Тема: Тепловий стан тіла. Температура. Вимірювання температури

Лабораторна робота №11 "Вимірювання температури за допомогою різних термометрів"

Мета: Навчатися визначати тепловий стан тіла, вимірювати температуру за допомогою різних термометрів. Порівнювати температури різних тіл

Розвивати логічне мислення, чіткість формулювання фізичної думки та доведення своєї точки зору,

Виховувати акуратність та ретельність під час виконання самостійних та лабораторних робіт.

Обладнання: набір термометрів з різними шкалами та наповненням,  кало метричні чашки,холодна та гаряча вода, інтерактивна дошка, презентація «Температура», заготовки - шаблони для лабораторної роботи №11, набори для фронтальної лабораторної роботи.

ХІД УРОКУ

І. Актуалізація опорних знань

Тепловий стан і температура.

1. Як можна визначити, холодне чи гаряче тіло?

2. Дослід з визначенням холодна чи гаряча вода? (занурюємо руки у різні чашки з холодною та гарячою водою і залишимо їх так на 1-2 хвилини, а потім зануримо у чашку з водою кімнатної температури – яка температура у цій чашці) Як не дивно однозначної відповіді дати практично неможливо, бо у кожної руки «своя» температура…Отже, людина не може за своїми відчуттями судити про тепловий тіла….Що ж відбулося на справді?

З життєвого досвіду ми знаємо, що плин процесів у природі відбувається по певним законам

J більш нагріті тіла віддають тепло менш нагрітим,

J температура тіл, які перебувають у певному обмеженому просторі, з часом вирівнюються і стають однаковими.

Задача№1

У воді, що знаходиться в термосі, плаває крига. Чи відбуватиметься теплообмін між ними і яким чином, якщо:

а) їх температури однакові і рівні нулю;(ні не буде)

б) температура криги становить -10 градусів по Цельсію, а води нуль; (так буде відбуватися, якщо води більше ніж криги то крига з часом буде мати температуру рівну 0, а якщо криги більше то температура криги і води стануть рівними і можливе часткове замерзання води)

в) Температура води +2 а криги 0; (вода остигне віддавши тчастину тепла кризі).

Вимірювання температури.

Температура (від лат. temperatura — належне змішування, нормальний стан) — фізична величина, яка описує здатність макроскопічної системи (тіла), що знаходиться в стані термодинамічної рівноваги, до передачі тепла іншим тілам.

На побитовому рівні температура пов'язана із суб'єктивним сприйняттям «тепла» і «холоду». Теплі тіла мають більшу температуру, холодні — меншу. В розумінні сучасної фізики температура пов'язана з тепловим рухом атомів та молекул.

Температура відіграє важливу роль у багатьох галузях науки, включаючи фізику, хімію і біологію

В основу вимірювання температури покладено знаходження функціональної залежності певної властивості тіла від температури і побудована за нею температурна шкала. (наприклад в основу рідинних термометрів покладено залежність об’єму рідини від температури.(Слайд_)

Для того, щоб точно визначити температуру не достатньо лише зафіксувати зміну об’єму рідини в колбочці, необхідно їй надати ще і числове значення, тобто, як кажуть у фізиці – проградуювати шкалу. 

Що таке шкала?

Що таке ціна поділки? Як її визначити?

Давайте визначимо ціну поділки даного термометра:

Чому вона рівна?

В яких же одиницях визначається температура :

Одиниці вимірювання

СІ   К, (Кельвін)

⁰С (Цельсій)

1К=1 ⁰С

Позначається літерою T або t.

Задача №2

Кельвін запропонував шкалу термометра, нуль якої відповідав -273 ⁰С

Виведіть формулу співвідношення температури за шкалою Цельсія і за шкалою Кельвіна і навпаки.

