ТВОЄМУ БРАУЗЕРУ ЧАС НА АПГРЕЙД
Фізика рухається вперед. Твій браузер поки не підтримує можливості, потрібні для наших дослідів та ігор. Онови його — і повертайся за відкриттями.
Встановлюй браузер лише з офіційного сайту. На iPhone та iPad онови iOS / iPadOS.
Відчуй фізику в русі. Почни з теплопровідності: як енергія переходить від гарячого до холодного — без перенесення речовини.
Тепло в русі. Від гарячого — до холодного.
Художня анімація. Фізику пояснюємо нижче.
Від ложки до теплоізоляції: три ідеї, які пояснюють знайомі речі.
Вона переходить від більш нагрітих частин тіла до менш нагрітих. Частинки взаємодіють; у твердому тілі вони коливаються біля своїх положень. У металах енергію переносять також вільні електрони.
Потік речовини разом з енергією — це вже конвекція.Теплопровідність матеріалу описує коефіцієнт λ (або k). Одиниця — Вт/(м·К). Менша λ означає слабший потік тепла за однакових товщини, площі та різниці температур.
λ — теплопровідність; c — питома теплоємність. Це різні властивості.Самовільна теплопередача відбувається від гарячішого до холоднішого. У теплоізольованій системі вона веде до теплової рівноваги. Якщо джерело підтримує нагрівання, перепад температур може зберігатися.
Дотик показує відчуття теплового потоку, а не точну температуру.Для однорідного плоского шару за сталого режиму: потужність теплопередачі P = λAΔT/d. Тут A — площа, d — товщина. Удвічі товстіший шар за інших однакових умов пропускає вдвічі меншу потужність. Це модель без крайових ефектів, а не повний розрахунок будинку.
Теплопровідність залежить також від температури й структури матеріалу. Не порівнюй утеплювачі лише за одним числом, якщо їхня товщина різна.
Обертання та хвилі на першому екрані — художній образ тепла, а не фізична схема теплопровідності.
8 теплових світів. Жодного таймера. Крути колесо, міркуй і дізнавайся, чому саме так. Або увійди — і збирай бали в рейтингу.
НАТИСНИ В ЦЕНТРІ · ВІДКРИЙ ТЕМУ
0 / 0 відкриттів
Від частинок до сонячної енергії — за кожною темою стоїть маленька історія з життя.
Пояснення Павла Віктора — у наших коротких інтерпретаціях. Прочитай, зміни умови в живій моделі й повернися до оригінального відео.
Чому термометр має зачекати? Зміни масу й передбач, як домовляться гаряче та холодне.
Дослідити рівновагу ↗Мідь, сталь чи дерево? Знайди чесне порівняння й розкрий пастку «холодного» металу.
Розкрити теплову справу ↗Зменш тиск у віртуальній колбі. Побач, як вода може кипіти при кімнатній температурі.
Відкрити холодне кипіння ↗Автор оригінальних відео — Павло Віктор. Авторка навчальних інтерпретацій і реалізації — Яна Костова. Кожна стаття містить посилання на відеооригінал.
Відкрий каталог, щоб завантажити уроки.
Побудуй станцію, розкрий загадки, відкалібруй термометр або стань тепловим інженером. Обирай, перевіряй, пробуй знову. Тут немає таймера — є час зрозуміти.
Від маленької здогадки до великого «ага!». Кожен маршрут — 12 кроків з анімованими підказками.
Обрати пригоду ↓Пакуй вантаж, будуй захист і налаштовуй нагрів. Кожне рішення має фізичну причину.
Гра завантажується… Якщо кнопки не з’явилися, онови сторінку та дозволь JavaScript для цього сайту.
Не вір першому враженню. Відкрий підказку, зроби прогноз і знайди пояснення без магії.
Гра завантажується… Якщо кнопки не з’явилися, онови сторінку та дозволь JavaScript для цього сайту.
Прочитай шкалу, перевір рівновагу й розкрий секрет точного вимірювання. 12 кроків без поспіху.
