Де відбувається тепловий рух. Що це: тепловий рух? З якими поняттями воно пов'язане? Атоми та молекули

Усі молекули будь-якої речовини безперервно і безладно (хаотично) рухаються.

Рух молекул в різних тілахвідбувається по-різному.
Молекули газів безладно рухаються з великими швидкостями(Сотні м/с) по всьому об'єму газу. Зіткнувшись, вони відскакують один від одного, змінюючи величину та напрямок швидкостей.
Молекули рідини коливаються біля рівноважних положень (оскільки розташовані майже впритул один до одного) і порівняно рідко перескакують з одного рівноважного положення в інше. Рух молекул у рідинах є менш вільним, ніж у газах, але більш вільним, ніж у твердих тілах.
У твердих тілах частки коливаються біля положення рівноваги.
Зі зростанням температури швидкість частинок збільшується, тому хаотичний рух частинок прийнято називати тепловим.

БРОУНІВСЬКИЙ РУХ

Доказ теплового руху молекул.
Броунівський рух було відкрито англійським ботаніком Робертом Броуном (1773-1858гг.)

Якщо розпорошити на поверхні рідини дрібні крупинки будь-якої речовини,
то вони безперервно рухатимуться.

Ці броунівські частки рухаються під впливом ударів молекул рідини. Т.к. тепловий рухмолекул - це безперервне і безладне рух, те й швидкість руху броунівських частинок безладно змінюватиметься за величиною і напрямом.
Броунівський рух вічний і ніколи не припиняється.

ПОГЛЯДИ НА КНИЖКУ!

ДОМАШНЯ ЛАБОРАТОРНА РОБОТА

1. Візьміть три склянки. У перший налийте окріп, у другий теплу і третю холодну воду.
У кожну склянку кинути щіпку гранульованого чаю. Що ви помітили?

2. Візьміть порожню пластикову пляшку, попередньо охолодивши її, опустіть шийку в склянку з водою і охопіть пляшку долонями, але не натискайте. Спостерігайте протягом кількох хвилин.

3. На шийку тієї ж, але знову охолодженої пляшки покладіть змочену у воді перевернуту пробку і також обхопіть її теплими долонями. Спостерігайте протягом кількох хвилин.

4. Налийте в неглибоку тарілку води на висоту 1 - 1,5 см, поставте в неї перевернутий дном догори і попередньо нагрітий гарячою водоюсклянка. Спостерігайте протягом кількох хвилин.

Чекаю на звіт із поясненнями побаченого. Хто перший?

ТЕМПЕРАТУРА

Розмір, що характеризує тепловий стан тіла чи інакше міра «нагрітості» тіла.
Чим вище температура тіла, тим більшу в середньому енергію мають його атоми та молекули.

Прилади для вимірювання температури називаються термометрами.

Принцип виміру температури.

Температура безпосередньо не вимірюється! Вимірюється величина, яка залежить від температури!
У сучасних рідинних термометрах – це обсяг спирту чи ртуті (у термоскопі Галілея – обсяг газу). Термометр вимірює свою температуру! Якщо ми хочемо виміряти з допомогою термометра температуру будь-якого іншого тіла, треба почекати деякий час, поки температури тіла і термометра зрівняються, тобто. настане теплова рівновага між термометром та тілом.
У цьому полягає закон теплової рівноваги:
у будь-якої групи ізольованих тіл через якийсь час температури стають однаковими,
тобто. настає стан теплової рівноваги

ПРОВЕДИ ДОМАШНИЙ ДОСВІД

Візьміть три тазики з водою: один – з дуже гарячою, інший – з помірно теплою, а третій – з дуже холодною. Тепер ненадовго опустіть ліву рукуу тазик із гарячою водою, а праву - із холодною. Через пару хвилин витягніть руки з гарячої та холодної води та опустіть їх у тазик з теплою водою. Тепер спитайте кожну руку, що вона "скаже" вам про температуру води?

