2020-05-11
136
Содержание учебного материала: «Скорость молекул газа. Давление газа. Тепловое движение. Абсолютная температура как мера средней кинетической энергии частиц»
Цели:
Учебные:
Изучить понятия «давление газа», «скорость движения частиц газа», «температура» и их «средняя кинетическая энергия движения».
Расширить познавательный кругозор обучающихся.
Обучить постановке демонстрационного эксперимента и умению делать соответствующие выводы.
Ввести понятия об абсолютной шкале температур и её связь со шкалой Цельсия.
Развить чёткое понимание и представление о давлении газов на стенки сосуда.
Воспитательные:
Содействовать формированию физических знаний обучающихся
Воспитывать умение отстаивать собственную точку зрения и навыки коллективной деятельности.
Развивающие:
Содействовать развитию интереса к физике.
Содействовать развитию исследовательского мышления и умения анализировать.
Развивать умения пользоваться приборами и материалами для проведения эксперимента.
Развивать умение анализировать ход эксперимента и самостоятельно делать выводы.
Оборудование: термометр, манометр, секундомер, стеклянная трубка, запаянная с одного конца, цилиндрический градуированный сосуд, линейка.
Мы часто используем слово «температура» в повседневной речи. А что такое температура? В данном разделе мы объясним физический смысл этого понятия.
В молекулярной физике и термодинамике рассматриваются макроскопические тела, т.е. тела, состоящие из огромного числа частиц. Например, в стакане воды содержится порядка 102[2]молекул. Такое грандиозное число с трудом поддаётся осмыслению.
Термодинамическая система
Термодинамической системой называется макроскопическое тело или система тел, которые могут взаимодействовать друг с другом и с окружающими телами. Стакан с водой — пример термодинамической системы.
Термодинамическая система состоит из столь большого числа частиц, что совершенно невозможно описывать её поведение путём рассмотрения движения каждой молекулы в отдельности. Однако именно грандиозность числа молекул делает ненужным такое описание.
Оказывается, что состояние термодинамической системы можно характеризовать небольшим числом макроскопических параметров — величин, относящимся к системе в целом, а не к отдельным атомам или молекулам. Такими макроскопическими параметрами являются давление, объём, температура, плотность, теплоёмкость, удельное сопротивление и др.
Состояние термодинамической системы, при котором все макроскопические параметры остаются неизменными с течением времени, называется тепловым равновесием. В состоянии теплового равновесия прекращаются все макроскопические процессы: диффузия, теплопередача, фазовые переходы, химические реакции и т.д.
Термодинамическая система называется изолированной, если она не может обмениваться энергией с окружающими телами. Чай в термосе — типичный пример изолированной системы.
Тепловое равновесие
Фундаментальный постулат, вытекающий из многочисленных опытных данных, гласит: каково бы ни было начальное состояние тел изолированной системы, со временем в ней устанавливается тепловое равновесие. Таким образом, тепловое равновесие — это состояние, в которое любая система, изолированная от окружающей среды, самопроизвольно переходит через достаточно большой промежуток времени.
Температура как раз и является величиной, характеризующей состояние теплового равновесия термодинамической системы.
Температура — это макроскопический параметр, значения которого одинаковы для всех частей термодинамической системы, находящейся в состоянии теплового равновесия. Попросту говоря, температура — это то, что является одинаковым для любых двух тел, которые находятся в тепловом равновесии друг с другом. При тепловом контакте тел с одинаковыми температурами между ними не будет происходить обмен энергией (теплообмен).
В общем же случае при установлении между телами теплового контакта теплообмен начнётся. Говорят, что тело, которое отдаёт энергию, имеет более высокую температуру, а тело, которое получает энергию — более низкую температуру. Температура, таким образом, указывает направление теплообмена между телами. В процессе теплообмена температура первого тела начнёт уменьшаться, температура второго тела — увеличиваться; при выравнивании температур теплообмен прекратится — наступит тепловое равновесие.
Особенность температуры заключается в том, что она не аддитивна: температура тела не равна сумме температур его частей. Этим температура отличается от таких физических величин, как масса, длина или объём. И по этой причине температуру нельзя измерить путём сравнения с эталоном.
Измеряют температуру с помощью термометра.
Для создания термометра выбирают какое-либо вещество (термометрическое вещество), какую-либо характеристику этого вещества (термометрическую величину), и используют зависимость термометрической величины от температуры. При этом выбор термометрического вещества и термометрической величины может быть весьма произвольным.
Так, в бытовых жидкостных термометрах термометрическим веществом является ртуть (или спирт), а термометрической величиной — длина столбика жидкости. Здесь используется линейная зависимость объёма жидкости от температуры.
В идеально-газовых термометрах используется линейная зависимость давления разреженного газа (близкого по своим свойствам к идеальному) от температуры.
Действие электрических термометров (термометров сопротивления) основано на температурной завис/имости сопротивления чистых металлов, сплавов и полупроводников.
В процессе измерения температуры термометр приводится в тепловой контакт[3]с телом, температура которого определяется. Показания термометра после наступления теплового равновесия — это и есть температура тела. При этом термометр показывает свою температуру!
