Тема

Теплова рівновага

У навколишньому світі відбуваються різні фізичні явища, які пов'язані з нагріванням й охолодженням тіл. Такими словами, як «холодний», «теплий» й «гарячий», ми вказуємо на різний ступінь нагрітості тіл.

Ступінь «нагрітості» тіл характеризують уже знайомою нам фізичною величиною — температурою.

Ø Температура визначає напрямок теплообміну — при теплообміні внутрішня енергія переходить від тіла з більшою температурою до тіла з меншою температурою.

Якщо тіла можуть обмінюватися теплом, але теплообміну між ними не відбувається, то температури цих тіл однакові. Говорять, що в цьому випадку тіла перебувають у тепловій рівновазі.

Якщо в процесі теплообміну тіло 1 передає деяку кількість теплоти Qтілу 2, то t₁ > t₂. Якщо ж ці тіла перебувають у тепловій рівновазі, то t₁ = t_{2 .}

При тепловій рівновазі двох тіл енергія, передана щомиті від першого тіла другому, у середньому дорівнює енергії, переданій від

другого тіла першому,— у результаті внутрішня енергія кожного тіла залишається незмінною.

Вимірювання температури

Використовуючи поняття про тепловий рух, перейдемо до уточнення поняття температури. З життєвого досвіду школярам відомо, що різні тіла можуть бути нагріті різною мірою. Однак відчуття тепла й холоду є суб'єктивним фактом. У суб'єктивності теплового відчуття учні можуть переконатися на таких дослідах.

Установимо на столі три посудини з водою: одну з гарячою водою, другу — з холодною й третю — з теплою. Можна запропонувати одному з учнів помістити ліву руку в посудину з гарячою водою, а праву — у посудину з холодною. Через якийсь час учневі пропонують обидві руки опустити в посудину з теплою водою. Учень повідомляє, що права рука відчуває тепло, а ліва — холод, хоча обидві руки перебувають в одній і тій самій воді. Робимо висновок:

Ø за допомогою відчуттів судити про температуру не можна.

Виникає проблема: потрібно знайти таку ознаку або таку властивість тіл, що ясно вказувала б на те, як тіло нагріте. Такою ознакою може бути розширення тіл при нагріванні. Чим більше нагріте тіло, тим більше його об'єм, тим інтенсивніше хаотичний рух молекул й атомів.

Таким чином, для вимірювання температури потрібні спеціальні вимірювальні прилади — термометри.

Перший термометр (тоді його називали термоскопом) сконструював Галілео Галілей.

Винаходу термометра передувало створення термоскопа — приладу, що відзначав зміну температури. При потеплінні повітря усередині кулі розширювалося й витісняло воду з кулі в трубку. За зміною рівня води й судили про зміну температури.

Зусиллями А. Цельсія й іншого шведського вченого, К. Ліннея була створена шкала, якою ми користуємося й сьогодні. У ній є дві постійні точки: 0 °С — температура співіснування води й льоду, 100 °С — температура кипіння води при нормальному атмосфер ному тиску. Відстань між цими так званими реперними точками шкали, поділена на 100 рівних частин, називається градусом температурної шкали Цельсія (лат. «градус» — крок, щабель).

3. Термометри

У цій частині уроку необхідно зупинитися на розгляді будови деяких термометрів. При цьому учням варто пояснити:

1) принцип дії термометра;

2) градуювання термометра;

3) шкалу термометра;

4) правила вимірювання температури.

Необхідно звернути увагу учнів на такі факти: будь-який термометр завжди показує свою температуру; щоб він показав температуру деякого тіла, необхідно, щоб температура термометра дорівнювала температурі тіла, тобто щоб термометр перебував у тепловій рівновазі з тілом; для встановлення теплової рівноваги необхідний певний час.

Питання 

? Що таке теплова рівновага? Що можна сказати про темпера туру тіл, що перебувають у тепловій рівновазі?

? Який фізичний зміст температури?

? Як треба користуватися термометром при вимірюванні температури?

? Як улаштована шкала Цельсія?

? На чому заснована дія газових і рідинних термометрів?

Дом.завдання

1. Чим незручний був би термометр із водою замість ртуті?

2. Чому розміри термометра повинні бути невеликими порівняно з розмірами тіла, температуру якого вимірюють цим термометром?

3. Чому показання медичного термометра варто дивитися лише через 5 хв після того, як він був поставлений хворому?