ТЕРМОМЕТР - ЗРОБИ САМ

Візьми маленьку скляну бульбашку (у таких бульбашках в аптеках продають, наприклад, зеленку), пробку (краще гумову) і тоненьку прозору трубочку (можна взяти порожній прозорий стрижень від кулькової ручки).
Пророби отвір у пробці і закрий пляшечку. Набери в трубочку крапельку підфарбованої води та встав стрижень у пробку. Добре загерметизуй щілину між пробкою і стрижнем.
Термометр готовий.
Тепер потрібно відградуювати його, тобто. зробити вимірювальну шкалу.
Зрозуміло, що при нагріванні повітря в бульбашці він розширюватиметься, і крапелька рідини підніматиметься трубочкою вгору. Твоє завдання відзначити на стрижці або прикріпленій до нього картонці поділу, що відповідають різним температурам.
Для градуювання можна взяти ще один готовий термометр і опустити обидва термометри у склянку з теплою водою. Свідчення термометрів повинні збігатися. Тому, якщо готовий термометр показує температуру, наприклад, 40 градусів, можете сміливо ставити позначку 40 на стрижці свого термометра там, де знаходиться крапелька рідини. Вода в склянці остигатиме, і ти зможеш таким чином розмітити вимірювальну шкалу.
Можна зробити термометр повністю заповнивши його рідиною.

А можна й інакше:

Виконай у кришці пластикової пляшки отвір і встав тонку пластикову трубочку.
Пляшку частково заповни водою і закріпи на стіні. У вільного кінця трубочки розмійте температурну шкалу. Відградувати шкалу можна за допомогою звичайного кімнатного термометра.
При зміні температури в кімнаті вода розширюватиметься або стискатиметься, і рівень води в трубочці теж поповзе за шкалою.

А можна й подивитись, як працює термометр!
Обхопи пляшку руками та погрій її.
Що сталося з рівнем води у трубочці?

ТЕМПЕРАТУРНІ ШКАЛИ

Шкала Цельсія – введена шведським фізиком А. Цельсієм у 1742 році. Позначення: C. На шкалі є як позитивні, і негативні температури. Опорні точки: 0C – температура танення льоду, 100C – температура кипіння води.

Шкала Фаренгейта – введена Фаренгейтом, склодувом із Голландії, у 1724 році. Позначення: F. На шкалі є як позитивні, і негативні температури. Опорні точки: 32F – температура танення льоду, 212F – температура кипіння води.

Шкала Реомюра – введена французьким фізиком Реомюром у 1726 році. Позначення: R. На шкалі є як позитивні, і негативні температури. Опорні точки: 0R – температура танення льоду, 80R – температура кипіння води.

Шкала Кельвіна – введена англійським фізиком Томсоном (лордом Кельвіном) у 1848 році. Позначення: К. На шкалі є лише позитивні температури. Опорні точки: 0K - абсолютний нуль, 273К - температура танення льоду. Т = t + 273

ТЕРМОСКОП

Вперше прилад для визначення температури був винайдений Галілеєм у 1592 р. Невеликий скляний балон був припаяний до тонкої трубки з відкритим кінцем.

Балон нагрівали руками і занурювали кінець трубки в посудину з водою. Балон охолоджувався до температури навколишнього повітря та рівень води в трубці піднімався. Тобто. щодо зміни обсягу газу в посудині можна було судити про зміну температури. Тут ще не було числової шкали, тому такий пристрій називався термоскопом. Вимірювальна шкала з'явилася лише за 150 років!

ЧИ ЗНАЄШ ТИ

Найвища температура Землі зареєстрована у Лівії 1922 року - +57,80С;
сама низька температура, зареєстрована Землі, - –89,20С;
над головою у людини температура вища за температуру довкілляна 1 – 1,50С; Середня температуратварин: коні - 380С, вівці - 400С, курки - 410С,
температура в центрі Землі - 200000С;
температура на поверхні Сонця – 6000 К, у центрі – 20 млн. град.

