Температура. Теплова рівновага. Вимірювання температури

Тема : Температура. Теплова рівновага. Вимірювання температури.

                                                                   Недостатньо тільки отримати     знання.

Треба знайти їм застосування.                     

Недостатньо тільки бажати ,треба діяти.

                                                                                                                         І. Ґете

        Мета уроку: сформувати поняття температури; дати уявлення про температуру,   як фізичну величину; навчити вимі­рювати температуру тіл; розвивати вміння пояснювати навколишні явища; формувати навички колективної та самостійної праці; виховувати інтерес до навколиш­нього світу, до фізичних знань.

Обладнання: скляна колба, склянка з водою, штатив, термометри, нагрівник.

Оформлення дошки: портрет Галілео Галілея, карта подо­рожі, температурні шкали, карта України, карта світу.

Тип уроку: засвоєння нових знань та формування прак­тичних умінь.

Форма проведення: урок-подорож.

                                                     ХІД УРОКУ

Мотивація навчальної і пізнавальної діяльності

У ч и т е л ь. З поняттями «температура», «вимірювання температури», «термометр» ми постійно стикаємося як при розгляді фізичних або хімічних процесів і у науці, у виробництві, так і в побуті, коли ставимо хворому градусник або дивимося на термометр за вікном, щоб дізнатися, чи надягати тепле пальто. Проте зазвичай під температурою ми розуміємо просто ступінь нагрітості тіла і не замислюємося над тим, що таке температура з фізичної точки зору.

Проблемне питання: А що ж таке температура з погляду фізики? Хто перший сконструював прилад — прототип термометра? Як виміряти температуру?

Повідомлення теми, мети, завдань уроку

                               Стратегія «Асоціативний кущ».

  Учитель на дошці записує слово «температура» та про­понує учням висловити всі асоціації, пов’язані з цим поняттям.

   Поступово складається послідовність, взаємозв’язок. На всі ваші асоціації, які пов’язані з температурою, на всі поставлені запитання ми дамо відповідь, здійснивши подорож до країни «Температура». Перед вами карта — схема подорожі, на ній показаний маршрут (див. карту). Рушаємо по зупинках.

IV. Вивчення нового матеріалу

       Зупинка «Теоретична»

1. Знайомимося з поняттям «температура».
2. Уводимо поняття теплової рівноваги.
3. Надаємо означення температури.
4. Фізичний зміст поняття температури.
5. Прилад для вимірювання температури. .

         Зупинка «Історична»

У нас є група істориків. Кожен з них досконало володіє інформацією стосовно одного із питань.

Проблемне питання: Яка історія винайдення першого приладу для вимірювання температури - термоскопа?

     Давні вчені про температуру судили за безпо­середнім відчуттям. Тільки в 1597 році Галілео Галілей сконструював прилад для вимірювання температури (прототип термометра) — термоскоп (від грецьких слів: «термо» — тепло, «скопео» — спостерігати, ви­являти).

     Термоскоп Галілея складався із тонкої скляної трубки з невеличкою колбою на верхньому кінці. Відкритий нижній кінець трубки опускали в посудину із водою, яка заповнювала і частину трубки. Коли повітря у колбі на­грівалось чи охолоджувалося, то стовпчик води у трубці опускався чи підіймався. Оскільки висота стовпчика за­лежала як від температури, так і від атмосферного тиску, то вимірювати температуру термоскопом було неможливо, проте він дозволяв порівняти температуру різних тіл  в один і той же самий час і в одному й тому самому місці.  Історія винайдення термометра є історією удосконалення  термоскопа. Повітря замінили підфарбованим спиртом  а пізніше ртуттю. Повітря з трубки відкачали і запаяли  кінець, виключивши дію атмосферного тиску. Але і ним удосконаленням було створення шкали.

Проблемне питання: Які існують шкали для вимірювання  температури і яка історія їх створення?

