Температура - МОЛЕКУЛЯРНО-КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

Цель: сформировать понятие о температуре.

Ход урока

I. Проверка домашнего задания

1. Сформируйте закон сохранения импульса для упругого удара.

2. Как определить среднее значение физической величины из эксперимента?

3. Расскажите, в чем состояла идея в опыте Штерна.

4. Как рассчитать число частиц, приходящихся на единичный интервал скоростей.

Демонстрации: измерение температуры электрическим термометром, нагревание свинца ударом молотка.

II. Изучение нового материала

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. Измерение температуры стало возможным лишь тогда, когда была установлена зависимость от температуры таких величин, как длина, объем, которые можно измерять. Еще в древности заметили, что состояние здоровья человека связано с теплотой тела. Первый прообраз термометра демонстрировал Г. Галилей в 1592 г.

У термометра Галилея не было шкалы. Для того чтобы ввести шкалу, прежде всего, необходимо установить постоянные точки с фиксированной температурой. После многих попыток в качестве опорных точек были выбраны температуры таяния льда и кипения воды. Впервые это предложил X. Гюйгенс в 1655 г. Самый употребляемой температурной шкалой в англоязычных странах до сих пор является шкала Фаренгейта. За 0° принимается смесь снега и нашатыря, а за 100 °С - нормальная температура человеческого тела.

Для измерения температуры можно использовать любой макроскопический параметр, который зависит от температуры: объем, давление, электрическое сопротивление и т. д.

При нормальном давлении за 0° принимают температуру таящего льда, а за 100° - кипение воды. Это шкала Цельсия. Используют в качестве жидкости в термометре спирт или ртуть.

Измерение температуры

1. Тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром.

2. Термометр должен иметь массу значительно меньше массы тела.

3. Показание термометра следует отсчитывать после наступления теплового равновесия.

Температура характеризует состояние теплового равновесия макроскопической системы: во всех частях системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, температура имеет одно и то же значение.

Разность температур тел указывает направление теплообмена между ними.

Что происходит сточки зрения молекулярно-кинетической теории? При столкновении быстродвижущихся 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.

Английский ученый Ч. Кельвин ввел абсолютную шкалу температур. Абсолютная температура Т связана с температурой по шкале Цельсия формулой Т = t + 273.

1 °С = 1 К.

При Т = 0 °К тепловое движение молекул прекращается.

Исторически температура впервые была введена как термодинамическая величина, для нее была установлена единица измерения - градус. После установления связи температуры со средней кинетической энергией молекул стало ясно, что температуру можно определять как среднюю кинетическую энергию молекул и выражать ее в джоулях, т. е. вместо Т ввести величинуQ, так чтобы Q = 3/2 kТ, где постоянная Больцмана (k) связывает величину температуры, выражаемую в энергетических единицах, с температурой, выраженной в градусах.

III. Повторение изученного

1. Что такое термодинамическая система?

2. Что такое температура и что она характеризует?

3. Какова зависимость объема жидкостей и газов от изменения температуры?

4. Каков физический смысл постоянной Больцмана?

5. Что называется абсолютным нулем?

6. Каков смысл этого понятия с точки зрения молекулярно-кинетической теории?

7. Объясните принцип построения температурной шкалы Цельсия и Кельвина.

Домашняя работа

П. 66, 67, задачи на с. (5-6).