А яка температура надр Землі?
Раніше висловлювалися різні гіпотетичні припущення і наводилися розрахунки, якими температура на глибині 15 км виходила 100...400°C. Тепер Кольська надглибока свердловина,
яка пройшла позначку 12 км, дала точну відповідь на поставлене запитання. Спочатку (до 3 км) температура зростала на 1° через кожні 100 м проходки, далі це зростання склало 2,5° на кожні нові 100 м. На глибині 10 км температура надр Землі дорівнювала 180°C!
Наука та життя

До кінця 18 століття число винайдених температурних шкал сягало двох десятків.

Італійські вчені-полярники, здійснивши експедицію до Антарктиди, зіткнулися із дивовижною загадкою. Поблизу затоки Інгли вони відкрили крижану ущелину, де постійно дме надшвидкісний і надхолодний вітер. Потік повітря температурою мінус 90 градусів мчить зі швидкістю 200 км/год. Не дивно, що цю ущелину назвали «брамою пекла» – ніхто не може перебувати там без ризику для життя більше однієї хвилини: вітер несе частинки льоду з такою силою, що миттю рве одяг на шматки.

ПОЛОМАЄМО ГОЛОВУ?

КАВЕРЗНІ ЗАВДАННЯ

1. Як виміряти температуру тіла мурашки за допомогою звичайного термометра?

2. Існують термометри, у яких використовують воду. Чому такі водяні термометри незручні для вимірювання температур, близьких до температури замерзання води?

Чекаю на відповідь (на уроці або поштою)!

А ЦЕ ТИ ЗНАЄШ?

Насправді шведський астроном і фізик Цельсій запропонував шкалу, у якій точку кипіння води було позначено числом 0, а точка танення льоду числом 100! "Зате взимку не буде негативних чисел- любив говорити Цельсій. Але потім шкалу "перевернули".

· Температура -40 градусів за Цельсієм точно дорівнює температурі -40 градусів за Фаренгейтом. Це єдина температура, в якій дві ці шкали сходяться.

У свій час у фізичних лабораторіях користувалися для вимірювання температури так званим ваговим термометром. Він складався з порожнистої платинової кулі, заповненої ртуттю, в якій був капілярний отвір. Про зміну термператури судили за кількістю ртуті, що випливала з отвору.

Виявляється, існує плоский термометр. Це "папірець", який накладають на лоб хворого. При високій температурі"папірець" стає червоного кольору.

Наші відчуття, зазвичай надійні, можуть підвести при визначенні температури Наприклад, відомий досвід, коли одну руку опускають у гарячу, а іншу – у холодну воду. Якщо через деякий час опустити обидві руки в теплу воду, то рука, яка до цього була в гарячій воді, відчує холод, а рука, що була в холодній воді- жар!

Поняття температури не застосовується до окремій молекулі. Про температурі можна говорити лише в тому випадку, якщо є досить велика сукупність частинок.

Найчастіше фізики вимірюють температуру за шкалою Кельвіна: 0 градусів за шкалою Цельсія = 273 градусів за шкалою Кельвіна!

Найвища температура.

Вона отримана у центрі вибуху термоядерної бомби– близько 300...400 млн. °C. Максимальна температура, досягнута під час керованої термоядерної реакціїна випробувальній термоядерній установці ТОКАМАК у Прінстонській лабораторії фізики плазми, США, у червні 1986 р., становить 200 млн°C.

Найнижча температура.

Абсолютний нуль за шкалою Кельвіна (0 K) відповідає -273,15 ° за шкалою Цельсія або -459,67 ° за шкалою Фаренгейта. Найнижча температура, 2·10–9 K (двобільйонна частина градуса) вище абсолютного нуля, була досягнута у двоступінчастому кріостаті ядерного розмагнічування в Лабораторії низьких температур Гельсінського технологічного університету, Фінляндія, групою вчених під керівництвом професора Оллі Лоунасмаа (нар. 1930 р.), про що було оголошено у жовтні 1989 р.

Найменший термометр.

Д-р ФредерікСакс, біофізик з Державного університетуштату Нью-Йорк, Буффало, США, сконструював мікротермометр для вимірювання температури окремих живих клітин. Діаметр наконечника термометра – 1 мікрон, тобто. 1/50 частина діаметра людського волосся.

