Температура. Тепловое равновесие. Физика. 10 класс.

Комментарии преподавателя

Недостатки термометров, газовые термометры

По­это­му для любых точ­ных за­ме­ров тем­пе­ра­тур такие тер­мо­мет­ры не го­дят­ся. И на­чи­ная с во­сем­на­дца­то­го века, ис­поль­зу­ют­ся более точ­ные тер­мо­мет­ры, коими яв­ля­ет­ся га­зо­вые тер­мо­мет­ры (см. рис. 2)

Рис. 2. Га­зо­вый тер­мо­метр (Ис­точ­ник)

При­чи­ной этого яв­ля­ет­ся тот факт, что газы рас­ши­ря­ют­ся оди­на­ко­во при из­ме­не­нии тем­пе­ра­ту­ры на оди­на­ко­вые зна­че­ния. Для га­зо­вых тер­мо­мет­ров спра­вед­ли­во сле­ду­ю­щее:

То есть для из­ме­ре­ния тем­пе­ра­ту­ры либо фик­си­ру­ет­ся из­ме­не­ние дав­ле­ния при по­сто­ян­ном объ­ё­ме, либо объём при по­сто­ян­ном дав­ле­нии.

В га­зо­вых тер­мо­мет­рах часто ис­поль­зу­ют раз­ре­жен­ный во­до­род, ко­то­рый, как мы пом­ним, очень хо­ро­шо под­хо­дит под мо­дель иде­аль­но­го газа.

         Абсолютная шкала температур

Кроме неиде­аль­но­сти бы­то­вых тер­мо­мет­ров имеет место быть неиде­аль­ность мно­гих шкал, ко­то­рые ис­поль­зу­ют­ся в быту. В част­но­сти, шкала Цель­сия, как наи­бо­лее нам зна­ко­мая. Как и в слу­чае с тер­мо­мет­ра­ми эти шкалы вы­би­ра­ют слу­чай­ным об­ра­зом на­чаль­ный уро­вень (для шкалы Цель­сия это тем­пе­ра­ту­ра плав­ле­ния льда). По­это­му для ра­бо­ты с фи­зи­че­ски­ми ве­ли­чи­на­ми необ­хо­ди­ма дру­гая, аб­со­лют­ная шкала.

Эту шкалу ввёл в 1848 г ан­глий­ский физик Уи­льям Томп­сон (лорд Кель­вин) (рис. 3). Зная, что при росте тем­пе­ра­тур теп­ло­вая ско­рость дви­же­ния мо­ле­кул и ато­мов тоже рас­тёт, нетруд­но уста­но­вить, что при умень­ше­нии тем­пе­ра­тур ско­рость будет па­дать и при опре­де­лён­ной тем­пе­ра­ту­ре рано или позд­но ста­нет нулём, как и дав­ле­ние (ис­хо­дя и ос­нов­но­го урав­не­ния МКТ). Эту тем­пе­ра­ту­ру и вы­бра­ли за на­ча­ло от­счё­та. Со­вер­шен­но оче­вид­но, что тем­пе­ра­ту­ра не может до­стиг­нуть зна­че­ния мень­ше этого зна­че­ния, по­это­му оно по­лу­чи­ло на­зва­ние «аб­со­лют­ный ноль тем­пе­ра­тур». Для удоб­ства же 1 гра­дус по шкале Кель­ви­на был при­ве­дён в со­от­вет­ствии с 1 гра­ду­сом по шкале Цель­сия.

Итак, по­лу­ча­ем сле­ду­ю­щее:

Сле­до­ва­тель­но, аб­со­лют­ный ноль тем­пе­ра­тур – это тем­пе­ра­ту­ра 

Рис. 3. Уи­льям Томп­сон (Ис­точ­ник)   

Домашняя работа.

Задание 1. Ответь на вопросы.
1. Какие тепловые явления вы знаете? 
2. Как протекает диффузия при разных температурах? 
3. Мерой чего является температура тела? 
4. Чем отличается горячая вода от холодной? 
5. В каком растворе - горячем или холодном - быстрее просаливаются огурцы? Почему? 
6. Что такое тепловое движение? Почему оно так называется? Чем оно отличается от механического движения тел? 
7. На чем основано действие термометров?
8. Когда и кем был изобретен первый жидкостный термометр?

Задание 2. Проведи домашний опыт.
Возьмите три тазика с водой: один - с очень горячей, другой - с умеренно теплой, а третий - с очень холодной. Теперь ненадолго опустите левую руку в тазик с горячей водой, а правую - с холодной. Через пару минут извлеките руки из горячей и холодной воды и опустите их в тазик с теплой водой. Теперь спросите каждую руку, что она "скажет" вам о температуре воды?

Задание 3. Сделай сам! 
Термометр.
Возьми маленький стеклянный пузырек (в таких пузырьках в аптеках продают, например, зеленку), пробку (лучше резиновую) и тоненькую прозрачную трубочку (можно взять пустой прозрачный стерженек от шариковой ручки).
Проделай отверстие в пробке и закрой пузырек. Набери в трубочку капельку подкрашенной воды и вставь стержень в пробку. Хорошенько загерметизируй щель между пробкой и стержнем.
Термометр готов.
Теперь необходимо отградуировать его, т.е. сделать измерительную шкалу.
Понятно, что при нагревании воздуха в пузырьке он будет расширяться, и капелька жидкости будет подниматься по трубочке вверх. Твоя задача отметить на стерженьке или прикрепленной к нему картонке деления, соответствующие разным температурам.
Для градуировки можно взять еще один готовый термометр и опустить оба термометра в стакан с теплой водой. Показания термометров должны совпадать. Поэтому, если готовый термометр показывает температуру, например, 40 градусов, можете смело ставить отметину «40» на стерженьке своего термометра в том месте, где находится капелька жидкости. Вода в стакане будет остывать, и ты сможешь таким образом разметить измерительную шкалу.
Можно сделать термометр, полностью заполнив его жидкостью.
А можно и иначе:
Проделай в крышке пластиковой бутылки отверстие и вставь тонкую пластиковую  трубочку.
Бутылку частично заполни водой и закрепи на стене. У свободного конца трубочки разметь температурную шкалу. Отградуировать шкалу можно с помощью обычного комнатного термометра. 
При изменении температуры в комнате вода будет расширяться или сжиматься, и уровень воды
в трубочке тоже  «поползет» по шкале.

А можно и  посмотреть, как работает  термометр! 
Обхвати  бутылку  руками и погрей ее. 
Что произошло с уровнем воды в трубочке? 

К занятию прикреплены файлы " Памятка." и "В мире интересного.". Вы можете скачать файлы и использовать их в любое нужное и удобное для вас время.

Использованные источники: 

• http://interneturok.ru/ru/school/physics/10-klass/
• https://www.kursoteka.ru/catalog/school/5
• http://www.youtube.com/watch?v=mD1YBgdkoN8

Файлы