Фаренгейт Габріель Даніель (1686-1736 німецький фізик і склодув із Голландії, працював у Великобританії і Нідерландах. 1709 року виготовив спиртовий термометр, а 1714 року — ртутний. Запропонував першу температурну шкалу, яка носить його ім’я — шкала Ференгейта.

   Секрет Ференгейта полягав у тому, що він охайно наносив поділі на шкалу, використовуючи для цього декілька опорних точок. За 0 °F — першу фіксовану точку — Фаренгейт  прийняв найнижчу температуру, яку він зміг одержати. - температуру плавлення суміші льоду, води, нашатирного спирту

 Другу точку—32 °F - він отримав, занурюючи термометр у суміш води і льоду. А відстань між ними розділив на 32 частини. Свою шка­лу Фаренгейт перевіряв, вимірюючи нормальну темпе­ратуру тіла людини. Нова точка потрапляла на 96 ° F.  Пізніше він увів ще и четверту опорну точку — точку кипіння води за нормальних умов — 212 ° F . Різні термо­метри Фаренгейта можна було звіряти один з одним, порівнюючи їхні показання в різних сталих точках шка­ли. Тому вони прославилися своєю точністю. Шкалою Фаренгейта дотепер користуються в Англії й США.

   У 1730 році французький природодослідник, зоолог, іноземний почесний член Петербурзької Акаде­мії наук Росії Рене Реомюр (1683-1757) запропонував свою шкалу температур, яка носить його ім’я — шкала Реомюра. Це температурна шкала, один градус якої дорівнює 4,6 10⁷ Дж/кг різниці температур кипіння води  і плавлення льоду за атмосферного тиску 140 Дж /кг°С

    Через декілька десятків років ця температурна шкала вийшла з використання.

     Сучасна температурна шкала була запропоно­вана в 1742 році шведським фізиком Андерсом Цельсієм (1701-1744), який у своїх ртутних термометрах запро­вадив 100-градусну шкалу. Йому не подобалися від’ємні значення температур, і він вирішив за потрібне пере­вернути стару шкалу і помістити 0 °С у точку кипіння води, а 100 °С — у точку її замерзання. А

«перевернута» шкала не набула популярності і незабаром на пропозицію шведського натураліста Карла Ліннея повернулися до звичайного розміщення опорних темпе­ратур. На сьогодні прийнято, що одиниця температури

1 °С (один градус Цельсія) — це 1/100 частини інтер­валу між температурами плавлення льоду й кипіння дистильованої води за нормального атмосферного тиску (101 325 Па).

         На початку XIX століття англійський вчений Уільям Томсон, який одержав в 1866 році за наукові за­слуги титул барона Кельвіна (1827-1907), запропонував температурну шкалу, яка стала надалі основною для міжнародного стандарту сучасної термометрії. Одно­часно Кельвін обґрунтував поняття абсолютного нуля температури, за якого припиняється тепловий рух. Від абсолютного нуля відраховується температура за шка­лою Кельвіна.

0 °С- 273,15 К

100 °С-373,15 К

1 Кельвін дорівнює 1 градусу Цельсія: 1 К = 1 °С. Шкалу Кельвіна називають абсолютною шкалою температур.

   Зупинка «Технічна»

Проблемне питання: Які існують термометри?

 Учень. Існує багато приладів для вимірювання темпе­ратури: рідинні, металеві, електронні, термоелектричні, газові, термометри опору. У медицині використовують термометри ртутні, електронні, інфрачервоні.

Рідинний термометр, прилад для вимірювання темпе­ратури, дія якого ґрунтується на тепловому розширенні рідини під час нагрівання. Залежно від температурної області застосування рідинні термометри заповнюють етиловим спиртом (від -80 °С до 100 °С) або ртуттю (від -35 ³С до 750 °С). Спочатку термометри застосовували тільки для метеорологічних спостережень, пізніше — для вимірювання температури повітря в приміщеннях, у ме­дицині, під час хімічних досліджень тощо (Демонстрація різних видів термометрів.)

