Температура и шкалы

Повторение

• сформулируйте основное уравнение молекулярно – кинетической теории;
• почему молекула при соударении со стенкой сосуда действует на неё с силой, пропорциональной скорости, а давление пропорционально квадрату скорости;
• объясните появление в основном уравнении молекулярно – кинетической теории

множителя 1/3;

• какова связь между средней кинетической энергией молекул, концентрацией и давлением газа на стенки сосуда.

Определить недостающие параметры

Газ

р,Па

?

n, м -3

0,2 * 10 5

СO 2

v,м/c

2,3 * 10 25

О 2

?

Н 2

1,8 * 10 5

2,7 * 10 20

700

m 0 , кг

9*10 4

?

10 24

4 * 10 4

7,3 * 10 -26

?

?

5,3 *10 -26

2,5 * 10 5

3,3* 10 -27

Сравнить давление кислорода и водорода при одинаковых концентрациях молекул и равных средних квадратичных скоростях их движения.  

• А как вы думаете, от чего зависит скорость движения молекул?

• Сначала давайте разберёмся, что такое

Т Е М П Е Р А Т У Р А

Температура – величина, характеризующая состояние теплового равновесия системы тел.

Тепловым равновесием называют такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.

Опыт 1. Чем отличается тёплая вода от холодной?

• Перед вами одинаковые стаканы с водой.

• Потрогайте воду рукой.

• В 1 стакане вода горячая, во 2 – холодная.

Гипотеза

• Причина тепла внутри воды

• Но молекулы воды в обоих стаканах одинаковы !!!

• Возможно молекулы ведут себя по-разному ?

Опыт 2. Зависит ли тепло от движения молекул в веществе?

• Проведём следующий опыт

• Вывод

• В тёплой воде молекулы движутся быстрее

Средние скорости движения молекул газов

Газ

Водород

t,  C

Скорость, м/с

Кислород

0

Углекислый газ

1693

20

1755

100

425

200

1980

362

440

376

2232

496

422

556

475

Температура вещества определяется не только

средней скоростью движения молекул, но и их массой !

Тепловое движение молекул

• Это беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела

Опыт 4. Можно ли с помощью ощущений судить о температуре?

• Один ученик пусть опустит руку на 20 секунд в горячую воду, другой ученик - в холодную.

• Потом они одновременно опускают эти руки в стакан с водой комнатной температуры.

• Каковы ваши ощущения?

Холодная вода

Вода комнатной

температуры

Горячая вода

Ощущения ошибочны!

А кто безошибочно нам подскажет температуру?

Температуру измеряют термометром

термометры

газовые

металлические

жидкостные

Для измерения температуры используют тепловое расширение тел

Газовый термометр.

По высоте столбика жидкости

можно вычислить температуру

окружающей среды.

Жидкостный термометр.

ртуть: температура от -38° С до 260° С

глицерин: температура от -50° С до 100° С

Спирт: - 78° С до 40° С

Термопара: температура от

-269 до 2300 ° С

ТЕРМОПАРА, термочувствительный

элемент в устройствах для измере-

ния температуры,системах управле

ния и контроля. Состоит из двух

последовательно соединенных

(спаянных) между собой разнород-

ных проводников или (реже)

полупроводников.Если спаи находят

ся при разных температурах, то в

цепи термопары возникает

электродвижущая сила

(термоэлектродвижущая сила),

величина которой однозначно

связана с разностью температур

«горячего» и «холодного»

контактов.

Правила измерения температуры

1. Необходимо время, чтобы температура термометра и измеряемого тела стали одинаковыми!!!

2. Термометр должен быть намного меньше тела, температуру которого мы измеряем !!!

3. Термометр нужно использовать по назначению !!!

4. Каждый термометр рассчитан на измерение температуры в определённых пределах !!!

Прародитель современных термометров.

Древние учёные о температуре судили по непосредственному ощущению. Лишь 1592 в году Галилео Галилей сконструировал прибор для измерения температуры – термоскоп. Термоскоп - от греческих слов: “термо” - тепло “скопео” - смотрю. Термоскоп состоял из стеклянного шара с припаянной к нему стеклянной трубкой и стакана с водой

• В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учеными. Они снабдили прибор шкалой из бусин и откачали воздух из резервуара (шарика) и трубки. Это позволило не только качественно, но и количественно сравнивать температуры тел.  Позже прибор был изменен. Его перевернули шариком вниз, в трубку вместо воды налили спирт и удалили сосуд. Действие этого прибора основывалось на расширении спирта при нагревании, причем показания прибора не зависели от атмосферного давления. Это был один из первых термометров.

