热胀冷缩的科学原理范文第1篇

〖教学目标〗

1、过程与方法

会做加热糖的实验，观察糖的形态变化；

会做加热铁垫圈的实验，能利用器具观察到铁垫圈的体积变化；

会做水和空气的热胀冷缩实验。

2、知识与技能

知道物体受热后会改变形状、体积；

知道固体、液体、气体基本都具有热胀冷缩性质；

知道人们可以通过加热和冷却物体做许多事；

知道温度表的工作原理，了解温度计的发展史。

3、情感、态度与价值观

体会科学变化的丰富多彩；

意识到每一项科技发明都是科学家反复试验和不断改进的结果；

意识到科学会给人们的生活带来很多好处。

〖教学重难点〗

1、重点：认识到冷热变化会导致物体产生变化。

2、难点：发现液体具有热胀冷缩的性质。

〖教学准备〗

砂糖、易拉罐底、蜡烛、火柴、玻璃片、固体体胀演示器、烧瓶、橡胶塞、玻璃管、气球、水槽、冷热水。

〖课时安排〗 2课时

第1课时

〖教学过程〗

一、 话题“聚集”

讨论：加热和冷却会对物体产生哪些影响？你为什么这样想？理由是什么？

二、认识加热和冷却对物体形态的影响 创设情景：一块糖，加热后会有什么变化，冷却呢？

提出实验的要求：

① 先将蜡烛点着。

② 将装有糖的锅放在蜡烛上。在觉得可以作画的时候画出你们小组心中的画。

③ 注意分工合作，不要烫到手。

教师巡视学生做实验，并给以适当的指导和帮助。

组织学生将自己的作品在实物投影仪下展示，并请各小组说出是在糖什么状态下开始作画的。

提问：有哪些物体加热和冷却后会产生相似的变化。请每人写在活动记录本上，并猜想描述出这个物体在加热和冷却后整个状态的变化，并回家做实验加以验证。

第2课时

〖教学过程〗

一、认识加热和冷却对固体体积的影响 提问：一些看不出变化的物体比如小铁圈，在受热以后会发生变化吗？

看书上21页实验进行讨论。

师演示固体体胀演示器。

小结：固体都有热胀冷缩的性质。

引导学生利用证据来证明自己的观点。

二、认识液体和气体的热胀冷缩现象

提问：水和空气在加热和冷却后会有铁垫圈这样类似的变化吗？

指导学生设计液体和气体的热胀冷缩实验（可以仔细看书上的方法）。

师生讨论方法:

1）借助什么可以观察到液体或气体体积的变化？

2）发生什么样的变化能够证明液体或气体的体积发生了变化？

3）实验中可能要注意什么？（气密性）

学生选择实验材料进行尝试。

小结：物体都有热胀冷缩性质。 解释温度计的工作原理。

三、了解加热和冷却在人们生活中的应用。

学生讨论和多媒体课件相结合。

〖板书设计〗

3、加热和冷却

形态 体积

热胀冷缩的科学原理范文第2篇

【关键词】：天然气液化 液化制冷工艺选择

中图分类号：S146 文献标识码：A

一、前言

天然气消费的增长推进了液化天然气工业的飞速向前发展，从2007年起，国内开始陆续使用国产设备与技术，在山东、黑龙江等地投资建设液化天然气厂家，大多数液化天然气厂家目前已投产使用，运转情况良好。现阶段，国内通常使用的天然气液化制冷工艺有三种类型：即：级联式制冷工艺、膨胀式制冷工艺和混合式制冷工艺。笔者经过对此三种制冷式循环工艺的经济、技术、安全及运行管理等诸方面实行区分差异化，为液化天然气厂家的制冷式循环工艺选择提供科学依据。

二、天然气液化工艺技术

1.级联式制冷工艺技术

级联式制冷工艺流程见图1。

级联式制冷工艺技术说明。级联式制冷工艺技术重点运用于基础负荷型天然气液化装置系统。级联式制冷工艺技术流程普遍推行三级独立的制冷式循环械构成。一级丙烷制冷循环是天然气、乙烯与甲烷给予冷量；二级乙烯制冷循环是天然气与甲烷给予冷量；三级甲烷制冷循环是天然气给予冷量，天然气的温度慢慢降低一直到液化。一级采取丙烷作为制冷剂，通过鉴定净化后的原料气体，在丙烷换热器中冷却至-35--40℃之后进行二级冷却。经过丙烷换热器中进行蒸发出来的丙烷气体通过压缩机增加压力，在水冷器冷却以后重新进行液化，还要循环至丙烷换热器之中。二级使用乙烯或者乙烷作为制冷剂，原料气在二级中被转换到热到-80--l00℃，同时，被液化后转入三级冷却，经过乙烯换热器里蒸发好的乙烯气体通过压缩机增加压力，在水冷器冷却之后，在丙烷换热器里冷却重新实行液化，还要循环至乙烯换热器。三级采用甲烷作为制冷剂，准备就绪，经过液化天然气作用于甲烷换热器中通过过冷至-l50--163℃，而后，经过节流阀给予降压后，输送到LNG储罐进行储存。在甲烷换热器中蒸发好的气体经增加压力、水冷之后，在丙烷换热器中进行冷却、在乙烯换热器中液化后，循环至甲烷换热器。

