Тема

Тема: Температура и ее измерение.
Цель: Дать понятие о термодинамических параметрах. Рассмотреть температуру, как
характеристику состояния теплового равновесия термодинамической системы.
Выяснить понимание «одинаковые состояния», «разные состояния», «изменение состояния».
Этапы урока
I. Чувственно-эстетический
II Установочно-мотивационный
 Что мы знаем о температуре? Метод «мозгового штурма»;
 Деление темы на смысловые блоки. Формулирование задания для групп.
III Содержательно-поисковый
Работа в группах. Каждый ученик материалы для повторения готовит заранее.
Тематика материалов для повторения:
- температура и тепловое равновесие;
- физический смысл температуры;
- абсолютная шкала температур. Другие температурные шкалы.
- измерение температуры.
IV Обобщающий
Работа в группах
V Итог урока
Ход урока
I Чувственно-эстетический
Добрый день, ребята! Каждое утро, просыпаясь мы смотрим в окно. Нам интересно,
какая же сегодня погода. Но вид Солнца из окна бывает обманчивым? Что нам
подскажет как правильно одеться? (термометр)
А для чего еще нужен термометр? (измерять температуру тела)
У меня опять:
Тридцать шесть и пять!
Озабоченно и хмуро
Я на градусник смотрю:
Где моя температура?
Почему я не горю?
Почему я не больной?
Я здоровый! Что со мной?
У меня опять:
Тридцать шесть и пять!
С. Михалков
Как вы думаете? О чем пойдет речь сегодня на уроке? Каких целей мы должны достичь по
вашему мнению?
II Установочно-мотивационный
Что мы знаем о температуре? Обсуждение в группах.
Учащиеся предлагают свои ответы. (Понятием температуры мы пользуемся в
повседневной жизни, понимая ее как «Степень нагретости тела». Такое представление возникло
вследствие физиологических представлений, основанных на раздражении нервных окончаний,
создающих ощущение тепла и холода.
Однако характеристика теплового состояния тела на ощупь не всегда возможна, т.к.
тепловые ощущения имеют ограниченный диапазон, за пределами которого наступают болевые
ощущения.
Например: не станем же мы исследовать тепловое состояние жидкого воздуха или
расплавленной стали на ощупь.
Такой способ не позволяет дать количественную оценку теплового состояния. Возникла
необходимость в изобретении прибора – термометра)
Таким образом, мы понимает, что рассмотрение температуры как меры нагретости тел
является неточным и очень ограниченным. А чтобы лучше понять смысл температуры, нужно
вспомнить какие-либо явления, связанные с движением молекул (диффузия, броуновское
движение и т.п.). Ученики уже знают, что скорость диффузии зависит от температуры. Разбирая
данное явление, приходим к выводу, что при большей температуре больше и средняя(!) скорость
движения молекул. Получаем, что температура является мерой скорости движения молекул.
Чтобы уточнить данное определение, рассматриваем качественную задачу: «Как будет
изменяться температура тел, если холодную чайную ложку поместить в стакан с горячим чаем?».
Исходя из житейского опыта учащихся, приходим к пониманию теплового равновесия, при
котором тела имеют одинаковую температуру.
III Содержательно-поисковый
Т.к. молекулярная физика и термодинамика изучают свойства термодинамических систем, то
необходимо знать термины:
Термодинамическая система – любое конечных размеров макротело или совокупность макротел.
Макротело (макроскопическое тело) –
а) тело, размеры которого велики по сравнению с атомными размерами;
б) тело, состоящее из огромного числа молекул.
10-6
Микромир
(микротела)
атом и его составные
м
106
макромир
(макротела)
мельчайшая частица молекула
мегамир
(мегатела)
космос
В отличие от состояния механической системы, определяемой координатами, скоростями,
импульсами тел, входящих в нее, состояние ТС определяется термодинамическими параметрами:
p, v, T.
p, T неприменимы к микрочастицам, они являются макровеличинами, т.е. могут быть
измерены с помощью приборов (манометр, термометр), не реагирующих на влияние
микрочастиц.
Простейшая ТС – система, состояние которой определяется давлением, объемом, температурой.
К таким системам относятся однородные газы, жидкости, не подверженные действию каких-либо
полей (гравитационных, электрических, магнитных).
Ответы каждой группы по заранее подготовленному материалу.
 Понятие о термодинамическом (ТД) равновесии системы.
Понятие «температура» основано на понятии «тепловое равновесие».
Рассмотрим на примере переход из неравновесного состояния в равновесное.
Опустим в стакан с водой кусочек сахара.
1). Неравновесное: сахар начинает растворяться.
2).Через время – равновесное (получится однородный раствор - сахар растворится
полностью) или неоднородная система, состоящая из нерастворенного сахара и насыщенного
раствора.
Аналогично:
Опустим в воду кусок льда.
1).Неравновесное: лед начинает плавиться, понижая температуру воды; когда лед
расплавится, то вода станет нагреваться до тех пор, пока не примет температуру окружающего
воздуха.