Теми кодифікатора ЄДІ: тепловий рух атомів та молекул речовини, броунівський рух, дифузія, взаємодія частинок речовини, експериментальні докази атомістичної теорії.

Великому американському фізикуРічарду Фейнману, автору знаменитого курсу "Фейнманівські лекції з фізики", належать чудові слова:

У цих словах полягає суть молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) будови речовини. А саме, основними положеннями МКТ є три твердження.

1. Будь-яка речовина складається з найдрібніших частинок молекул та атомів. Вони розташовані у просторі дискретно, тобто на деяких відстанях один від одного.
2. Атоми або молекули речовини перебувають у стані безладного руху (це рух називається тепловим рухом), який ніколи не припиняється.
3. Атоми або молекули речовини взаємодіють один з одним силами тяжіння та відштовхування, які залежать від відстаней між частинками.

Ці положення є узагальненням численних спостережень та екпериментальних фактів. Давайте розглянемо докладніше ці положення та наведемо їх дослідне обґрунтування.

Наприклад, це молекула води, що складається з двох атомів водню і одного атома кисню. Розділивши її на атоми, ми перестанемо мати справу з речовиною під назвою "вода". Далі, розділивши атоми і складові, ми отримаємо набір протонів, нейтронів і електронів і цим втратимо інформацію у тому, що це були водень і кисень.

Атоми та молекули називаються для стислості просто частинкамиречовини. Чим саме є частка – атомом чи молекулою – у кожному конкретному випадку встановити неважко. Якщо мова йде про хімічний елементто частинкою буде атом; якщо ж розглядається складна речовина, то його частка - це молекула, що складається з кількох атомів.

Далі перше положення МКТ стверджує, що частинки речовини не заповнюють простір безперервно. Частинки розташовані дискретно, тобто як би в окремих точках. Між частинками є проміжки, величина яких може змінюватись у деяких межах.

На користь першого положення МКТ свідчить явище теплового розширення тел. А саме, при нагріванні збільшуються відстані між частинками речовини і розміри тіла зростають. При охолодженні, навпаки, відстані між частинками зменшуються, у результаті тіло стискається.

Яскравим підтвердженням першого положення МКТ є також дифузія- Взаємне проникнення дотичних речовин одна в одну.

Наприклад, на рис. 1 показаний процес дифузії у рідині. Частинки розчинної речовини поміщені у склянку з водою та розташовані спочатку у верхній лівій частині склянки. З часом частки переміщаються (як кажуть, дифундують) з високої концентрації в область низької концентрації. Зрештою концентрація часток стає скрізь однаковою - частки рівномірно розподіляються по всьому об'єму рідини.

Мал. 1. Дифузія у рідині

Як пояснити дифузію з погляду молекулярно-кінетичної теорії? Дуже просто: частинки однієї речовини проникають у проміжки між частинками іншої речовини. Дифузія йде тим швидше, чим більше ці проміжки - тому найлегше змішуються один з одним гази (в яких відстані між частинками багато більше розмірівсамих часток).

Тепловий рух атомів та молекул

Нагадаємо ще раз формулювання другого положення МКТ: частинки речовини здійснюють безладний рух (називається також тепловим рухом), який ніколи не припиняється.

Досвідченим підтвердженням другого становища МКТ служить знов-таки явище дифузії адже взаємне проникнення частинок можливе лише за їх безперервному русі! Але найяскравішим доказом вічного хаотичного руху частинок речовини є броунівський рух. Так називається безперервний безладний рух броунівських частинок- порошин або крупинок (розмірами см), зважених у рідині або газі.

Броунівський рух отримав свою назву на честь шотландського ботаніка Роберта Броуна, який побачив у мікроскоп безперервний танець зважених у воді частинок квіткового пилку. На доказ того, що цей рух відбувається вічно, Броун знайшов шматок кварцу із порожниною, заповненою водою. Незважаючи на те, що вода потрапила туди багато мільйонів років тому, соринки, що опинилися там, продовжували свій рух, який нічим не відрізнявся від того, що спостерігалося в інших дослідах.