Древний термометр U-образный Воздушные термометры для измерения термометр Флудда

температуры Дреббела человеческого тела

Итальянский врач и физиолог Санторио Санкториус из Падуанского университета придумал в 1626 году устройство для измерения температуры тела человека. Это был шар и трубка с делениями, наполненная цветной жидкостью. Прибор был так громоздок, что устанавливался вне здания. 

В 1703 году француз Амонтон усовершенствовал воздушный термометр. Принцип был построен на изменении упругости воздуха. Модель была несовершенна, но

было введено понятие такого холода, при котором упругость

Теряется. Позднее это понятие было названо «абсолютный ноль».

Существует 5 наиболее известных температурных шкал:

• Стоградусная, или шкала Цельсия (ºC)
• Фаренгейта (ºF)
• Абсолютная или шкала Кельвина (K)
• Шкала Реомюра (ºR)
• Шкала Ранкина (ºRa)

Габриель Даниель Фаренгейт (1686-1736)

Родился 24 мая 1686 в Данциге (ныне Гданьск, Польша). Изучал физику в Германии, Голландии и Англии. Почти всю жизнь прожил в Голландии, где занимался изготовлением точных метеорологических приборов.

Шкала Фаренгейта была предложена зимой 1709 года. По этой шкале за нуль принималась точка, до которой в один очень холодный зимний день опустилась ртуть в термометре учёного. В качестве другой отправной точки он выбрал температуру человеческого тела. По этой не слишком логичной системе точка замерзания воды на уровне моря оказалась равной +32º, а точка кипения воды +212º. Шкала популярна в США и Великобритании.

Рене Антуан Реомюр (28.2.1683 — 17.10.1757)

Французский естество-испытатель Рене Антуан Фершо де Реомюр родился в Ла-Рошели в семье нотариуса. Получил образование в школе иезуитов в Пуатье. С 1699 г. изучал право и математику в университете Бурже. В 1703 г. продолжил изучение математики и физики в Париже. После опубликования первых трёх работ по математике Реомюр был принят в члены Парижской АН (1708).

В 1730 г. Реомюр описал изобретённый им спиртовой термометр, шкала которого определялась точками кипения и замерзания воды. 1 градус Реомюра равен 1/80 части температурного интервала между точками таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R),

т. е. 1 °R = 1.25 °С, 1 °C = 0.8 °R.

Шкала Реомюра долгое время была распространена в Европе и в России, но в настоящее время вышла из употребления.

Цельсий Андерс (27.02.1701-25.04.1744)

Андерс Цельсий , шведский астроном и физик. Родился 27 ноября 1701 года в Упсале. Окончил Упсальский университет и с 1730 года до конца жизни был профессором этого университета. При его участии была организована Упсальская обсерватория, директором которой он стал в 1740 году.

В 1742 году предложил стоградусную шкалу термометра, в которой за нуль градусов принял температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а за сто градусов — температуру таяния льда.

Современная шкала Цельсия введена несколько позже.

Уильям Джон Макуорн Ранкин (1820-1872)

Шотландский инженер и физик родился 5 июля 1820 года в Эдинбурге, в семье инженера. С 1836 года по 1838 год Уильям учился в Эдинбургском иниверситете. Окончив его, работал по сооружению портов и железных дорог. С 1855 профессор университета в Глазго. Один из создателей технической термодинамики. Предложил температурную шкалу (шкала Ранкина)

Нуль шкалы совпадает с нулём термодинамической температуры, а по размеру 1ºRa равен 5/9 К. Принцип тот же, что и в шкале Кельвина, только по размерности она совпадает не со шкалой Цельсия, а со шкалой Фаренгейта. Данная система измерения температуры распространения не получила.

ТОМСОН (Thomson) лорд КЕЛЬВИН, Уильям 26 июня 1824 г. – 17 декабря 1907 г.

Уильям Томсон родился в Белфасте в семье преподавателя математики. Одарённый мальчик уже в десятилетнем возрасте стал студентом университета в Глазго. После его окончания, Томсон поступил в Кембриджский университет. Вскоре юный студент опубликовал свою первую работу по теории теплопроводности. Двадцати двух лет Томсон становится профессором университета в Глазго и занимает кафедру до 1899 г., в течение пятидесяти трех лет. За свои научные заслуги У. Томпсон получил титул лорда Кельвина.