Учень. Сьогодні використовують термометри, дія яких ґрунтується на інших фізичних явищах. Це дозволило збільшити точність вимірювань і розширити область застосування приладів. Електронний термометр більш точний, ніж звичайний кімнатний або вуличний. Він з точністю до десятих показує температуру в приміщенні і на вулиці. Термометр опору — прилад для вимірювання температури, зі зміною температури змінюється сила електричного струму в колі. Дія газового термометра ґрунтується на залежності тиску і об’єму газу від тем­ператури. Заповнюючись гелієм, азотом або воднем, балон з’єднується за допомогою капіляра з манометром, поміщають у середовище, температуру якого вимірюють. Металевий термометр — це біметалева пластинка, яка, з’єднана зі стрілкою термометра, вигинається в резуль­таті нагрівання.

Учень. Пам’ятайте! Термометри повинні зберігати­ся в спеціальній картонній або пластмасовій упаковці (футлярах) у місцях, що виключають можливість їх пошкодження. З розбитих ртутних термометрів витікає ртуть, випаровування якої є сильною отрутою. Тому при пошкодженні ртутних термометрів їх осколки і краплі ртуті, що розлилася, повинні бути ретельно зібрані, поміщені в банку з кришкою, що щільно закривається, і здані в найближчу аптеку для подальшої утилізації або знешкодження. Але в жодному випадку не можна викидати зібрану з розбитого термометра ртуть в сміття, оскільки її пари представляють велику небезпеку для оточуючих людей і тварин.

        Зупинка «Експериментальна»

Проблемне питання: Як виміряти температуру?

   Учень. Спробуємо і ми створити термоскоп: нагріємо скляну колбу, перевернемо її, опустимо в склянку з во­дою відкритим кінцем. Термоскоп готовий. За висотою стовпчика води в шийці колби маємо можливість судити про зміну температури: при охолодженні повітря в колбі стовпчик води підіймається вверх, а при нагріванні — опускається вниз. Термоскопу 417 років і він працює.

    Учень. Звернемо увагу на таку обставину. Термометр завжди показує свою власну температуру, отже, під час . вимірювання температури рідинним термометром слід термометра в те середовище, температуру якого вимірю­ють; зачекати певний час, поки стовпчик рідини в трубці термометра зупиниться, тобто поки не встановиться теп­лова рівновага між колбою і середовищем; не виймаючи термометр із середовища, визначити за шкалою значення його температури (демонстрація досліду: вимірювання температури води). Температура води 18 °С.

У ч и т е л ь. Ми навчилися вимірювати температуру тіл і рушаємо далі.

  Зупинка «Інформаційна»

Проблемне питання: Які цікаві факти відомі про темпе­ратуру з різних наук?

     Учень (фізик). У XIX столітті англійські фізики Благден і Чентрі проводили на собі досліди з визначення найбільшої температури повітря, яку може витримати людина. Вони проводили цілі години в натопленій печі хлібопекарні. Виявилось, що при поступовому нагріванні в сухому повітрі людина може витримати не тільки тем­пературу кипіння води, а й набагато більшу — 160 °С.

        Учень (біолог). Змії знаходять здобич за тепловим ви­промінюванням. Природний термометр гримучої змії, розташований у неї між очима, уловлює зміну темпера­тури до 0,001 °С.

         Учень (хімік). У німецького фізико-хіміка Вальтера Нернста в робочому кабінеті на письмовому столі завжди лежав своєрідний термометр — запаяна ампула з орга­нічною речовиною дифенілметаном С₆Н₅ -СН₂ -С₆Н₅. Температура плавлення цієї сполуки близько +27 °С.

Якщо літньої пори починалася спека і дифенілметан плавився, це означало, що роботу в лабораторії треба припиняти. Тоді Нернст наказував усім співробітникам негайно залишити лабораторію і йти купатися.