Причина броунівського рухуполягає в тому, що зважена частка зазнає нескомпенсованих ударів з боку молекул рідини (газу), причому в силу хаотичності руху молекул величина та напрямок результуючого впливу абсолютно непередбачувані. Тому броунівська частка описує складні зигзагоподібні траєкторії (рис. 2).

Мал. 2. Броунівський рух

До речі, броунівський рух може розглядатися як доказ самого факту існування молекул, т. е. також може бути досвідченим обгрунтуванням першого становища МКТ.

Взаємодія частинок речовини

Третє положення МКТ говорить про взаємодію частинок речовини: атоми або молекули взаємодіють один з одним силами тяжіння та відштовхування, які залежать від відстаней між частинками: зі збільшенням відстаней починають переважати сили тяжіння, при зменшенні - сили відштовхування.

Про справедливість третього становища МКТ свідчать сили пружності, які під час деформаціях тел. При розтягуванні тіла збільшуються відстані між частинками, і починають переважати сили тяжіння частинок друг до друга. При стисканні тіла відстані між частинками зменшуються і в результаті переважають сили відштовхування. В обох випадках пружна силаспрямована у бік, протилежний деформації.

Іншим підтвердженням існування сил міжмолекулярної взаємодії є наявність трьох агрегатних станів речовини.

У газах молекули віддалені одна від одної на відстані, що значно перевищують розміри самих молекул (у повітрі при нормальних умовах- приблизно 1000 раз). На таких відстанях сили взаємодії між молекулами практично відсутні, тому гази займають весь наданий їм обсяг і легко стискаються.

У рідинах проміжки між молекулами можна порівняти з розмірами молекул. Сили молекулярного тяжіння дуже відчутні та забезпечують збереження рідинами об'єму. Але для збереження рідинами ще й форми ці сили недостатньо великі - рідини, як і гази, набувають форми судини.

У твердих тілах сили тяжіння між частинками дуже великі: тверді тіла зберігають як обсяг, а й форму.

Перехід речовини з одного агрегатного станув інше є результатом зміни величини сил взаємодії між частинками речовини. Самі частки залишаються у своїй незмінними.

 Теорія:Атоми і молекули знаходяться в безперервному тепловому русі, рухаються хаотично, постійно через зіткнення змінюють напрямок і модуль швидкості.

Чим вища температура, тим вища швидкість руху молекул. При зниженні температури зменшується швидкість руху молекул. Існує температура, яку називають " абсолютний нуль- температура (-273 ° С) при якій припиняється тепловий рух молекул. Але "абсолютний нуль" недосяжний.
Броунівський рух - безладний рух мікроскопічних видимих ​​зважених у рідині або газі частинок твердої речовини, що викликається тепловим рухом частинок рідини або газу. Вперше це явище спостерігав у 1827 Роберт Броун. Він досліджував пилок рослин, який знаходився в водному середовищі. Броун зауважив, що пилок з часом весь час зміщується, і чим вища температура, тим швидше швидкістьзміщення пилку. Він припустив, що рух пилку пов'язаний з тим, що молекули води ударяються об пилок і змушують його рухатися.

Дифузія - процес взаємного проникнення молекул однієї речовини у проміжки між молекулами іншої речовини.

Прикладом броунівського руху є
1) безладний рух квіткового пилку в крапельці води
2) безладний рух мошок під ліхтарем
3) розчинення твердих речовин у рідинах
4) проникнення поживних речовинз ґрунту в коріння рослин
Рішення:з визначення броунівського руху відомо, що правильна відповідь 1. Пилок безладно рухається через те, що молекули воду ударяються об неї. Безладний рух мошок під ліхтарем не підходить оскільки мошки самі вибирають напрямок руху, останні дві відповіді це приклади дифузії.
Відповідь: 1.

Завдання оге з фізики (вирішу еге):Який з нижченаведених тверджень є правильним?
А. Молекули чи атоми у речовині перебувають у безперервному тепловому русі, і з аргументів на користь цього є явище дифузії.
Б. Молекули або атоми в речовині знаходяться в безперервному тепловому русі, і доказом цього є явище конвекції.
1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б
Рішення:Дифузія - процес взаємного проникнення молекул однієї речовини у проміжки між молекулами іншої речовини. Перше твердження вірне, Конвенкція - перенесення внутрішньої енергіїз шарами рідини або газу, виходить, що друге твердження не вірне.
Відповідь: 1.

