температура. Изобретяване на термометъра
Секции: Физика
Цели:
- Образователни:
- формират понятието температура;
- да се актуализират знанията на учениците за измерване на температура, единици за измерване на температура;
- описват термометъра, принципа на действие и отличителните черти;
- идентифициране на нивото на обучение на учениците при определяне на стойността на разделението на термометър и изчисляване на резултата, като се вземе предвид инструменталната абсолютна грешка;
- помогнете на учениците да решат план за бъдеща работа.
Задача: пресъздайте термоскоп, демонстрирайте работата му
План на урока:
1. Организационен момент. Съобщение за темата и целта на урока. 2. Мини анкета. 3. Историята на изобретяването на термометри 4. Относно скалата за измерване на температура 5. Създайте термоскоп. 6. Работа с инструменти. 7. Домашна работа.
1. тема на урока: „Температура. Изобретяването на термометъра"
Целта на урока: да се формира понятието температура; описват термометъра, принципа на работа и отличителните черти.
2. Мини анкета
- Как да определим средната стойност на физична величина от експеримент?
- Какво е температура? Какво знаем за температурата теоретично?
- Какви инструменти са необходими за измерване на температурата?
Проблемен въпрос: Каква е историята на термоскопа? Какви температури могатполучите в лабораторията?
В теорията на топлинните явления температурата е основната величина. Единиците за величина започнаха да се появяват от момента, в който човек имаше нужда да изрази нещо количествено. Преди изобретяването на толкова обикновено и просто измервателно устройство за нашето ежедневие като термометър, хората можеха да преценят топлинното състояние само по непосредствените си усещания: топло или хладно, горещо или студено.
Експеримент 1: На масата има три съда с вода: един с гореща вода, втори със студена вода и трети с топла вода. Поставете лявата си ръка в съд с гореща вода, а дясната ръка в съд със студена вода. След известно време поставете двете си ръце в съд с топла вода. Опишете чувствата си.
Температурата, която някога е била оценявана чисто топологично по скала от ред (студено - топло - горещо), може да бъде свързана с различни степени на нагряване на телата.
 |
Ориз. 1
 |
Ориз. 2
Историята на термодинамиката започва, когато през 1592 г. Галилео Галилей (фиг. 1) създава първия инструмент за наблюдение на температурните промени, наричайки го термоскоп.
Термоскопът на Галилей нямаше скала, представляваше малка стъклена топка със запоена стъклена тръба (фиг. 2). Топката се нагрява и краят на тръбата се спуска във вода. Когато топката се охлади, налягането в нея намаля и водата в тръбата под действието на атмосферното налягане се издигна на определена височина нагоре. Със затоплянето нивото на водата в тръбите спадна. Недостатъкът на устройството беше, че можеше да прецени само относителната степен на нагряване или охлаждане на тялото.
По-късно флорентински учени подобриха термоскопа на Галилей, като добавиха към него скала отмъниста и изпомпване на въздух от топката (фиг. 3). През 17 век флорентинският учен Торичели преобразува въздушен термоскоп в алкохолен. Устройството се обръща с главата надолу, съдът с вода се отстранява и в тръбата се налива алкохол (фиг. 4). Работата на устройството се основаваше на разширяването на алкохола при нагряване - сега показанията не зависеха от атмосферното налягане. Това беше един от първите течни термометри.
Ориз. 3
Ориз. 4
По това време показанията на инструментите все още не бяха съгласувани помежду си, тъй като при калибрирането на скалите не беше взета предвид конкретна система. За да влезете в скалата, е необходимо да зададете фиксирани точки на фиксирана температура.
Измерването на температурата обаче започва много преди създаването на молекулярно-кинетичната теория, така че практическите везни измерват температурата в конвенционални единици - градуси. От факта, че температурата е средната кинетична енергия на молекулите, става ясно, че е най-естествено тя да се измерва в енергийни единици (т.е. в системата SI в джаули). Заменете T с Q, така че Q = 3/2 • k • T (където константата на Болцман k свързва температурата, изразена в енергийни единици, с температурата, изразена в градуси).
4. Относно скалата за измерване на температурата
Проблемен въпрос: Какво представляват скалите за измерване на температурата и каква е историята на тяхното създаване?
Ориз. 5
През 1694 г. Карло Реналдини (фиг. 5) предлага температурата на топене на леда и точката на кипене на водата да се приемат като две крайни фиксирани точки на термометъра. Той предложи разделянето на скалата на термометъра на 12 равни части и друго разделение, базирано на определяне на температурата на смес от вода, близка до замръзване, с вряща вода в различни отношения.