Історія термометра

Як з'явився термометр, дуже цікава історія

Ви знаєте як з'явився термометр? Ні?!! Тоді прочитайте цю історію. Давним давно, коли була стародавність, вчені судили про температуру тіла з безпосереднього відчуття. І поділу тих шкал були вельми цікаві: гаряче, тепло, холодно. Неймовірна точність вимірювання, чи не так? Не вірите?! А пам’ятаєте дослід який ви  проводили на початку уроку самі! Який ви висновок зробили? Ось саме так і стародавні вчені і визначали температуру тіл: на дотик! І тривало це довго-довго - до тих самих пір, поки одного разу Галілео Галілей (так, так, той самий, що кидався з Пізанської вежі гирями в перехожих) не обпікся при черговому вимірюванні та витіювато не повідомив про це оточуючим. було це подія в 1597 році. Як тільки рука трохи відійшла від опіку, Галілей взяв скляну трубку з припаяними до неї невеликою скляною кулькою, зовсім небагато підігрів кульку і відразу окунув трубку іншим кінцем у посудину з водою. Запитаєте навіщо? Виявляється все не так просто, а дуже просто! Погляньте: ми підігріваємо кульку, повітря в ній розширюється від нагрівання і через трубку  виходить в атмосферу (не все, звичайно). Пам'ятайте, що далі зробив Галілей? Так, абсолютно точно: опустив трубку в посудину з водою, як на малюнку. от з цього моменту і починається найцікавіше. Повітря в кульці остигає до температури навколишнього повітря і при цьому стискається. А вода що робить? Правильно! Під дією атмосферного тиску вода з посудини 3 піднімається по трубці 2 на деяку висоту h. Ця конструкція дозволяла Галілео судити про ступінь нагрітого тіла: гаряче, тепле або холодне. Правда з такою ж точністю, що і вимірювання за допомогою рук, ніг та інших частин тіла. Круто? Тепер хитрун Галілей був позбавлений необхідності пхати руки куди не слід і хапатися за все підряд для визначення температури цього самого "куди не слід" і "все підряд". Галілею так сподобався винайдений ним прилад, що він присудив йому назву "термоскоп" і почав рекламну компанію. А те, що цей термоскоп міряв ще й атмосферний тиск, він свідомо змовчав: термоскопи тоді були потрібні, а бароскопи - ні (ну кому яка різниця, високий тиск чи ні). Таким чином Галілей, сам того не знаючи, поклав початок термометрії. Полюбився народу термоскоп. Та так сильно, що ні в кого не піднімалася рука вдосконалити його - навіщо красу псувати? І так до 1657 року. У цьому самому році жменька заповзятливих вчених з Флоренції прикрутили до термоскопу Галілея намиста (ну, шкала така у них була, нічого тут не вдієш) і видали за новий прилад. Який зиск, запитаєте? Та самий, що не на є насущний: в галілеевском термоскопі всього дві температури: висока і низька, а у флорентійців їх багато: три з половиною намистини, п'ять намистин і т. п. (точніше він у них був, точніше). А щоб до флорентійців не докопувалися патентна комісія, вони відкачали з кульки повітря. І знову всі були задоволені і щасливі! Багато часу пройшло з тих пір ... Багато ...

Приблизно в 1700 році флорентійський термоскоп взяли, та перевернули, налили у трубку з кулькою підфарбований спирт, а посудину викинули за непотрібністю. Що тут почалося! Це ж революція: прилад перестав залежати від атмосферного тиску !!!!! Правда тут же з'явилася маленькая проблема в узгодженні шкал термометрів (бо саме "термометром" назвали новий прилад ). Яких тільки "постійних" точок не брали для шкал і як тільки їх не градуювати.