Гра завантажується… Якщо кнопки не з’явилися, онови сторінку та дозволь JavaScript для цього сайту.
Порівнюй матеріали чесно, керуй тепловими шляхами й доведи свій висновок. 12 інженерних викликів.
Гра завантажується… Якщо кнопки не з’явилися, онови сторінку та дозволь JavaScript для цього сайту.
Це навчальні моделі, а не інструкції з нагрівання вдома. Поступ зберігається лише в цьому браузері, якщо сховище доступне. Ігри не додають балів у загальний рейтинг.
Без поспіху. Кожне нове питання — один шанс на бали.
Складність зростає разом із твоїми відкриттями.
Створи логін і пароль, повертайся до нових питань. Для відкритого рейтингу показуємо лише твій псевдонім — за твоєю згодою.
Твій особистий результат — у відкритому рейтингу, якщо ти погодишся. Для гри з друзями є приватні командні кімнати: спільна місія й сумарні бали, без чату з незнайомцями.
Банк зростатиме з новими уроками. Уже зараховані питання повторних балів не дають. Навчатися без реєстрації можна завжди.
Правильна відповідь: 10, 20 або 30 балів залежно від рівня. Після кожних 10 правильних відповідей рівень зростає — до третього.
Завантажуємо рейтинг…
Нові уроки в Telegram ↗Відкрий бота й обери «Підписатися». 1–2 добірки на день та нові статті. Відписатися можна будь-коли.
Передбач → перевір → поясни. Змінюй одну величину й побач причину результату.
Готова до відкриття
Віртуальний дослід. Тепловий колір умовний: чиста вода не червоніє від нагрівання. Пухирці при кипінні — водяна пара.
Схема, масштаб умовний. Кожна крапка — молекула H₂O: при кипінні вона не розпадається. Відстані та швидкості намальовані умовно; температуру вимірюй термометром. Біле «хмариння» над колбою позначає сконденсовані крапельки, газоподібна пара невидима.
Решта початкових умов A/B однакові. Шкали графіків спільні.
Лише вільний часовий дослід. Тиск можна змінювати під час роботи: падіння тиску може дати швидке вскипання. За 0 Вт температура води прямує до температури середовища: тепліша вода охолоджується, холодніша — нагрівається. U — задана властивість умовної колби; її теплоємність не врахована.
A — суцільна лінія. B — штрихова лінія.
1 кг води · 1 атм. Наближення для розбавленого розчину.
Чиста вода: 99,97 °C. Розчин: 99,97 °C. ΔT = 0,00 °C.
i ≈ 2; Kb = 0,512 К·кг/моль. Час нагріву розчину ця картка не прогнозує.
Окремий рівноважний дослід при 25 °C: початково 1 кг води. Змінюй частку випаруваної води й спостерігай, скільки солі ще розчиняється. Це не модель швидкості випаровування чи кипіння розсолу.
Розчинність NaCl ≈ 360 г/кг води при 25 °C. Розчинена сіль + кристали = початкова сіль. Сіль не зникає разом із водою. Не продовжуємо формулу «щіпки солі» на концентрований розчин.
Базовий режим: рівномірно перемішана вода, сталий абсолютний тиск, пара відводиться. Немає тепловтрат, теплоємності колби, перегрівання та випаровування до кипіння. При 0 Вт у базовому режимі вода не охолоджується; розширений режим додає теплообмін U(T − Tсередовища). Це пояснює модель, а не всі реальні умови.
Q = ∫Pdt; c = 4180 Дж/(кг·К); Qнагр = mc(Tкип − 20); mпари = (Q − Qнагр)/L(p). Tкип: IAPWS-IF97, регіон 4. L(p): таблиця IF97 з кроком 0,1 атм, між точками — лінійна інтерполяція.
Нагрів і тиск досліджуємо лише віртуально. Не повторюй досліди з тиском удома.
Лише в цьому браузері на цьому пристрої. Без надсилання на сервер.
Три поняття, які допоможуть
розібратися в теплових процесах.