级联式液化工艺的优势

一是能源消耗量比较低，原料气液化单位能源消耗为0.30-0.34 kW·h／m3[1]。不能超过这个数值，由于采用三组串联换热器，迫使每台换热器内部温差比较小，从而减少了由于温差引起的不可逆损耗，因而降低了系统的比功消耗量，造成直接经济损失。

二是制冷剂作为纯物质，无一定配对问题，为了简化操作，无需考虑制冷剂的匹配事宜，同时，要做好制冷剂的贮存。

三是在技术成熟的情况下，系统开始启动开车较快，制冷剂是单一组分，在一定条件下，每个系统互相影响较少，做到操作稳定，对原料气构成变更适应性比较强。

四是把冷负荷分配到3个循环与3台压缩机上，扩大了每个单条生产线的水平，在此基础之上，LNG产能可实现(800-1 000)×104 t／a的规模。

五是甲烷制冷剂完成能够从产品中的BOG气体取得。

（三）级联式液化工艺的弊端

一是机械设备多，一般必须配备三台压缩机，与此同时，流程与控制系统比较复杂，造价比较高。

二是对制冷剂纯度要求严格，乙烯及丙烷纯度必须达到99％以上，必须达到标准。

2.膨胀制冷工艺技术

（一）膨胀制冷工艺技术说明

氮-甲烷膨胀制冷工艺流程见图2。

膨胀制冷工艺技术是指应用高压制冷剂，在一定条件下，经过透平膨胀机绝热膨胀的克劳德循环制冷，以实现天然气的液化。气体在膨胀机中膨胀降温的过程中，能够输出功能，可以运用自如，用于驱动流程中的压缩机。在操作频繁而且必须快速启停的调峰型装置中，膨胀制冷工艺取得很好的运用。在一定条件下，依据制冷剂的差异，膨胀制冷工艺技术可区分成：氮气膨胀制冷工艺技术、氮-甲烷膨胀制冷工艺技术、天然气膨胀制冷工艺技术，对这些技术进步要有所创新。

（二）氮气膨胀式制冷工艺技术实际运行状况

一是串联二级氮气膨胀制冷工艺技术，通过本人调查研究，黑龙江省联伟高新能源道外液化天然气工厂，采取串联二级压缩氮气膨胀制冷工艺技术。在一定条件下，其是通过0.45 MPa的N2开始时的数值，经过N2压缩机两级压缩到2.4 MPa，经常数据处理，还要冷却到常温状态，与此同时，再经过两个膨胀压缩机，进一步压缩到5.3MPa达到冷却至常温状态，而且高压N2流经过冷箱被冷却到9℃，此阶段性难掌握，再进入一级膨胀机膨胀到1.6 MPa、温度降到-68.2℃，这一过程比较复杂化，而且逐步推广，再流经过冷箱被冷却到-l04.8℃，推进二级膨胀机，通过膨胀到0.49 MPa、温度降至-l49℃，取得低温N2，低温N2作为冷源带入冷箱成为天然气制冷。在一定程度上，N2出冷箱之后重新步入正轨，N2压缩机开始进行循环。此装备原料气清理规模为30×104 m3／d，与此同时，采取氮气作为制冷剂，制冷压缩机采取国产离心式压缩机，在这种情况下，其中设置一台进口主换热器，两台进口膨胀压缩机。两级串联膨胀机的生产负荷可以调整范围较小，这就要求在一定时期，级间压力调节匹配难度比较大，制冷系统运转受到环境温度及流量影响很大。

