Температура 10 класс o Что такое термометр

Температура 10 класс

o Что такое термометр, мы знаем с малых лет. А известно ли вам, что термометрия – наука об измерении температуры – составляет целый раздел физики и уходит корнями в глубь тысячелетий?

o Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Поэтому температура воспринималась как крепость смеси вещества тела и теплорода. По этой причине единицы измерения крепости спиртных напитков и температуры называются одинаково — градусами.

Изобретению термометра предшествовало создание термоскопа – прибора, который отмечал изменение температуры. При потеплении воздух внутри шара расширялся и вытеснял воду из шара в трубку. По изменению уровня воды и судили об изменении температуры. В XVII веке термоскопы стали изготавливать в виде герметично запаянной трубки, заполненной ртутью или спиртом. С этого момента показания термоскопов перестали зависеть от атмосферного давления. Опыты с ними стали всеобщим увлечением, ими даже украшали комнаты. Но, чтобы термоскоп стал термометром, нужно было научиться выражать его показания в виде числа, то есть изобрести шкалу.

Тепловое равновесие Процесс продолжается достаточно долго Два тела находятся в контакте друг с другом и изолированы от других тел Устанавливается тепловое равновесие Более нагретое тело остывает, а более холодное – нагревается Дальнейшего остывания и нагревания тел не происходит

Шкалы температур o Стационарное равновесное состояние газа – состояние, при котором число молекул в заданном интервале скоростей остается постоянным. o Важнейшим макроскопическим параметром, характеризующим стационарное равновесное состояние любого тела, является его температура.

Температура – мера средней кинетической энергии хаотического поступательного движения его молекул. mυ² 3 k. T =2 2 -23 k = 1, 38 · 10 Дж/К

[Т] = 1 К = 1°С Вильям Томсон Т = 0 К – абсолютный нуль температуры

Шкала Цельсия o В быту используется шкала Цельсия, в которой за 0 принимают точку замерзания воды, а за 100° точку кипения воды при нормальном атмосферном давлении. Поскольку температура замерзания и кипения воды недостаточно хорошо определена, в настоящее время шкалу Цельсия определяют через шкалу Кельвина: градус Цельсия равен кельвину, абсолютный ноль принимается за − 273, 15° C. Шкала Цельсия практически очень удобна, поскольку вода очень распространена на нашей планете и на ней основана наша жизнь. . Шкала предложена Андерсом Цельсием в 1742 г.

Шкала Фаренгейта o В Англии и в США используется шкала Фаренгейта. Ноль градусов Цельсия — это 32 градуса Фаренгейта, а градус Фаренгейта равен 5/9 градуса Цельсия. В настоящее время принято следующее определение шкалы Фаренгейта: это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, а точка таяния льда имеет температуру +32 °F. Температура по шкале Фаренгейта связана с температурой по шкале Цельсия (t °С) соотношением t °С = 5/9 (t °F - 32), 1 °F = 9/5 °С + 32. Предложена Г. Фаренгейтом в 1724 г.

Шкала Реомюра o Предложена в 1730 году Р. А. Реомюром, который описал изобретённый им спиртовой термометр. o Единица — градус Реомюра (°R), 1 °R равен 1/80 части температурного интервала между опорными точками — температурой таяния льда (0 °R) и кипения воды (80 °R) 1 °R = 1, 25° C. o В настоящее время шкала вышла из употребления, дольше всего она сохранялась во Франции, на родине автора.

Пересчёт температуры между основными шкалами виз Кельвин (K) Кельвин =K Цельсий = K − 273, 15 (° C) Фаренгейт (°F) = K · 1, 8 − 459, 67 Цельсий Фаренгейт = (F + = С +273, 15 459, 67) / 1, 8 =C = (F − 32) / 1, 8 = C · 1, 8 + 32 =F

Изобретение термометра О том, что такое теплота, ученые начали задумываться очень давно. Еще древнегреческие философы размышляли над этим вопросом. Но ничего, кроме самых общих предположений они высказать не смогли. В средние века также не было высказано почти никаких разумных идей. Учение о тепловых явлениях начинает развиваться только середины XVIII в. Толчком для начала развития этого учения явилось изобретение термометра. Много ученых трудилось над изобретением термометра. Первым из них был Галилео Галилей. В конце XVI в. Галилей заинтересовался тепловыми явлениями. Для измерения нагретости тела Галилей решил воспользоваться свойством воздуха расширяться при нагревании. Он взял тонкую стеклянную трубку, один конец которой заканчивался шаром, и опустил другой открытый конец в сосуд с водой. При этом он добивался такого положения, чтобы вода частично заполнила трубку. Теперь, когда воздух в шаре нагревался или охлаждался, уровень воды в трубке опускался или поднимался, а по уровню воды можно было судить о «нагретости» тела. Прибор Галилея был очень несовершенен. Во-первых, он не был проградуирован, на трубке не были нанесены деления. Во-вторых, уровень воды в трубке зависел не только от температуры воздуха в стеклянном шаре, но и от атмосферного давления.