Завдання оге з фізики (фіпі): 2) Свинцеву кульку нагрівають у полум'ї свічки. Як у процесі нагрівання змінюється обсяг кульки та Середня швидкістьрух його молекул?
Встановіть відповідність між фізичними величинами та їх можливими змінами.
Для кожної величини визначте відповідний характер зміни:
1) збільшується
2) зменшується
3) не змінюється
Запишіть у таблиці вибрані цифри кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися.
Рішення (Дякую Мілені) : 2) 1. Обсяг кульки збільшиться за рахунок того, що молекули почнуть рухатися швидше.
2. Швидкість молекул під час нагрівання збільшиться.
Відповідь: 11.

Завдання демонстраційного варіантуОДЕ 2019:Одне з положень молекулярно-кінетичної теорії будови речовини у тому, що «частинки речовини (молекули, атоми, іони) перебувають у безперервному хаотичному русі». Що означають слова безперервний рух?
1) Частинки постійно рухаються у певному напрямі.
2) Рух частинок речовини не підпорядковується жодним законам.
3) Частинки всі разом рухаються то одному, то іншому напрямі.
4) Рух молекул ніколи не припиняється.
Рішення:Молекули рухаються, з-за зіткнень швидкість молекул постійно змінюється, тому ми не можемо вирахувати швидкість і напрямок кожної молекули, але ми можемо вирахувати середню квадратичну швидкість молекул, і вона пов'язана з температурою, при зниженні температури швидкість молекул зменшується. Вважають, що температура при якій припиниться рух молекул дорівнює -273 °С (мінімальна можлива температура в природі). Але вона недосяжна. тому молекули ніколи не перестануть рухатись.

Тепловий рух

Будь-яка речовина складається з найдрібніших частинок - молекул. Молекула- це найменша частка даної речовини, що зберігає всі його Хімічні властивості. Молекули розташовані у просторі дискретно, тобто на деяких відстанях один від одного, і перебувають у стані безперервного безладного (хаотичного) руху .

Оскільки тіла складаються з великої кількостімолекул і рух молекул безладно, то не можна точно сказати, скільки ударів зазнаватиме та чи інша молекула з боку інших. Тому кажуть, що становище молекули, її швидкість у момент часу випадкові. Однак це не означає, що рух молекул не підпорядковується певним законам. Зокрема, хоча швидкості молекул у певний момент часу різні, у більшості їх значення швидкості близькі до деякого певному значенню. Зазвичай, говорячи про швидкість руху молекул, мають на увазі середню швидкість (v$cp).

Не можна виділити якийсь певний напрямок, у якому рухаються всі молекули. Рух молекул ніколи не припиняється. Можна сказати, що воно безперервне. Такий безперервний хаотичний рух атомів і молекул називають . Така назва визначається тим, що швидкість руху молекул залежить від температури тіла. Чим більша середня швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура. І навпаки, що стоїть температура тіла, то більше вписувалося середня швидкість руху молекул.

Рух молекул рідини було виявлено при спостереженні броунівського руху - руху зважених у ній дуже дрібних частинок твердої речовини. Кожна частка безперервно здійснює стрибкоподібні переміщення у довільних напрямках, описуючи траєкторії у вигляді ламаної лінії. Таку поведінку часток можна пояснити, вважаючи, що вони зазнають ударів молекул рідини одночасно з різних сторін. Відмінність серед цих ударів з протилежних напрямківпризводить до руху частки, оскільки її маса можна порівняти з масами самих молекул. Рух таких частинок вперше виявив у 1827 р. англійський ботанік Броун, спостерігаючи під мікроскопом частки квіткового пилку у воді, чому він і був названий. броунівський рух.

У даному уроцірозглядається поняття теплового руху та такої фізичної величини, як температура.

