade temperatuur, kui neid kehasid ühest otsast soojendada.

Uurime soojusjuhtivust reaalsete katsete abil. Kasutame erinevatest materjalidest vardaid ja igapäevakasutuses olevaid esemeid.

Esimeses katses lihtsalt nendime soojusjuhtivuse olemasolu.

Soojusülekanne alumiiniumist vardas

Mõõda katses alumiiniumvardas soojusülekande tõttu põhjustatud temperatuuritõusu. Vasta küsimusele.

Teine katse kirjeldab sellist soojuse ja soojusülekande omadust, millega me kõik arvatavasti kohtunud oleme, ent mida me võib-olla ei ole teadvustanud ja tähele pannud. Nimelt: kui keha mingi osa temperatuuri tõsta ning seejärel soojusallikas kehast küljest eemaldada, levib soojus kehas ikkagi edasi - kuni soojusliku tasakaalu saavutamiseni. Seda seetõttu, et soojaks kehaks (soojusallikaks) on nüüd keha soe osa. Saame seda alumiiniumvarda temperatuuri mõõtes katseliselt jälgida.

Selle katse selgitamisel tuleks meeles pidada, et antud olukorda saame jälgida vaid metallide korral. Kui soojendame ühest otsast halba soojusjuhti, on selle „teise otsa" temperatuuri tõus palju vähem märgatav, sest protsess võtab kaua aega ja suurem osa soojust jõuab levida keha ümbritsevasse keskkonda.

Soojus levib kuni soojusliku tasakaalu tekkimiseni

Uuri olukorda, milles soojus levib kehas ilma, et see oleks ühegi soojusallikaga kontaktis. Soorita katse, milles selline nähtus reaalselt esineb. Vasta küsimustele.

Mõned materjalid juhivad soojust paremini, teised halvemini. Tihti on materjalide soojusjuhtivus nende üks tähtsamaid omadusi ning seda tuleb inseneritöös ilmtingimata arvestada.

Teine katse näitab, et see on tõesti nii. Katses võrdleme alumiiniumist ja rauast varraste soojusjuhtivust.

Võrdleme alumiiniumi ja raua soojusjuhtivust

Võrdle katses alumiiniumi ja raua soojusjuhtivust. Vasta küsimustele.

Järgnevas kahes töölehes pakume võimaluse uurida teelusika soojusjuhtivust. Teelusika materjaliks on tõenäoliselt roostevaba teras. Katse võib teha ka plastikust lusikaga, ent igal juhul on selle materjali soojusjuhtivus viletsam kui alumiiniumil või terasel.

Toidunõude soojusjuhtivus

Uuri katses lusika soojusjuhtivust. Arutle millised materjalid on toidunõude valmistamiseks sobivaimad. Vasta küsimustele.

Harilik pliiats on huvitav selle poolest, et kui pliiatsi ümbrise materjaliks olev puit on halb soojusjuht, siis on pliiatsi südamiku materjal ehk grafiit jällegi väga hea soojusjuht. Nii võime mõõtmisel näha olukorda, kus suhteliselt jahedast puidust kestast turritab välja palju kõrgema temperatuuriga pliiatsisüdamik.

Soojusülekanne ja soojusisolatsioon

Uuri soojusülekannet harilikus pliiatsis. Pööra tähelepanu asjaolule, et pliiatsil on puidust kesta sees grafiidist südamik. Arutle, kuidas peaks takistama soojuse torudest välja pääsemist. Vasta küsimustele.

Selles kursuses tahame suvel kogutava päikeseenergia salvestamiseks kasutada maapinda. Eelnevast saame nüüd aru, et kui mingit kohta maapinnas soojendada, hakkab soojus paratamatult sellest punktist soojusjuhtivuse tõttu eemale levima. Selle kiirus sõltub sellest, kui hea soojusjuht on liiv.

Teeme liiva soojusjuhtivuse uurimiseks katse ja seostame seda millegi eriti suvisega - rannaliiva temperatuuriga maapinnal ja selle all. Järgnev tööleht sisaldab ka kalkulaatorit, millega saab hinnata soojuse levimise kaugust.

Liiva soojusjuhtivuse uurimine

Uuri katses liiva soojusjuhtivust. Võrdle liiva soojusjuhtivust metallide soojusjuhtivusega. Vasta küsimustele.

Maja soojustamise olulisus võib õpilastele niigi ilmne olla, ent saame seda ka katseliselt uurida. Asugu majas väikese võimsusega küttekeha - hõõglamp. Piisab vaid sellest, et vahetame sooja pidavast penoplastist katuse viletsama, plastikust tehtu vastu, et maksimaalne temperatuur, mida mingi konkreetse hõõglambi võimsuse korral suudame saavutada, langeks oluliselt.

Majade soojustamine

Katse tulemusena näeme, et plastikust katuse korral on toa lõpptemperatuur oluliselt madalam kui penoplastist katuse korral. Küttekehana kasutame maja mudelisse paigutatud hõõglampi.

Asju puudutades tajume neid soojade ja külmadena. Seda ka siis, kui kehade temperatuurid on ühesugused. 

Tekitame järgnevalt seose tajutava temperatuuri (skaalal soe-külm) ja keha materjali soojusjuhtivuse vahel.

Milliseid kehasid me soojadena tajume

Learn about the relationship between human temperature perception and the thermal conductivity of substances. Conduct an experiment to confirm the validity of this relationship. Answer the question.

Kuidas on huviäratajates viidatud soojade jälgedega?

Warm marks remain on the floor

Make sure from the experiment that if you hold your palm against the tabletop, the temperature of the tabletop rises by several degrees under your hand. Answer the question.