2).Равновесное: стакан с водой поместим в теплоизоляционную оболочку. Если при этом
температура воды понизится до 00С и в стакане останется кусочек нерастаявшего льда, то
наступит состояние, когда лед не будет таять, а вода замерзать.
Термодинамическое равновесие – состояние, в котором прекращаются макроскопические
процессы (растворение, плавление, кристаллизация).
В этом состоянии ТД параметры без внешнего воздействия неизменны. Микроскопические же
процессы ни на миг не прекращаются.
МКТ позволяет установить связь между макровеличинами (p, v, T) со средними значениями
величин ( осн. ур-е МКТ):
р=⅓ m0  nv 2
р=⅔ nWk
Правда, вследствие теплового движения микротел наблюдаются отклонения от их среднего
значения (флюктуации), но при большом количестве частиц за большой промежуток времени эти
отклонения весьма малы.
Термодинамическое равновесие – это особая форма теплового движения, при котором
макроскопические параметры остаются в среднем постоянными во времени.
Учитель должен подчеркнуть, что при этом выравниваются не средние скорости молекул,
а их средние кинетические энергии. Значит, температура с макроскопической точки зрения
является характеристикой тел, находящихся в состоянии теплового равновесия, а с
микроскопической – мерой средней кинетической энергии молекул. Но, несмотря на
микроскопическое объяснение данного понятия, температура все-таки является
макроскопической величиной и применима, соответственно, только к макроскопическим телам.
Для уточнения этого аспекта, рассматриваем задачу: «При нагревании воды ее температура
увеличивается. Можно ли сказать, что мы: а) нагреваем молекулы воды; б) увеличиваем
температуру молекул? Что при этом происходит с молекулами?».
 Толкование температуры.
Пример: Рассмотрим 2 части изолированной и равновесной ТД системы, разделенные
перегородкой (т.е. между частями возможен только теплообмен).
Если такой контакт не приводит к нарушению термодинамического равновесия, то говорят, что
обе системы имеют одинаковые температуры.
Температура является единственным ТД параметром, принимающим одно и то же значение во
всех частях равновесной системы. Остальные ТД пар-ры (p и v) могут принимать различные
значения в различных частях равновесной системы.
Пример. Газ в баллоне м.б. в ТД равновесии с окружающей средой, хотя давление внутри
баллона и вне его различны.
Пользуясь МКТ можно дать более точное толкование ТД равновесия.
Если привести в соприкосновение два тела с различными значениями Wкср, то молекулы,
движущиеся с большими скоростями при соударении с молекулами другого газа будут их
ускорять, сами при этом замедляясь. Происходит передача Wвн . Когда Wкср обоих газов
выровняется, наступает состояние ТД равновесия, хотя столкновение молекул будут
продолжаться.
 Измерение температуры
Основано на фактах:
1. если два тела, каждое из которых находится в тепловом равновесии с одним и тем же третьим
телом, то все эти тела имеют одну и ту же температуру;
2. изменение температуры тела всегда сопровождается изменением хотя бы одного из
параметров (p или v).
Следствия:
Из 1)  в качестве 3-го тела можно использовать термометр;
Из 2)  выбрать один из параметров в качестве термометрического параметра.
 Устройство термометра.
а) в равновесии с тающим льдом при p0;
б) в равновесии с парами кипящей воды при p0;
Деления в промежутке о 0 до 100.
Эмпирические шкалы
Используется принцип объемного расширения.
Знание температуры двух систем дает возможность установить направление теплообмена.
Идеальное термометрическое вещество – идеальный газ
Абсолютная шкала температур – шкала Кельвина. Т= t+273
Итог:
- системы находятся в «одинаковом состоянии», если равны их объемы, давления и температуры
(все ТД параметры);
- системы находятся в «разных состояниях», если хотя бы один из параметров отличается;
- изменение состояния – когда происходит изменение хотя бы одного из параметров.
IV Обобщающий
Работа в группах
Задачи (качественные) на закрепление:
1. Погруженный в ванну лабораторный термометр вынули и поднесли к окну, чтобы лучше
рассмотреть его показания. Правильно ли определена температура?
2. как нужно держать лабораторный термометр в измеряемой среде?
3. Что служит признаком установления теплового равновесия между термометром и измеряемой
средой?
4. Температура пламени стеариновой свечи достигает 1500°C. Почему же гвозди не плавятся в
пламени свечи?
5. В каком случае вполне исправный наружный термометр может в ясный морозный день
показывать температуру выше нуля?
6. Увеличить температуру тела достаточно легко, а вот охладить тело сложнее. Предложите
разные способы охлаждения тел
V Итог урока
Итог:
- системы находятся в «одинаковом состоянии», если равны их объемы, давления и температуры
(все ТД параметры);
- системы находятся в «разных состояниях», если хотя бы один из параметров отличается;
- изменение состояния – когда происходит изменение хотя бы одного из параметров.