Тіло отримує енергію. Під час нагрівання його температура зростає; під час плавлення вона може залишатися сталою.
Наприклад, лід тане у склянці.Тіло віддає енергію довкіллю. Під час охолодження температура знижується; під час замерзання вона може не змінюватися.
Наприклад, гарячий чай охолоджується.В ізольованій системі теплота, яку віддали гарячі тіла, дорівнює теплоті, яку отримали холодні.
Q вимірюється в джоулях (Дж).Теплопровідність. Енергія передається між частинками та сусідніми частинами тіла без перенесення речовини. Так нагрівається металева ложка в чаї.
Конвекція. Тепло переноситься потоками рідини або газу. Нагріта вода піднімається, а холодніша опускається.
Випромінювання. Енергія передається електромагнітними хвилями. Саме так тепло від Сонця доходить до Землі крізь космічний вакуум.
Усі потрібні формули
в одному місці.
Більше води або більша зміна температури — потрібно більше теплоти.
Пів літра води — приблизно 0,5 кг. Нагріваємо від 20 до 30 °C: Δt = 10 °C. Q = 4200 × 0,5 × 10 = 21 000 Дж = 21 кДж.
Це теплота, отримана водою. Реальний нагрівач витратить більше енергії, якщо частина піде в повітря й посуд.
Скільки теплоти віддали тепліші тіла, стільки отримали холодніші.
Уявна суміш: однакові маси води при 60 і 20 °C дадуть 40 °C, якщо немає втрат і посуд не поглинає тепло. Одна порція охолола на 20 °C, друга нагрілася на стільки ж.
Різні маси? Більша порція сильніше впливає на кінцеву температуру. Перевір це в моделі змішування нижче.
Приблизно стільки потрібно, щоб нагріти 1 кг води на 1 °C.
4200 Дж/(кг·°C) — звичне шкільне округлення. У лабораторії беремо 4180 Дж/(кг·К). Це близькі наближення: теплоємність води трохи залежить від температури. Зміна на 1 °C дорівнює зміні на 1 К.
Той самий приклад: 4180 × 0,5 × 10 = 20 900 Дж. Із шкільним округленням — 21 000 Дж: різниця близько 0,5 %.
Теплоємність c показує, скільки енергії треба для нагрівання. Теплопровідність λ показує, як матеріал проводить тепло. Це різні властивості.
Змінюй умови.
Спостерігай за результатом.
Обери масу та температуру води.
Ми одразу порахуємо результат.
Колір — умовна шкала температури. Рух частинок — не кипіння.
Кінцева температура суміші
Зможеш отримати задану температуру?
Матеріал визначає, як швидко поширюється зміна температури.
Обери умови та запусти дослід.
Це якісна ілюстрація: швидкість і кольори показують тенденцію, а не точні значення температури.Визнач, тіло отримує чи віддає теплоту.
Обери відповідь.
Змінюй одну умову. Дивись на схему й числа. Пояснюй, що сталося.
1 кг води спочатку мав 20 °C. Зараз підведено 560 кДж: бачиш кипіння! Змінюй енергію й знайди момент, коли нагрівання переходить у кипіння.
Вода кипить при 100 °C. Зменш енергію, щоб повернутися до нагрівання.
100.0 °CТемпература
280 сЧас нагрівання в моделі
0.901 кгЗалишок рідкої води
До кипіння Q = cmΔt. Щоб нагріти 1 кг води від 20 до 100 °C, потрібно 336 кДж. Далі енергія витрачається на перетворення води на пару: Q = rm, r ≈ 2260 кДж/кг. За сталого тиску температура під час кипіння майже не змінюється. Потужніший нагрівач швидше підводить енергію й посилює кипіння.
У моделі немає тепловтрат і теплоємності посудини; тиск — 1 атм. Поле енергії задає вже отриману водою енергію, а час обчислюється як Q/P.
Колір — умовна шкала температури; вода не стає помаранчевою. Бульбашки з’являються при кипінні. Легке тремтіння посудини — художній ефект.