二是并联双温区氮气膨胀制冷工艺技术。黑龙江安化燃液化天然气利用有限公司液化工厂，采取自主研发设计的工艺包，设备全部国产化的并联双温区氮气膨胀制冷工艺技术液化装置。在一定条件下，0.66MPa的N2第一环节，通过鉴定，氮压机一级压缩到1.9MPa而且冷却到常温，再分别经过两台膨胀压缩机逐步形成，经过压缩到2.6MPa而且冷却到常温状态。在一定温度控制系统，高压N2分别流经冷箱的中低温渠道，被冷却到-34℃和-94℃，此时，低温段逐步膨胀取得-139 ℃低温N2，成为冷源进入冷箱作为天然气制冷。在这一处理环节上，中温N2逐步膨胀取得-97℃低温N2注入冷箱形成氮气预冷。最终两股中低温氮气复温汇集重新注入N2压缩机进行循环周转。在此过程中，这种装置原料气清理规模为16×114 m3／d，采取氮气作为制冷剂。这种装备在氮气膨胀制冷的基础上，增多了天然气预冷操作流程，这是个关键阶段，能源消耗部分取得进一步的优化组合，能源消耗低于不能带预冷操作流程，通过氮气膨胀制冷工艺技术。这个过程更重要，此装置制冷压缩机采取四台往返式压缩机，效率很高，运转很稳定，容易操作，开车比较快，流程图可靠，生产负荷可以调节范围大的程度。

（三）氮-甲烷膨胀制冷工艺技术运转状况

在一定程度下，氮-甲烷混合式膨胀制冷工艺技术，采取N2-CH4混合式气体取代纯氮气，这是氮膨胀制冷工艺技术的一种创新。通过创新之后，与混合制冷工艺技术进行对比，具有流程简单、控制比较容易、启动的时间短等特点；这个过程，与纯氮气膨胀制冷工艺技术相比，氮-甲烷膨胀制冷工艺技术可以缩小冷端的换热温差，可以避免损失，节省l1％～22％的动力损耗[3]。比如：我们铁力市宇祥瑞雪天然气有限公司调峰型液化装置，采取双温区氮-甲烷膨胀制冷循环设置，原料气清理规模为l6×114 m3／d，主要装置设备全国国产化，品牌很高，因为制冷剂中含有甲烷，为此，对制冷压缩机防爆和技术等级要求标准很高，达到标准比较难。

（四）天然气膨胀制冷工艺技术。天然气膨胀制冷工艺技术，是应用原料气天然气自身的压力能膨胀功能，因而提供天然气液化所需要的冷能量，在一定条件下，此工艺适合原料气压力比较高、附近处有低压管网，使用时可以在液化过程中，通过产生的不能液化的大量低压剩余原料气的地区冲突，非常适应于高压管网门站调峰型装备。在这一过程中，它的液化率主要决定于膨胀比率，膨胀比率越高，液化率也越高。与此同时，制冷工艺技术不要取得较低的液化温度与较高的液化率，并且膨胀机的工作性能受原料气压力，与组成变化的影响比较大。这种制冷工艺技术具有操作流程简单、设备安排紧凑、造价较低、调节灵活、工作可靠等优势。通过这些优势互补，国内黑龙江兰新珊瑚液化天然气有限公司LNG调峰装置规模为6×114 m3／d，法国的天花通达工厂就采取这种液化工艺技术。

（五）膨胀式制冷工艺技术的优势

一是与级联式制冷工艺技术与混合式制冷工艺技术比较，膨胀式制冷工艺技术流程十分简单、紧凑，造价比较低。在一定条件下，起动很快，热态起动3-5 h立即可以取得满负荷产品，运转比较灵活，适应性很强，在通常情况下，生产过程负荷调节范围较大，对于原料气构成转化有很大的适应性能，容易操作与控制。

二是采取气体状况的天然气及氮气成为循环制冷剂，一定程度下，清除了如混合制冷循环工艺中，分离与储存制冷剂的环节，简化了流程，同时，还防止由此带来的安全事项。采取单相气态制冷剂，应用科学原理，液化冷箱更简化与紧凑。

3.混合制冷工艺

（一）混合制冷工艺介绍

混合制冷工艺简称MRC，其是以C1、C2、C3、C5碳氢化合物，与N2等5 种以上的多组分混合制冷剂为制冷介质，在一定温度下，对制冷剂进行逐级的压缩、冷凝、分离、节流、蒸发而获得不同温度水平的制冷量，来实现逐步冷却与液化原料气的目标。混合制冷工艺可分为：单级混合制冷工艺、丙烷预冷混合制冷工艺、双级混合制冷工艺高效混合制冷剂，进行单级混合制冷工艺技术及装备。

（二）混合制冷工艺的优势

一是流程比较简单，设备较少，经济合算，造价比级联式制冷工艺低15% ～ 20%。二是系统较简单，管理很方便。三是混合制冷剂组成可以部分与全部从原料气本身提取和补充，是原料的重要组成部分。

