Контрольні запитання
1. Чому не завжди можна оцінити температуру тіла на дотик?
Дотик відчуває не саму температуру, а швидкість теплообміну, тому матеріали з різною теплопровідністю на однаковій температурі здаються холоднішими чи теплішими (наприклад, метал і дерево).
2. У чому полягає стан теплової рівноваги?
Це стан, коли між тілами при контакті немає теплообміну і їхні температури однакові.
3. Наведіть два означення температури.
Температура — фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги системи тіл.
Температура — міра середньої кінетичної енергії хаотичного руху частинок речовини.
4. Чому хаотичний рух частинок речовини називають тепловим рухом?
Його інтенсивність залежить від температури: за підвищення температури частинки рухаються швидше, за зниження — повільніше.
5. Наведіть приклади різних термометрів. На чому ґрунтується їхня дія?
Рідинні (теплове розширення рідини), газові (зміна тиску або об’єму газу), біметалеві (різне розширення металів), електричні — термометри опору й термопари (зміна електричних параметрів), інфрачервоні (вимірювання теплового випромінювання).
6. Опишіть принцип дії рідинного термометра.
Він ґрунтується на тепловому розширенні рідини в вузькій капілярній трубці: зміна об’єму переміщує стовпчик уздовж шкали.
7. Назвіть реперні точки шкали Цельсія.
Плавлення льоду 0°C і кипіння води 100°C за нормального атмосферного тиску.
Вправа
1. Наведіть приклади тіл у стані теплової рівноваги.
Книжки зі столом, дрова з повітрям, іграшки з водою — приклади теплової рівноваги, бо однаково нагріті тіла не змінюють своїх властивостей у контакті.
2. Згадайте будову й принцип дії рідинного термометра та поясніть, що більше розширюється під час нагрівання — скло чи рідина.
Рідинний термометр: резервуар зі спиртом, тонка трубка-капіляр і шкала; під час нагрівання рідина розширюється і стовпчик підіймається.
Розширюється більше рідина, тому саме її об’єм слугує «мірою» температури в такому термометрі.
3. Чому розміри термометра мають бути невеликими порівняно з розмірами тіла, температуру якого вимірюють?
Щоб термометр не змінював температуру тіла і швидше досягав теплової рівноваги, бо термометр показує власну температуру до вирівнювання.
4. Установіть відповідність між тілом і його температурою.
- Морозиво — Д 273 К (близько до точки замерзання води).
- Бенгальський вогонь — В 1100°С.
- Пиріжок у духовці — А 180°С.
- Поверхня Місяця вдень — Е 393 К (≈120°С).
5. Коротке повідомлення про історію термометрів і температурних шкал.
Перший прилад для спостереження за зміною температури, названий термоскопом, створив італійський вчений Галілео Галілей приблизно у 1597 році. Це була скляна кулька з трубкою, частково заповненою підфарбованою водою, рівень якої змінювався залежно від температури повітря в кулі. Проте цей прилад не мав шкали і дозволяв лише порівнювати ступінь нагрітості тіл. Згодом флорентійські вчені вдосконалили пристрій, перевернувши його та замінивши воду на спирт. Перший ртутний термометр створив італійський лікар Санторіо у 1626 році. А термометр сучасної форми, з ртуттю та точною шкалою, винайшов німецький фізик Габріель Фаренгейт у 1714 році.
Історія температурних шкал. Довгий час у вчених не було єдиного стандарту для вимірювання температури.
- Шкала Фаренгейта. У 1724 році Габріель Фаренгейт запропонував свою шкалу, яка швидко поширилася світом завдяки впливу Британської імперії. Вона мала 180 поділок між точками замерзання та кипіння води.
- Шкала Цельсія. У 1742 році шведський фізик Андерс Цельсій запропонував шкалу, де за 0° була прийнята температура кипіння води, а за 100° – температура танення льоду. Згодом шведські вчені Карл Лінней та Мортен Штремер “перевернули” її, позначивши 0°C як температуру танення льоду, а 100°C – як температуру кипіння води. Саме ця шкала набула найбільшого поширення.
- Шкала Реомюра: у 1731 р. французький учений Рене Антуан Реомюр запропонував спиртовий термометр зі шкалою, де 0°R — точка плавлення льоду, а 80°R — температура кипіння води. 1°Р ≈ 1,25°C.
- Шкала Кельвіна. Ця шкала базується на понятті “абсолютного нуля” ( −273.15°С) і є дуже важливою для наукових досліджень.
Сьогодні небезпечні ртутні термометри поступово виходять з ужитку, а на зміну їм приходять сучасні електронні та інфрачервоні прилади.