Уильям Кельвин в 1860 году предложил новую модель построения температурной шкалы, исходя из кинетической энергии молекул. Температура в минус 273 градуса (по шкале Цельсия) соответствует нулевой кинетической энергии молекул. Так как ни одно вещество нельзя еще более охладить, то температуру в минус 273 градуса можно считать «абсолютным нулем». В шкале Кельвина за начало взят абсолютный нуль, а каждое деление равно обычному градусу Цельсия.

Формулы перевода

t° C = ((4/5) · t )° R = ((9/5) · t + 32)° F = 

(t + 273,15 )° К

t° R = ((5/4) · t )° C = ((9/4) · t + 32)° F = 

((5/4) · t + 273,15 )° К

t° F = ((5/9) · ( t - 32))° C = ((4/9) · (t - 32))° R = ((5/9) · ( t - 32 ) + 273,15 )° К

T° К = (T - 273,15 )° C = 

((4/5) · (T - 273,15 ))° R = 

((9/5) · (T - 273,15 ) + 32 )° F

Температурные шкалы.

Температурные рекорды

• В Якутии на полюсе холода

или в Антарктиде (залив

Инглей) температура

падает почти до - 90 0 С.

При скорости ветра 200 км/ч

за 1 мин одежду разрывает в клочья ледяными

частицами.

• В 1922 году в Ливии зафиксирован максимум температур – 57,8 градусов.

Температурные рекорды

На солнечной стороне Луны температура достигает +125 0 С

А лунной ночью понижается до – 160 0 С

В эпицентре взрыва термоядерной бомбы температура достигает 300 – 400 млн 0 С

Температурные рекорды

• Температура на поверхности Солнца достигает 6000 градусов, а внутри - - 20 миллионов градусов!!!
• Температура в центре Земли – 200000 градусов

Ну, а теперь –  к задачам!

• 1. Тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния ацетона по аб­со­лют­ной шкале тем­пе­ра­тур Кель­ви­на со­став­ля­ет 329 К. Чему равна эта тем­пе­ра­ту­ра по шкале Цель­сия?

1) 56 0 с 2) – 56 0 с 3) – 196 0 с 4) 385 0 с

Если 273 градуса Кельвина – это ноль по Цельсию, то 329 К – 273 К = 56 0 с.

Ответ: 1.

2. Ка­ко­ва тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния воды

при нор­маль­ном ат­мо­сфер­ном

дав­ле­нии по аб­со­лют­ной шкале

тем­пе­ра­тур?

1) 100 K 2) 173 K 3) 273 K 4) 373 K

Ноль по Цельсию – 273 градуса Кельвина.

Сто по Цельсию: 273 К + 100 = 373 К .

Ответ: 4

• 3. Зна­че­ние тем­пе­ра­ту­ры по шкале Цель­сия, со­от­вет­ству­ю­щее аб­со­лют­ной тем­пе­ра­ту­ре 20 K, равно:

1) – 293 0 с 2) – 253 0 с 3) 253 0 с 4) 293 0 с

20 К = 0 К + 20 = - 273 0 с + 20 = - 253 0 с

Ответ: 2

4. Со­глас­но рас­че­там тем­пе­ра­ту­ра жид­ко­сти долж­на быть равна 130 К. Между тем тер­мо­метр в со­су­де по­ка­зы­ва­ет тем­пе­ра­ту­ру - 143 0 C .  Это озна­ча­ет, что

• 1) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет более низ­кую тем­пе­ра­ту­ру 2) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет более вы­со­кую тем­пе­ра­ту­ру 3) тер­мо­метр по­ка­зы­ва­ет рас­чет­ную тем­пе­ра­ту­ру 4) тер­мо­метр не рас­счи­тан на низ­кие тем­пе­ра­ту­ры и тре­бу­ет за­ме­ны

130 К = 0 К + 130 = - 273 0 C + 130 = - 143 0 C

Ответ: 3.

5. Цинк  кипит при тем­пе­ра­ту­ре  906 0 с . Чему равна тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния цинка при её из­ме­ре­нии по шкале Кельвина?

1) 1179 К 2) 633 К 3) - 633 К 4) 1083 К

273 К + 906 = 1179 К

Ответ: 1.

Домашнее задание п. 64 вопросы стр. 172