（三）混合制冷工艺的缺点

一是能耗比级联式制冷工艺高10% ～ 15%之间。二是混合制冷剂的合理配比较难，需要一定的时间进行配比。三是流程计算必须给予各制冷剂与天然气原料气各组分，可靠的平衡数据和物性参数，计算难度大。四是制冷剂压缩机维护技术标准高、要求严。4

三、结束语

综上所述，对于LNG产量小于8×114t／a的液化装置，过去国内积极引进国外单级混合制冷工艺技术，取得了丰富的工艺技术与丰富实际工程经验。小型混合制冷技术国产化取得阶段性的效能，造价及运行费用均很有优势。在一定程度下，这种工艺技术可以经过调节两个循环中混合制冷剂的桅使压缩机，在较宽的进气条件和大气环境下工作。

参考文献：

热胀冷缩的科学原理范文第3篇

一、关注环节，丝丝入扣

教学环节要让一个个教学环节有机连接，自然过渡，环环相扣，层层深入，使整个教学活动高潮迭起，美好流畅。

实践描述：

大班科学活动“热胀冷缩”中，第一环节：魔术激趣，创设问题情境。“这瓶子在放入什么水后又发生了什么变化？”魔术、悬疑的氛围使孩子积极思维，探求奥秘。第二环节：通过实验探究空气的变化，初步感受热胀冷缩现象。该过程中我采用“探究式”教学模式，让孩子带着问题通过实验去发现气球在冷热水里的大小变化。第三环节：分组实验操作，探索各种物体的热胀冷缩性质。除了感知空气带来的热胀冷缩变化外，提供多样材料让孩子自由大胆地去尝试、去探索，感知热胀冷缩现象。第四环节：联系实际，运用于生活。通过生活中热胀冷缩现象录像片段的观看，分析生活中的热胀冷缩现象，运用所学知识去解解决生活实际问题，这能进一步激发幼儿探究的兴趣。活动中四个环节层层递进，不断引发幼儿进行探索与思考。整个过程幼儿兴趣浓厚，思维积极。

二、关注方法，教学相长

教学有法，教无定法，贵在得法。教学的方法有很多，活动中要选择最容易达成目标的、适合幼儿的年龄特点的方法。

实践描述：

活动中，笔者在突破重难点策略上，巧妙设计了几种方法。如气球魔术激趣法，能很好地激发幼儿的兴趣，为突破重难点做了铺垫。为了让幼儿理解空气热胀冷缩的原理，适时通过借助具体形象、拟人化的图示，将看不见的空气用圆球宝宝表示，让幼儿自主去观察、理解，并表述空气的热胀冷缩过程和现象，再通过老师及时梳理和提升，使幼儿内化为自身的知识。

三、关注语言，字字珠玑

教学语言体现了教师的教学素质，对幼儿起着示范和引路的作用，所以教师的语言就显得尤为重要。教师要把课堂中要说的话细细揣摩好，说话做到新颖准确、清晰规范，具有启发性；特别是各个教学环节之间的过渡语言，事先要准备到位。有了精致预设，才会有更好的临场发挥。

实践描述：

教学活动“热胀冷缩”中，我非常注重语言表述和提问。如问：“你刚才玩了什么？发现了什么变化？”这种填空式的提问能够帮助幼儿理清思路，完整表达自己的探索重点。在对操作要求进行阐述时尽量做到精准，比如，①小朋友把瓶子放进热水或者冷水里时，耐心地等待，仔细观察它的变化。②要小朋友特别要注意防止热水烫伤，瓶子轻拿轻放，手尽量不要碰到热水。既说明了操作方法，又扼要地提出了操作注意点。

四、关注互动，平等自然

课堂教学的核心是调动全体幼儿的积极性与主动参与学习的过程，良好的师幼互动，使幼儿自主地学习，和谐地发展，是课堂教学有效的关键。教师要建立开放宽松的教学环境，以“平视”的眼光看待幼儿，帮助、引导幼儿发现、解决问题，允许幼儿大胆尝试，及时给予鼓励和赞扬。

实践描述：

教学活动“热胀冷缩”中，幼儿在操作时，教师可以通过提问的方式随时关注孩子，“你在玩什么？你能告诉我你的发现吗？你为什么这样认为呢？”等等，教师作为引导者和合作者和幼儿共同探索。幼儿在操作后表达结果时说：“我发现把瓶子放到热水里，上面的硬币就会跳舞。”教师追问：“它是怎么跳舞的呢？”幼：“硬币一会儿打开一会儿盖上，发出叮叮的声音。”教师：“你的发现真了不起，那你猜这是为什么？是谁的原因呢？”幼：……通过这样抛接式的师幼互动问答，引发幼儿的深入思考，激发其大胆表述的欲望，形成探究式的师幼互动教学模式。