Теплові явища у житті людини займають величезне значення. З ними ми стикаємося і під час прогнозу погоди, і під час кип'ятіння звичайної води. З тепловими явищами пов'язані такі процеси, як створення нових матеріалів, плавлення металів, згоряння палива, створення нових видів палива для автомобілів та літаків тощо.

Температура є одним з найважливіших понять, пов'язаних з тепловими явищами, так як найчастіше саме температура є найважливішою характеристикоюпротікання теплових процесів.

Визначення.Теплові явища- це явища, пов'язані з нагріванням або охолодженням тіл, а також із зміною їхнього агрегатного стану (рис. 1).

Мал. 1. Плавлення льоду, нагрівання та випаровування води

Усе теплові явищазвязані з температурою.

Усі тіла характеризуються станом свого теплової рівноваги. Головною характеристикоютеплової рівноваги є температура.

Визначення.Температура- це міра "нагрітості" тіла.

Оскільки температура є фізичною величиною, її можна і потрібно виміряти. Для вимірювання температури використовується прилад, який називається термометр(Від грец. термо- «тепло», метрео- "Виміряю") (рис. 2).

Мал. 2. Термометр

Перший термометр (а точніше його аналог) винайшов Галілео Галілей (рис. 3).

Мал. 3. Галілео Галілей (1564-1642)

Винахід Галілея, який він представив своїм студентам на лекціях в університеті наприкінці XVIстоліття (1597 р.), було названо термоскопом. Дія будь-якого термометра заснована на наступному принципі: Фізичні властивостіречовини змінюються залежно від температури.

Досвід Галілеяполягав у наступному: він узяв колбу з довгою ніжкою та наповнив її водою. Потім узяв склянку з водою і перевернув колбу ніжкою донизу, поставивши в склянку. Частина води, природно, вилилася, однак у результаті в ніжці залишився певний рівень води. Якщо тепер нагрівати колбу (в якій знаходиться повітря), то рівень води опускатиметься, а якщо охолоджуватиме, то, навпаки, підвищуватиметься. Це з тим, що з нагріванні речовини (зокрема, повітря) мають властивість розширюватися, а при охолодженні - звужуватися (саме тому рейки роблять несплошными, а дроти між стовпами іноді трохи провисають).

Мал. 4. Досвід Галілея

Ця ідея лягла в основу першого термоскопа (рис. 5), який дозволяв оцінювати зміну температури (точно виміряти температуру таким термоскопом не можна, оскільки його показання сильно залежатимуть від атмосферного тиску).

Мал. 5. Копія термоскопа Галілея

В цей же час було запроваджено так звану градусну шкалу. Саме слово градусу перекладі з латинської означає "ступінь".

На сьогоднішній день збереглися три основні шкали.

1. Шкала Цельсія

Найбільшого поширення набуває шкала, яка з дитинства відома кожному - шкала Цельсія.

Андерс Цельсій (рис. 6) – шведський астроном, який запропонував наступну шкалу температур: – температура кипіння води; - Температура замерзання води. В даний час ми всі звикли до перевернутої шкали Цельсія.

Мал. 6 Андрес Цельсій (1701-1744)

Примітка:сам Цельсій говорив, що такий вибір шкали викликано простим фактом: зате взимку не буде негативної температури

2. Шкала Фаренгейта

В Англії, США, Франції, Латинська Америката в деяких інших країнах популярністю користується шкала Фаренгейта.

Габріель Фаренгейт (рис. 7) – німецький дослідник, інженер, який вперше застосував свою власну шкалу для виготовлення скла. Шкала Фаренгейта тонша: за розмірністю градус шкали Фаренгейта менше градуса шкали за Цельсієм.

Мал. 7 Габріель Фаренгейт (1686-1736)

3. Шкала Реомюра

Технічна шкала вигадана французьким дослідником Р.А. Реомюр (рис. 8). За цією шкалою відповідає температурі замерзання води, а ось як температура кипіння води Реомюром була обрана температура 80 градусів.

