Разработка урока по теме "Температура" в технологии развития критического мышления через чтение и письмо

В теории тепловых явлений основная величина – температура. На теле, кроме чувствительных приемников, реагирующих на прикосновение, давление и болевые раздражения, есть приемники, реагирующие на тепло и холод. Причину способности тел по-разному воздействовать на органы чувств можно связать с различной степенью нагретости тел - температурой. Это субъективное определение температуры, которое не содержит способа ее измерения. Для определения температуры нужно обратиться к наблюдениям и опытам.

Как показывают такие наблюдения, два тела, приведенные в контакт, рано или поздно придут в такое состояние, при котором все макроскопические параметры в отсутствие внешних воздействий сколь угодно долго остаются неизменными. Такое состояние принято называть тепловым равновесием. Температура есть физическая величина, характеризующая состояние теплового равновесия системы тел. Все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру. Температура – скалярная величина, но нельзя утверждать, что температура всего тела равна сумме температур, составляющих его частей. Даже, если разные части тела и будут вначале иметь разную температуру, то через некоторое время наступит состояние теплового равновесия и у всего тела будет одинаковая температура.

Сложность измерения температуры заключается в том, ее нельзя сравнить с эталоном. Для измерения температуры используют зависимость от нее физических свойств и характеристик вещества: длины, объема, давления, электрического сопротивления. Первый прибор для измерения температуры (термоскоп) был сконструирован Г. Галилеем в 1592 году. Этот прибор позволял сравнивать температуры разных тел и судить о ее повышении или понижении. У термометра Галилея не было шкалы. Его термоскоп пытались усовершенствовать, но эти приборы не имели единой шкалы, каждый показывал свою температуру.

Ртутный термометр был сконструирован голландским стеклодувом Фаренгейтом в начале 18 века. Главным его достоинством было наличие шкалы с двумя фиксированными опорными точками. За 0 0 F принята температура смеси снега и нашатыря, а за 100 0 F – нормальная температура человеческого тела. По этой шкале температура таяния льда составляет 32 0 F, а температура кипения воды 212 0 F.

Современная шкала Цельсия была предложена в 1742 году. При градуировке этой шкалы используют две опорные точки: температуру таяния льда принимают за 0 0 С, а температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении – за 100 0 С.Интервал между этими точками делится на 100 равных частей, и одна сотая часть принимается за 1 градус Цельсия. Построенная таким образом шкала является достаточно удобной для практических целей, однако она имеет ряд существенных недостатков:

Опорные точки выбраны произвольно, произвольно и деление на интервалы между точками на 100 равных частей.

Зависимость объема жидкостей от температуры не является линейной во всем интервале температур.

Показания термометра зависят от свойств используемых в нем веществ (жидкости и стекла).

Используют в качестве жидкости в термометре ртуть или подкрашенный спирт. Ртутные термометры измеряют температуры от -38 0 С до 750 0 С. Спиртовые - от -80 0 С до 70 0 С.

В России распространена шкала Цельсия, в странах Западной Европы и США – шкала Фаренгейта. Формула перевода шкалы Цельсия в шкалу Фаренгейта:

Формула перевода шкалы Фаренгейта в шкалу Цельсия:

Для правильного измерения температуры:

Тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром.

Термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела.

Показания термометра следует отсчитывать после наступления теплового равновесия.

Практика показывает, что невозможно сконструировать два абсолютно одинаковых термометра, поэтому возникает необходимость построения такой температурной шкалы, показания которой не зависели бы от свойств используемого вещества. В качестве рабочего тела таких приборов было предложено использовать идеальный газ. Для измерения температуры существуют газовые термометры. В них используется зависимость давления идеального газа от температуры при постоянной концентрации. Прибор представляет собой баллон с газом, соединенный шлангом с заполненной ртутьюU-образной трубкой, из правого колена которой откачен воздух. При открытом левом колене разность уровней соответствует атмосферному давлению. Баллон приводится в контакт с телом, температуру которого нужно измерить. Перемещая трубку со ртутью относительно независимо закрепленной неподвижной шкалы, доводят уровень ртути в левом колене до заданной метки на шкале. При этом объем газа в баллоне, а следовательно, и концентрация молекул, остаются неизменными. Давление измеряют по разности высот столбов ртути в левом и правом коленах.

Английский ученый У. Томсон (лорд Кельвин) в 1848 году ввел абсолютную шкалу температур. Абсолютная температура Т связана с температурой по шкале Цельсия формулой T=t+273.

Что происходит с точки зрения молекулярно-кинетической теории? При столкновении быстро движущихся молекул с медленно движущимися такой же массы скорости быстрых молекул уменьшаются, а медленных увеличиваются. При бесчисленных соударениях средние кинетические энергии молекул выравниваются и при тепловом равновесии имеют одно и то же значение, как для молекул одинаковой массы, так и для молекул разных масс. Температура является мерой средней кинетической энергии хаотического движения молекул в макроскопическом теле. Средняя кинетическая энергия молекул прямо пропорциональна абсолютной температуре.

, где к=1,38 . 10 -23 Дж/К – постоянная Больцмана. Давление газа связано с абсолютной температурой по формуле: p=nkT.

Температура по шкале Кельвина может принимать только положительные значения в отличие от шкалы Цельсия. Наименьшая температура соответствует 0К. При этой температуре прекращается тепловое движение молекул. Абсолютный нуль – предельно низкая температура. Никакими экспериментами достичь абсолютного нуля невозможно – это один из основных законов природы. По шкале Цельсия абсолютный нуль соответствует температуре -273 0 С.