五、关注细节，精益求精

往往细节决定着课堂的成败。在活动中的细小问题如幼儿操作时老师应做些什么， 场地的安排的教具、材料何时呈现，如何呈现幼儿座位安排等问题，都是活动中老师要考虑的细节问题。

实践描述：

热胀冷缩的科学原理范文第4篇

一、利用生活中的物理现象，激发学生对科学的求知欲

很多学生喜食鸡蛋，趁热食之其味犹美，但热蛋难以剥皮，怎么办？学了物理，简单！做一个热蛋泡冷水实验，剥皮极易。

1.原理：物质热胀冷缩，密度小者比密度大者更易伸缩、传热快者比传热慢者更易伸缩，热蛋入冷水，蛋壳温度骤降、收缩，蛋白起初温度变化不大，因受到挤压，随着蛋白温度降低而收缩，加上蛋壳收缩的趋缓，导致蛋白、蛋壳分离。

2.感悟：选择材料时，考虑其热胀冷缩的特性进行搭配。比如，房屋的设计，钢筋混凝土被广泛采用，因为两者热胀冷缩的性质相近，无论是烈日炎炎的夏季，还是天寒地冻的冬天，它们产生不了什么有害的作用力，因而，十分安全可靠。

3.反其道而用之：铜片的热膨胀大于铁片，两者制成的双金属片，由于受热相同膨胀不一而发生弯曲，自动控制装置由此制成；日光灯即是利用了此原理——“启动器”内置双金属片，随温度变化而曲伸，故能自动开启。

二、通过生活体验，加深知识印象

学习声现象时，通过实验探究，我引领学生初步认识声产生和传播的条件；为了增强感受，我带着学生来到十字街头，喇叭声声，一旁施工工地机器轰鸣，让他们知道噪声的途径以及感想。

1.提问：怎样减少和降低噪音？如何控制噪音？噪声声源控制不了怎样进行阻断？

2.探究：引吭高歌、鸟儿婉转、蟋蟀鸣叫、蛙声阵阵，声音如何产生？了解物体的振动产生声音后，我们再通过实验证明，气体、液体、固体都能传播声音，为什么不能在真空中传播？

3.培养：习惯能够主宰人的一生，我们要引导学生养成随手实验的好习惯，要学会利用现有物品进行科学探究，学会分析、善于推理、勇于质疑、懂得应用。

4.要求：分清乐音与噪音，详细了解噪音的特性及危害，熟悉具备隔声性能的材料。

5.拓展：噪声扰人，人耳听及的声波频率范围在20～20000赫兹；超声波：高于20000赫兹；其方向性好，穿透能力强，能在水中远距离传播，应用范围极广，可用来焊接、测速、清洗、碎石、测距、消毒、杀菌等，难可俱陈；次声波：频率小于20赫兹，次声波的波长极长，某些次声波能绕地球2至3周，次声波对人体有很强的杀伤力，甚至致人死亡。

6.关注科技发展，自觉养成环境保护意识。

综上所述，物理和生活如影随形。一切科学成就，无论多么令人惊叹，其起始无不与科学家们对身边的寻常现象认真观察、仔细研磨、大胆推理密切相关；比如说，核电站、航空技术、因特网、克隆羊等概莫能外。

热胀冷缩的科学原理范文第5篇

今天下午，第一节课是科学课．我们做了金属的热胀冷缩得这个实验。

实验要准备好:一盆水、铜环、铜球、酒精灯、打火机。老师先打开洒精灯的盖子，在用打火打点燃酒精灯。再拿好铜环，在用铜球放在铜环的中间，看一下通得过还是通不过。老师对我们说：“铜球通过了铜环不？”我们异口同声地说：“刚好通过了。”接着老师再把铜球放在酒精灯上燃烧。过了十几分钟，老师又把铜球放入铜环中间，竟然铜球通不过去。老师又把铜球放入水盆中，只听“呲”的一声。老师在把铜球放入铜环的中间，居然又通过了。老师拿好酒精灯的盖子斜着把酒精灯盖灭。大家都疑惑不解,老师解释说：“铜球第一次刚好可以通过，而第二次是因为铜球放在酒精灯上燃烧加热体积膨胀了，所以就通不过去了。第三次，我把铜球放入水中，铜球遇到水变冷，体积就会缩小，又能通过去。这就是金属热胀冷缩的道理。”老师还说：“除了铜之外，其他的很多物体都会热胀冷缩。比如温度计就是利用这个原理制成得。”

真是一场有趣的实验，我不仅知道金属的热冷缩了，还知道它有很大的用处。