Мал. 8. Рене Антуан Реомюр (1683-1757)

У фізиці переважно використовується так звана абсолютна шкала - шкала Кельвіна(Рис. 8). 1 градус за Цельсієм дорівнює 1 градусу за Кельвіном, проте температура відповідає приблизно (рис. 9).

Мал. 9. Вільям Томсон (лорд Кельвін) (1824-1907)

Мал. 10. Температурні шкали

Нагадаємо, що за зміни температури тіла змінюються його лінійні розміри (при нагріванні тіло розширюється, при охолодженні - звужується). Це з поведінкою молекул. При нагріванні збільшується швидкість руху частинок, відповідно вони починають частіше взаємодіяти і обсяг збільшується (рис. 11).

Мал. 11. Зміна лінійних розмірів

З цього можна зробити висновок, що температура пов'язана з рухом частинок, з яких складаються тіла (це відноситься і до твердих, і рідких, і до газоподібних тіл).

Рух частинок у газах (рис. 12) є безладним (оскільки молекули і атоми в газах практично не взаємодіють).

Мал. 12. Рух частинок у газах

Рух частинок у рідинах (рис. 13) є «стрибкоподібним», тобто ведуть молекули « осілий образжиття», але здатні «перестрибувати» з одного місця на інше. Цим визначається плинність рідин.

Мал. 13. Рух частинок у рідинах

Рух частинок у твердих тілах (рис. 14) називається коливальним.

Мал. 14. Рух частинок у твердих тілах

Таким чином, усі частки перебувають у безперервному русі. Цей рух часток називається тепловим рухом(Безладний, хаотичний рух). Цей рух ніколи не зупиняється (поки у тіла є температура). Підтвердив наявність теплового руху у 1827 році англійський ботанік Роберт Броун (рис. 15), на ім'я якого цей рух називають броунівським рухом.

Мал. 15. Роберт Броун (1773-1858)

На сьогоднішній день відомо, що найнижча температура, яку можна досягти, становить приблизно . Саме за такої температури завмирає рух частинок (проте не завмирає рух усередині самих частинок).

Про досвід Галілея було розказано раніше, а на закінчення розглянемо ще один досвід - досвід французького вченого Гільома Амонтона (рис. 15), який у 1702 винайшов так званий газовий термометр . З невеликими змінамицей термометр дійшов до наших днів.

Мал. 15. Гійом Амонтон (1663-1705)

Досвід Амонтона

Мал. 16. Досвід Амонтона

Візьмемо колбу з водою та заткнемо її пробкою з тонкою трубкою. Якщо тепер нагрівати воду, то за рахунок розширення води її рівень у трубці підвищуватиметься. За рівнем підняття води в трубці можна зробити висновок про зміну температури. Перевага термометра Амонтонау тому, що він залежить від атмосферного тиску.

На цьому уроці ми розглянули таку важливу фізичну величину, як температура. Вивчили способи її виміру, характеристики та властивості. На подальших уроках ми вивчимо поняття внутрішня енергія.

Список літератури

1. Генденштейн Л.Е, Кайдалов А.Б., Кожевніков В.Б. / За ред. Орлова В.А., Ройзена І.І. Фізика 8. – К.: Мнемозіна.
2. Перишкін А.В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Інтернет-портал «class-fizika.narod.ru» ()
2. Інтернет-портал «school.xvatit.com» ()
3. Інтернет-портал «ponimai.su» ()

Домашнє завдання

1. № 1-4 (параграф 1). Перишкін А.В. Фізика 8. – М.: Дрофа, 2010.

2. Чому не можна проградуювати термоскоп Галілея?

3. Залізний цвях нагріли на плиті:

Як змінилася швидкість руху молекул заліза?

Як зміниться швидкість руху молекул, якщо цвях опустити в холодну воду?

Як зміниться швидкість руху молекул води?

Як змінюється обсяг цвяха за цих дослідів?

4. Повітряну кулькуперенесли з кімнати на мороз:

Як зміниться об'єм кульки?

Як зміниться швидкість руху молекул повітря усередині кульки?

Як зміниться швидкість молекул усередині кульки, якщо її повернути до кімнати і до того ж покласти до батареї?