Як-то, одним з вечорів 1714, голландському вченому Д. Фаренгейту до чортиків набридли "різнокаліберні" термометри (як тільки в науковій статті заходить мова про температуру, так відразу починалися жахливі головні болі) і він зробив собі термометр сам. Взяв скляну трубку з кулькою на одному кінці, налив туди ртуті, відкачав з неї повітря і запаяна. Далі він засунув своє дітище в суміш льоду і повареної солі (найхолодніше, але ще рідке того часу) і позначив висоту стовпчика ртуті за 0 градусів. Заштовхавши свій термометр у танучий лід (звичайний, без солі) він надписав 32 градуси на шкалі. Наступною точкою у Фаренгейта була температура тіла - 96 градусів (це число виявляється чудово ділиться на 32). І вийшла у нього температура кипіння води рівна 212 градусам. а назвав він цю шкалу своїм ім'ям: Фаренгейт. Смійтеся, смійтеся ... В Англії та США до цих пір використовують його шкалу. Поїдете в ці країни в гості - смеятся будуть над вами: неосвіченими туристами, не знає тепло це чи ні - 100 оf! У противагу Фаренгейту в 1730 році французький фізик Р. Реомюр запропонував спиртовийї термометр з постійними точками танення льоду (0 оR) і кипіння води (80 оR). Приблизно в цей же час шведський фізик А. Цельсій використовував ртутний термометр Фаренгейта з власною шкалою, де температура кипіння води була прийнята за 0 градусів, а танення льоду - за 100 градусів. Коли його запитали про цю дивність його шкали, Цельсій з посмішкою парирував: "У нас у Швеції досить прохолодно і для уникнення негативних температур я і винайшов дану шкалу". Яке, а? А перевернули шкалу Цельсія його ж співвітчизники: ботанік К. Лінней і астроном М. Штремер. І ось цей "перевернутий" термометр і отримав широке розповсюдження! У 1848 році зі свавіллям у виборі нуля відліку температури на шкалах термометрів було покінчено англійським фізиком Вільямом Томсоном , що довів існування абсолютного нуля температур. Зроблені лордом розрахунки в його персональній лабораторії дали цифру -273,15 оС, а позначив він цю температуру як і належить 0 К. В цей же час пан Ренк образився на Томсона за використання шкали Цельсія для показу величини абсолютного нуля обивателям і зробив те ж саме, але зі шкалою Реомюра (спеціально для французів і росіян). Так, так! Саме французів і росіян. Шкалою Реомюра користувалися в царській Росії до самої революції 1917 року. Доклав до справи винаходу шкал свою платинову руку і великий Ісак Ньютон: точку танення льоду він позначив за 0 градусів, а кипіння води - за 12. Ага, ви питаєте, як всі ці температури позначаються? Будь ласка: нуль градусів за шкалою Реомюра позначається як 0 оR, за Цельсієм - 0 оС, по Ньютону - 0 ОN, за Кельвіном - 0 К і, нарешті, по Ренкену - 0 R. Вам зустрічалося в крутих наукових публікаціях позначення оL? Нічого страшного - це Кельвін у масштабі десяткового логарифма. Ось так і з'явився на світ звичний нам термометр. Про інші термометрах і виборі "робоче тіло" для них ми поговоримо наступного разу.

Зараз існує безліч різновидів термометрів:

Кімнатні і вулечні                                           лабораторні

Електронні

Біметалічні термометри

Сучаснені Галілеєві

Отже, історія виникнення термометра досить цікава і заплутана, ми до неї повернемось на наступному уроці а зараз спробуємо самостійно визначити температури рідин, які знаходяться у вас на столах.

Ми приступаємо до виконання лабораторної роботи.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 11

Тема: Вимірювання температури за допомогою різних термометрів

Мета: ознайомитися з принципом дії та будовою рідинних та електронних термометрів, використовувати різні термометри для вимірювання температур, навчитися користуватися шалами Фарингйта, Кельвіна, Цельсія.

Обладнання: рідинний лабораторний термометр, демонстраційний термометр, електронний термометр, посудина з водою, калориметр.

Хід роботи

І Інструктаж з техніки безпеки

При виконанні лабораторної роботи дотримуйтесь правил техніки безпеки, а саме: обережно поводьтеся із скляними приладдям, не кладіть термометри на похилу площину, щоб уникнути його падіння.

ІІ. Інструктаж по виконанню лабораторної роботи

Під час виконання лабораторної роботи дотримуйтесь правил та усного інструктажу вчителя.

ІІІ Фронтальна лабораторна робота

1. за допомогою демонстраційного термометра визначте температуру у класній кімнаті. Результати вимірювань занесіть у таблицю 1 під номером 1.
2. за допомогою лабораторного термометра визначте по черзі температуру води в скляній колбі та в калориметрі. Результати вимірювань занесіть в таблицю 1 під номерами 2 та 3 відповідно.
3. за допомогою електронного термометра виміряйте температуру власного тіла..

Таблиця 1

4.виконайте перетворення значень температури за шкалою Цельсія на шкалу Фаренгейта: t(F) = 1,8t(^oC) +32 ________________________________________________________________________________________________________________________

5.виконайте перетворення значень температури за шкалою Цельсія на шкалу Кельвіна: T(K)=t(^oC)+273,15            ________________________________________________________________________________________________________________________

6.результати обчислень занесіть до таблиці 1

Додаткове завдання

Як, на вашу думку, почуває себе людина, яка знаходиться у приміщенні з температурою повітря 37 F? Їй спекотно чи холодно?

ІV висновки

Зробіть висновки щодо переваг одних термометрів над іншими та щодо того яких навичок та знань и набули протягом сьогоднішнього уроку

Домашнє завдання.

§

Підведення підсумку.