Однакова площа 1 м², різниця температур 20 °C. Який шар пропустить менше енергії щосекунди?
16.0 Вт
Потужність теплопередачі через шар
За сталого режиму P = λAΔT/d. Подвой товщину: потужність зменшиться вдвічі. Зменш λ: потік енергії теж зменшиться. Значення матеріалів тут приблизні; модель однорідного плоского шару не враховує вологість, містки холоду й крайові ефекти.
Стартова температура — 20 °C. Порівняй, як нагріваються вода й метали при однакових масі та отриманій енергії.
Заповнення показує температуру на умовній шкалі, а не розширення речовини.
30.0 °C
Δt = Q/(cm). Більша питома теплоємність c означає меншу зміну температури при однакових Q і m. За 42 кДж 1 кг води нагріється на 10 °C, алюмінію — приблизно на 46,7 °C, міді — на 109,1 °C. Модель без тепловтрат і зміни агрегатного стану; c вважаємо сталим.
Знайомі речі.
Несподівані пояснення.
Між кристалами снігу є повітря. Воно погано проводить тепло, тому сніговий шар захищає ґрунт і рослини від швидкого охолодження.
Метал і дерево можуть мати однакову кімнатну температуру. Але метал швидше забирає тепло від руки — тому здається холоднішим.
Пористі матеріали, зокрема аерогель, обмежують передачу тепла. Схожий принцип працює в пухнастому одязі: повітря між волокнами утримує тепло.
У вакуумі немає речовини для конвекції та теплопровідності. Енергія між віддаленими тілами передається випромінюванням.
Тільки теплопровідність. Побутові пастки, незвичні порівняння й трохи логіки — без таймера та шкільних оцінок.
Стрілки підказують напрям передавання енергії. Один кубик тане швидше. Підкладки були в одній кімнаті. Що пропустив наш детектив?
Перевір у справжньому досліді →Зроби припущення. Обери пояснення. Після відповіді відкриється розбір: чому одна ідея працює, а інша підводить.
6 справжніх експериментів із простими речами. Тут цікаво помилитися у прогнозі — й зрозуміти чому.
Відкрий інструкцію, обери прогноз і відмічай кроки по черзі. Порівняй спостереження з прогнозом і повтори дослід. Схеми пояснюють ідею: це не фотографії та не обіцяні результати.
Рух на схемах — умовна повторювана ілюстрація, а не вимірювання. Власний дослід проходь крок за кроком нижче.
Кубик у куртці тане швидше чи повільніше?
Дві однакові пластикові чашки з кришками, два подібні кубики льоду, суха тканина, піднос, годинник.
Обери прогноз. Потім відмічай виконані кроки по черзі.
Змінюй лише оболонку. Кількість льоду, чашки, кришки й місце — однакові.
Зазвичай обгорнутий кубик зберігається довше: ізоляція зменшує надходження енергії з теплої кімнати. «Куртка» не створює холод. Якщо різниці немає, перевір товщину тканини й повтори дослід.
Ізоляція працює в обидва боки. Вона сповільнює охолодження теплого й нагрівання холодного. Як використати це, щоб довезти морозиво додому?
Безпечно: Тканина має лишатися сухою. Воду збирай на піднос; тримай подалі від електроприладів.
«Холодний» метал врятує лід? Зроби прогноз!
Металева й пластикова підкладки без гострих країв, два схожі кубики, піднос, годинник.
Обери прогноз. Потім відмічай виконані кроки по черзі.
Однакові розмір льоду, місце та початкова температура. Бери підкладки близьких розмірів; їхня товщина теж впливає.
На металі лід часто тане швидше: метал краще передає йому енергію. Холодніший на дотик не означає холодніший за термометром. Це якісне порівняння, а не точне вимірювання теплопровідності.
Одна температура — різні відчуття. Простеж шлях енергії від кімнатної підкладки до льоду. Швидкість танення залежить і від матеріалу, і від розмірів підкладки.