През 1714 г. Д. Г. Фаренхайт (фиг. 6) прави живачен термометър. По скалата на Фаренхайт точката на топене на леда е +32°F, а точката на кипене на водата е +212°F (при нормално атмосферно налягане). В този случай един градус по Фаренхайт е равен на 1/180 от разликата между тези температури. Нулата в тази скала се определя от точката на замръзване на смес от вода, лед и амоняк, а 100 ° F се приема като нормална температура на човешкото тяло (обаче Фаренхайт е сбъркан при последното измерване: нормалната температура на човешкото тяло е 97,9 ° F). Според една версия, Фаренхайт е взел телесната температура на жена си, която по време на измерването на температурата е била болна от треска, като 100 градуса по Фаренхайт - точно това е причината за изместването на точката по Целзий с 2,1 ° F, а не самата грешка в измерването.
Термометърът по Фаренхайт се използва в англоговорящите страни до 70-те години на 20 век и все още се използва в САЩ. Нула градуса по Целзий е 32 градуса по Фаренхайт, а градус по Фаренхайт е 9/5 градуса по Целзий.
Друга скала е предложена от френския учен R.A. Reaumur (фиг. 7) през 1730 г. Той прави опити с алкохолен термометър и стига до извода, че скалата може да бъде построена в съответствие с термичното разширение на алкохола. Приемайки за 0 ° температурата на топене на леда и за 80 ° точката на кипене на водата при нормално атмосферно налягане. Единицата е градус на Реомюр (°R), 1°R е равен на 1/80 от температурния интервал между референтните точки – точка на топене на лед (0°R) и точка на кипене на вода (80°R): 1°R = 1,25°C.
М. В. Ломоносов (фиг. 9) предложи течен термометър със скала от 150 деления от точката на топене на леда до точката на кипене на водата.
До края на 18вброят на различните температурни скали се е увеличил значително. Според пилометрията на Ламбърт по това време те са били 19.
Обсъдените по-горе температурни скали се отличават с факта, че референтната точка за тях е избрана произволно. През 1848 г. английският учен лорд Келвин (фиг. 10) предлага абсолютна термодинамична скала. В същото време Келвин обосновава концепцията за абсолютната нула, обозначаваща температурата, при която топлинното движение на молекулите спира. По Целзий това е 273,15 ° С, т.е. един келвин (символ: K) е равен на 1/273,16 от термодинамичната температура на тройната точка на водата. Началото на скалата (0 K) съвпада с абсолютната нула. Преобразуване по Целзий: °C = K - 273,15
Абсолютната нулева температура е температурата, при която топлинното движение на молекулите спира. Абсолютната нула на температурата, произходът на отчитането на температурата по термодинамичната температурна скала - скалата на Келвин. Термометър (гръцки terme - топлина, metreo - измервам) - уред за измерване на температурата: на въздуха, водата, почвата, човешкото тяло и други физически тела. Термометрите се използват в метеорологията, хидрологията, медицината и други науки и индустрии. Днес в научните изследвания се използват термометри по Целзий, Фаренхайт (САЩ) и Келвин.
| Преобразуване на температурата между основните скали | |||
| до от | Келвин | Целзий | Фаренхайт |
| Келвин (K) | = К | = С + 273 | = (F + 459) / 1,8 |
| Целзий (°C) | = К? 273 | =C | = (F ? 32) / 1,8 |
| Фаренхайт (°F) | \u003d K 1.8? 459 | = С 1,8 + 32 | = Ф |
Понастоящемтемпературата се измерва с помощта на инструменти, чиято работа се основава на различни термометрични свойства на течности, газове и твърди вещества.
Експеримент 2: Нека загреем стъклена колба, обърнем я, спуснем я в чаша вода с отворен край. Термоскопът е готов. По височината на водния стълб в гърлото на колбата можете да прецените температурните промени: когато въздухът в колбата се охлажда, водният стълб се издига, а при нагряване пада. С термоскоп можете да видите промяната в температурата, но не можете да я измерите. Показанията зависят от атмосферното налягане. Инструментът няма скала.
Проблемен въпрос: Как да подобрим термоскопа? (Заменете въздуха с оцветен алкохол или живак; изпомпайте въздуха от тръбата и запоете отворения край, т.е. изключете влиянието на атмосферното налягане; създайте скала.)
6. Работа с инструменти:
"Измерване на телесната температура"
- Определете стойността на делението на термометъра;
- Изчислете инструменталната абсолютна грешка на термометъра;
- Поставете тялото в топлинен контакт с термометъра;
- Термометърът трябва да има маса, значително по-малка от масата на тялото;
- Прочетете показанията на термометъра след достигане на топлинно равновесие;
- Определете показанието на термометъра, като вземете предвид грешката.
Проблемен въпрос: Какво се случва от гледна точка на молекулярно-кинетичната теория? (Температурата характеризира състоянието на топлинно равновесие на макроскопична система; температурната разлика показва посоката на топлообмен между телата; по време на произволни сблъсъци на молекули средната кинетична енергия на молекулите се изравнява и става същата при топлинно равновесие.)
7. Домашна работа: § 66,67, задачи на стр. 5-6
ПроблемноВъпрос: Има ли термометри без течност?
Учител: Трябва да отговорите на този въпрос за следващия урок.
Презентацията по тази тема е направена в Power Point.