10. Тепловим стан тіл. Температура та її вимірювання

Контрольні запитання

1. Чому не завжди можна оцінити температуру тіла на дотик?

Наші відчуття можуть нас обманювати, тому на дотик можна дати лише приблизну оцінку температури. Наприклад, при однаковій кімнатній температурі металеві предмети здаватимуться холоднішими за дерев’яні, а шорсткі поверхні — теплішими за гладенькі.

2. У чому полягає стан теплової рівноваги?

Стан теплової рівноваги — це стан, за якого тіла, що контактують одне з одним, мають однакову температуру і не змінюють своїх властивостей. Коли більш нагріте тіло контактує з менш нагрітим, воно охолоджується, а менш нагріте — нагрівається, поки їхні температури не зрівняються.

3. Наведіть два означення температури.

• Температура — це фізична величина, що характеризує стан теплової рівноваги системи тіл.
• Температура — це міра середньої кінетичної енергії хаотичного руху частинок, з яких складається тіло.

4. Чому хаотичний рух частинок речовини називають тепловим рухом?

Хаотичний рух частинок речовини називають тепловим, тому що він безпосередньо пов’язаний з температурою тіла. Чим швидше рухаються частинки, тим вища температура тіла.

5. Наведіть приклади різних термометрів. На чому ґрунтується їхня дія?

Дія всіх термометрів ґрунтується на тому, що певні фізичні властивості тіл змінюються зі зміною температури. Приклади термометрів:

• Рідинний: його дія заснована на розширенні рідини під час нагрівання.
• Біметалевий: в ньому спеціальна пластинка з двох різних металів. При нагріванні одна смужка металу розширюється швидше за іншу, стрілка рухається по шкалі
• Електронний: його покази на цифровому табло змінюються залежно від температури. Працює на основі зміни електричного опору терморезистора.

6. Опишіть принцип дії рідинного термометра.

Принцип дії рідинного термометра ґрунтується на властивості рідини розширюватися при нагріванні та стискатися при охолодженні. Термометр складається з резервуара з рідиною (наприклад, спиртом) і тонкої трубки зі шкалою. Чим вища температура, тим більший об’єм займає рідина і тим вище піднімається її стовпчик у трубці.

7. Назвіть реперні точки шкали Цельсія.

Реперними точками шкали Цельсія є дві основні температури:

• 0 °C — температура танення чистого льоду за нормального атмосферного тиску.
• 100 °C — температура кипіння води за нормального атмосферного тиску.

Вправа

1. Наведіть приклади тіл у стані теплової рівноваги.

Прикладами тіл у стані теплової рівноваги є книжки, що лежать на столі, дрова, що перебувають на відкритому повітрі, або іграшки у воді, за умови, що їхні температури однакові й не змінюються з часом.

2. Згадайте будову й принцип дії рідинного термометра та поясніть, що більше розширюється під час нагрівання — скло чи рідина.

Рідинний термометр складається зі скляного резервуара з тонкою трубкою (капіляром), заповнених рідиною (спиртом або ртуттю). Його дія ґрунтується на властивості рідин розширюватися при нагріванні. Під час нагрівання рідина розширюється тому стовпчик рідини піднімається по капіляру, показуючи підвищення температури.

3. Чому розміри термометра мають бути невеликими порівняно з розмірами тіла, температуру якого вимірюють?

Розміри термометра мають бути невеликими, щоб він не впливав на температуру тіла, яку вимірює. Коли термометр контактує з тілом, відбувається теплообмін, і вони досягають теплової рівноваги. Якщо термометр буде великим, він забере у тіла значну кількість теплоти, тим самим змінивши його початкову температуру, і вимірювання буде неточним.

4. Скориставшись додатковими джерелами інформації, установіть відповідність між фізичним тілом (1-4) і його температурою (А-Е).

1. Морозиво — Д (273 К, що дорівнює 0°С, температурі танення льоду).
2. Бенгальський вогонь — В (1100°С).
3. Пиріжок у духовці — А (180°С).
4. Поверхня Місяця вдень — Е (393 К, що дорівнює приблизно 120°С).

5. Дізнайтеся про історію створення термометрів і температурних шкал (Фаренгейта, Реомюра тощо). Підготуйте коротке повідомлення.

Першим приладом для вимірювання температури був термоскоп, створений італійським вченим Галілео Галілеєм приблизно в 1597 році. Цей прилад показував лише зміну температури, але не мав шкали.

Згодом з’явилися різні температурні шкали:

• Шкала Фаренгейта. У 1714 році німецький фізик Габріель Фаренгейт створив ртутний термометр. У його шкалі температура замерзання води становить 32 °F, а кипіння — 212 °F.
• Шкала Реомюра. Запропонована у 1730 році французьким вченим Рене Реомюром. У ній температура танення льоду становить 0°, а кипіння води — 80°.
• Шкала Цельсія. У 1742 році шведський астроном Андерс Цельсій запропонував шкалу, де 0° відповідав точці кипіння води, а 100° — точці її замерзання. Пізніше цю шкалу “перевернули”, і вона набула сучасного вигляду.