Безпечно: Не охолоджуй метал у морозильнику й не торкайся льоду язиком. Прибери воду після досліду.
Чашка «пітніє»: вона протікає чи вода прийшла з повітря?
Дві прозорі пластикові чашки, вода кімнатної температури, лід, кришки, серветка.
Обери прогноз. Потім відмічай виконані кроки по черзі.
Змінюй температуру води; чашки, кришки та повітря навколо — однакові.
Водяна пара з повітря конденсується на достатньо холодній поверхні. Краплі ззовні — не доказ витоку. Якщо повітря дуже сухе, помітних крапель може не бути. Тоді дослід повторюють за інших умов, а не вигадують результат.
Повітря теж містить воду. На холодній поверхні водяна пара може стати краплями. Подумай, чому у вологій кімнаті їх легше помітити.
Безпечно: Використовуй стійкі чашки й піднос; не пий воду після досліду.
Темне чи світле: яка «футболка» краще ловить енергію?
Дві однакові чашки, чорний і білий папір, вода, два безпечні термометри, годинник.
Обери прогноз. Потім відмічай виконані кроки по черзі.
Різний лише колір. Об’єм води, чашки, час освітлення й вітер мають бути близькими.
Темна оболонка зазвичай поглинає більше сонячного випромінювання, тож вода може нагрітися сильніше. Реальний результат залежить також від матеріалу, вітру й хмар. Це спрощений дослід, натхненний сонячним нагрівачем NASA JPL.
Світло може нагрівати. Порівняй зміну температури, а не лише кінцеве число. Хмари й вітер теж впливають: запиши, якими були умови.
Безпечно: Без луп, дзеркал і концентрування променів. Не дивись на Сонце. За похмурої погоди спробуй іншого дня.
Тепло без батарейки: звідки взялася енергія?
Твої сухі долоні й годинник. Лабораторія вже з тобою!
Обери прогноз. Потім відмічай виконані кроки по черзі.
Порівнюй контакт без руху та ковзання. Не збільшуй силу тертя.
Під час ковзання ти виконуєш роботу проти тертя. Частина енергії переходить у внутрішню енергію долонь: вони нагріваються. Джерело — енергія організму. Відчуття дає спостереження, але не точне значення температури.
Механічна робота може нагрівати. Знайди ще приклад переходу механічної енергії у внутрішню. Яка частина системи в ньому нагрівається?
Безпечно: Рухи легкі. При дискомфорті зупинись; не три пошкоджену шкіру.
Вода зникла, хоча не кипіла. Де вона тепер?
Два герметичні пакети, вода кімнатної температури та тепла вода до 40 °C, два однакові шматочки паперового рушника, піпетка, піднос.
Обери прогноз. Потім відмічай виконані кроки по черзі.
Однакові папір, краплі, освітлення й потік повітря. Різна лише температура води в пакетах.
Вода випаровується й без кипіння. Нагрівання паперу зазвичай прискорює випаровування: частинки отримують енергію для переходу в газ. Водяна пара невидима; намальовані стрілки — умовне позначення. Вологість повітря впливає на швидкість.
Вода переходить у невидиму пару. Під час випаровування вона потрапляє в повітря. Спрогнозуй, як вплине рух повітря, і змінюй лише одну умову за раз.
Безпечно: Без окропу та спирту. Теплу воду й герметичність перевіряє дорослий; користуйся підносом.
Для дослідів із водою потрібні піднос і допомога дорослого. Результати залежать від умов — записуй те, що побачив, навіть якщо прогноз не справдився.
Спочатку запитай «чому?». Потім відкрий пояснення й перевір ідею в лабораторії.
Якщо обидва предмети довго лежали в кімнаті, їхня температура приблизно однакова. Метал швидше відводить енергію від теплої руки. Тому відчуття холоду сильніше. Дотик не замінює термометр.
Подумай: чому ручку каструлі роблять із матеріалу, що погано проводить тепло?