Хронология создания термометра o В 1597 г. Галилео Галилей придумал первый прибор для o o o наблюдений за изменением температуры (термоскоп) В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учёными. Постоянные точки термометра были установлены в 18 веке. В 1714 г. голландский учёный Д. Фаренгейт изготовил ртутный термометр. В 1730 г. французский физик Р. Реомюр предложил спиртовый термометр. В 1848 г. английский физик Вильям Томсон (лорд Кельвин) доказал возможность создания абсолютной шкалы температур.

На практике для измерения температуры используют o термометр o термопару, o оптический пирометр o термосопротивление o термометр сопротивления o газовый термометр

ШТЕРН Отто (1888 -1969), физик. Родился в Германии, с 1933 в США. Нобелевская премия, 1943 год. o Отто Штерн измерил (1920) скорость теплового движения молекул газа (опыт Штерна). Экспериментальное определение скоростей теплового движения молекул газа, осуществленное О. Штерном подтвердил правильность основ кинетической теории газов.

Опыт Штерна Впервые скорость поступательного движения молекул определил экспериментально в 1920 году немецкий физик О. Штерн. Опыт Штерна является одним из фундаментальных опытов, и его многократно повторяли во многих научных лабораториях мира.

Опыт Штерна o В стенке внутреннего цилиндра была сделана узкая продольная щель, через которую проникали движущиеся атомы металла, осаждаясь на внутренней поверхности внешнего цилиндра, образуя хорошо наблюдаемую тонкую полоску прямо напротив прорези.

Опыт Штерна o В стенке внутреннего цилиндра была сделана узкая продольная щель, через которую проникали движущиеся атомы металла, осаждаясь на внутренней поверхности внешнего цилиндра, образуя хорошо наблюдаемую тонкую полоску прямо напротив прорези.

Опыт Штерна o Цилиндры начинали вращать с постоянной угловой скоростью. Теперь атомы, прошедшие сквозь прорезь, оседали уже не прямо напротив щели, а смещались на некоторое расстояние, так как за время их полета внешний цилиндр успевал повернуться на некоторый угол. При вращении цилиндров с постоянной скоростью, положение полоски, образованной атомами на внешнем цилиндре, смещалось на некоторое расстояние.

Опыт Штерна o Зная величины радиусов цилиндров, скорость их вращения и величину смещения легко найти скорость движения атомов. o Время полета атома t от прорези до стенки внешнего цилиндра можно найти, разделив путь, пройденный атомом и равный разности радиусов цилиндров, на скорость атома v. За это время цилиндры повернулись на угол φ, величину которого найдем, умножив угловую скорость ω на время t. Зная величину угла поворота и радиус внешнего цилиндра R 2, легко найти величину смещения L и получить выражение, из которого можно выразить скорость движения атома

o Полученные в опыте Штерна значения наиболее вероятной скорости хорошо согласуются с теоретическим значением, полученным на основе распределения Максвелла молекул по скоростям.

Внимательное изучение полоски серебра в опыте Штерна при вращающемся цилиндре показало, что полоска оказалась размытой и неодинаковой по толщине. Как можно объяснить этот факт?

Распределение молекул по скоростям Теоретически распределение молекул по их скоростям впервые определил в 1860 году английский физик Дж. Максвелл.

МАКСВЕЛЛ Джеймс Клерк ( (1831 -79), английский физик, создатель классической электродинамики, один из основоположников статистической физики Максвелл первым высказал утверждение о статистическом характере законов природы. В 1866 г. им открыт первый статистический закон — закон распределения молекул по скоростям (Максвелла распределение).

Распределение по скоростям (или импульсам) молекул системы, находящейся в состоянии термодинамического равновесия. Впервые установлено Дж. К. Максвеллом в 1859 г. Многократные повторения опыта Штерна позволили установить, что с увеличением температуры участок полосы с максимальной толщиной смещается к началу. Что это значит? Ответ: при увеличении температуры скорости молекул возрастают, и тогда наиболее вероятная скорость находится в области высоких температур.

Расчет числа соударений и длины свободного пробега частицы* Средняя длина свободного пробега – среднее расстояние, которое частица проходит от одного соударения до другого

Средняя квадратичная скорость

где R = k. NA - универсальная газовая постоянная, μ = m. NA - молярная масса