         Учень (географ). На Землі є багато спекотних і холодних місць. У Долині Смерті (Каліфорнія, США) зафіксова­на спека +56,7 °С, але рекорд належить пустелі Сахара (Африка) — +63 °С у тіні, Найхолоднішими місцями у Північній півкулі є Якутія і Гренландія, де температура досягає -70 °С. Але найхолодніше місце на нашій пла­неті — Це Антарктида. У серпні 1960 році на радянській станції «Восток» була зафіксована температура повітря -88,3 °С, а в 1983 році — температура -89 °С. В її гли­бинних районах зафіксована температура -94,5 °С. На такому морозі метал стає крихким, гас перетворюється на густу желеподібну масу і не спалахує навіть при кон­такті з полум’ям.

            Учень (лікар). Нормальна температура тіла для кожної людини індивідуальна. Для одних нормальною вважається температура 36,2 °С, для інших 37,2 °С. Кожна людина повинна сама визначити свою нормальну температу­ру, використавши термометр. Проведіть вимірювання температури протягом декількох діб вранці і ввечері, коли самопочуття добре. Врахуйте, що температура, як правило, нижча вранці'. Доки температура менше 37,5 °С, не треба перейматися, а якщо при цьому з’являються інші симптоми, краще звернутися до лікаря. Під час грипу температура тіла може досягти 40 °С. Для дорослих саме тривалість жару найнебезпечніша, ніж сама температура. Температуру до 38 °С збивати не треба, оскільки за підвищеної темпера­тури до 38 °С виробляється інтерферон — захисний білок, який допомагає організму самостійно боротися з вірусною інфекцією. Якщо температура підвищується, негайно її збивайте і викликайте лікаря.

Правильно вимірюйте температуру за допомогою тер­мометра. Найбільш розповсюджений спосіб — це аксилярний. Помістіть наконечник термометра в пахвову (аксилярну) западину, щоб датчик мав тісний контакт зі шкірою. Тримайте термометр паралельно до тіла, притиснувши руки до грудей, щоб виключити доступ до датчика навколишнього повітря. Ртутний термометр тримайте 5-10 хв, електронний — 1-2 хв.

  Учень (метеоролог). За даними Гідрометцентру, у най­ближчі три доби в східній частині України буде мінлива хмарність з проясненням, температура вночі від -10 °С до -8 °С, вдень -2 °С — 0 °С, можливий сніг, відносна вологість складає 98 %.

Від чого залежить погода?

Від місця, де знаходишся ти.

Від його широти, висоти.

Від місця його положення.

А також від вашого настрою.

  Учитель. Відомості про стан тропосфери, від якої залежить характер погоди, звісно, дуже важливі але не­залежно від цього важливіша за все погода вдома, а так само і в душі. Сонячної, душевної вам погоди!

V. Закріплення вивченого матеріалу

         Зупинка «Кмітлива»

Робота в групах.

Учитель. Ми всі любимо розгадувати кросворди і ребу­си, тож, аби не сумно було повертатися назад, пропоную кожній групі розгадати кросворд на швидкість.

                   Запитання до кросворда

1. Найхолодніше місце на нашій планеті. (Антарк­тида)
2.  Назва температурної шкали, якою користуються в Англії, США .(Фаренгейта)
3. Прилад-прототип термометра, який сконструював Г. Галілей. (Термоскоп)
4.  Фізична величина, яка характеризує стан теплової рівноваги системи тіл. (Температура)
5.  Шкала, якою на практиці користувалися у Франції. (Реомюра)

 6.Розділ фізики, який вивчає методи вимірювання температури.         (Термометрія)

7. Назва сучасної температурної шкали. (Цельсія)
8.  Прізвище вченого, який одержав за наукові заслуги титул барона Кельвіна. (Томсон)
9.  Загальне найменування різної одиниці температури. (Градус)

     Якщо всі слова в кросворді розгадані правильно, то у виділених клітинках ви прочитаєте назву приладу для вимірювання температури. (Термометр)