Тіло виробляє тепло завдяки обміну речовин. Ковдра утримує повітря й сповільнює теплопередачу. Звичайна ковдра не є джерелом енергії.
Досліди без нагрівання: порівняй, як довго тане кубик льоду у відкритому стакані та в стакані, обгорнутому тканиною.
Між Сонцем і Землею переважно вакуум. Там не можуть циркулювати потоки повітря. Енергію переносить електромагнітне випромінювання, частину якого поглинає поверхня Землі.
Поміркуй: чому тінь часто прохолодніша за місце під прямим сонячним світлом?
Для однакової зміни температури вода потребує багато енергії: її питома теплоємність приблизно 4200 Дж/(кг·°C). Велика маса води повільно нагрівається й повільно охолоджується.
Задача: 0,5 кг води нагріли на 10 °C. Q = 4200 × 0,5 × 10 = 21 000 Дж, якщо втратами знехтувати.
Під час плавлення чистого льоду за нормального тиску енергія йде на зміну стану. Поки лід і вода співіснують у рівновазі, температура близька до 0 °C. Після завершення плавлення вода може нагріватися.
Розрізняй: нагрівання — Q = c·m·(t₂ − t₁), плавлення — Q = λ·m. Тут λ — питома теплота плавлення (Дж/кг), а не коефіцієнт теплопровідності з іншої теми.
На випаровування води потрібна енергія. Вона може надходити від тканини й шкіри. Рух повітря відводить вологе повітря поруч і може прискорити випаровування.
Спостерігай безпечно: як швидкість висихання залежить від руху повітря? Не переохолоджуйся.
Термос сповільнює теплообмін в обох напрямках. Вакуумний проміжок зменшує теплопровідність і конвекцію, відбивні поверхні — випромінювання, кришка — обмін через горловину.
Перевір ідею: чи допоможе теплоізоляція холодному напою в теплій кімнаті?
Для двох порцій води без втрат температура суміші залежить від мас: t = (m₁t₁ + m₂t₂)/(m₁ + m₂). Якщо маси однакові, маємо звичайне середнє. Реальний посуд також може отримати енергію.
Приклад: 2 кг при 20 °C + 1 кг при 80 °C → 40 °C. Перевір інші пропорції в лабораторії.
100 °C — температура кипіння води за нормального атмосферного тиску. У горах тиск нижчий, тож вода може кипіти за нижчої температури. Випаровування, на відміну від кипіння, можливе й при 20 °C.
Не проводь досліди з окропом самостійно. Для пояснення достатньо моделі та спостережень.
Потри долоні: виконана механічна робота може збільшити їхню внутрішню енергію. Теплопередача та робота — два способи змінити внутрішню енергію. Енергія не виникає з нічого.
Поясни словами: звідки надходить енергія під час тертя?
На графіку температура–час похила ділянка може показувати нагрівання. Горизонтальна ділянка під час зміни стану означає сталу температуру, хоча енергія надходить. Завжди перевіряй підписи осей та умови досліду.
Запитай: чи означає горизонтальна лінія, що нагрівач обов’язково вимкнули?
Нагрій лише потрібну кількість води. Зменшуй тепловтрати теплоізоляцією. Потужність показує швидкість передавання або перетворення енергії: 1 Вт = 1 Дж/с.
Приклад: 500 Вт за 10 с → 5000 Дж. Не вся енергія реального приладу потрапляє тільки у воду.
Матеріали підготовлено для 8 класу. Авторка проєкту — Yana Kostova · Яна Костова. Гарячі досліди — лише з дорослими; інтерактивні лабораторії можна досліджувати самостійно.
Три рівні. По шість питань.
Без оцінок — лише нові відкриття.
Авторка й технічна реалізаторка EASYPhysics. Створює навчальні пояснення, інтерактивні досліди та ігри — щоб фізику хотілося досліджувати й розуміти.
Яна у Telegram ↗Папа Яни. Підтримує серверну інфраструктуру та допомагає порадами під час розробки й перевірки проєкту.
Зв’язок у Telegram ↗