Эчпи. Путешествие по шкале температур
 Скачать 34.95 Kb.
|
:text=Температу́ра%20(от%20лат.%20temperatura%20—,в%20состоянии%20термодинамического%20равновесия%20Министерство образования, науки и молодёжной политики Забайкальского края ГАПОУ «Забайкальский горный колледж имени М.И Агошкова» ФИЗИКА «Путешествие по шкале температур» Выполнили студенты группы: МД-20-5К Ченский Дмитрий Скляров Денис Руководитель: Сарапулова.О.И Чита 2021 ОглавлениеВведение 2 Глава 1. Измерение температуры 4 Глава 2. Виды термометров 7 Глава 3. Физическое понятие температуры 8 Глава 4. Температура в разных науках 10 Глава 5. Путешествие 11 Список литературы 14 Введение Понятие температуры вводится для характеристики различной степени нагретости тел. Представление о температуре, как и представление о силе, вошло в науку через посредство наших чувственных восприятий. Наши ощущения позволяют различать качественные градации нагретости: теплый, холодный, горячий и пр. Все испытывали неприятное ощущение холода при медленном вхождении в холодную воду во время купания, быстро исчезающее и сменяющееся чувством бодрости и удовольствия после того, как в результате полного погружения в воду тело купающегося немного охладится. Чувственная оценка температуры сильно зависит от теплопроводности тела. Чувственная оценка температуры применима только в весьма узком температурном интервале. Она не годится в случае очень горячих и очень холодных тел. Ничего хорошего не получится при попытке определить на ощупь степень нагретости расплавленного железа или жидкого воздуха. Температура – это мера относительного нагрева тела по сравнению с другими телами. Мы неосознанно делаем сравнения с температурой нашего тела, или с температурой воздуха, или с точками кипения или замерзания воды. Глава 1. Измерение температуры Люди давненько начали думать о том, как измерить температуру. Придумали для этого, вот так поворот, прибор—термометр. Точно сказать, кто именно изобрел термометр, уже вряд ли возможно. И дело не только в том, что сохранилось мало источников. Причина еще серьезнее: часто под термометрами понимают совсем разные приборы. Не сразу удалось добиться высокого качества и отличного уровня измерений. На 100% достоверно известно только одно: честь изобретения устройства для измерения температуры приписывается как минимум 8 людям. Среди них, к примеру, английский алхимик и участник многих тайных обществ Роберт Фладд. «Конкурирует» с ним французский гидротехник, разработчик паровых машин, пневматических устройств, а также по совместительству и архитектор Саломон де Каус. Еще надо указать, что история создания термометра запутывается из-за того, что над ним одновременно работали многие специалисты. Одни старались измерять температуру воды, другие — температуру воздуха, а третьи создавали медицинское оборудование. Но всё же изобретателем термометра принято считать Галилея: в его собственных сочинениях нет описания этого прибора, но его ученики, Нелли и Вивиани, засвидетельствовали, что уже в 1597 году он сделал нечто вроде термобароскопа (термоскоп). Галилей изучал в это время работы Герона Александрийского, у которого уже описано подобное приспособление, но не для измерения степеней тепла, а для поднятия воды при помощи нагревания. Термоскоп представлял собой небольшой стеклянный шарик с припаянной к нему стеклянной трубкой. Шарик слегка нагревали и конец трубки опускали в сосуд с водой. Через некоторое время воздух в шарике охлаждался, его давление уменьшалось и вода под действием атмосферного давления поднималась в трубке вверх на некоторую высоту. В дальнейшем при потеплении давление воздуха в шарике увеличивалось и уровень воды в трубке понижался при охлаждении же вода в ней поднималась. При помощи термоскопа можно было судить только об изменении степени нагретости тела: числовых значений температуры он не показывал, так как не имел шкалы. Кроме того, уровень воды в трубке зависел не только от температуры, но и от атмосферного давления. В 1657 г. термоскоп Галилея был усовершенствован флорентийскими учеными. Они снабдили прибор шкалой из бусин и откачали воздух из резервуара (шарика) и трубки. Это позволило не только качественно, но и количественно сравнивать температуры тел. Впоследствии термоскоп был изменен: его перевернули шариком вниз, а в трубку вместо воды налили бренди и удалили сосуд. Действие этого прибора основывалось на расширении тел, в качестве «постоянных» точек брали температуры наиболее жаркого летнего и наиболее холодного зимнего дня. «Наиболее жаркого летнего и наиболее холодного зимнего дня», слишком расплывчатые и субъективные отметки. Людям как всегда захотелось что то поточнее. Решающий шаг в этом вопросе сделал Габриэль Фаренгейт. Он придумал форму, наиболее удобную для повседневного применения, и создал точную шкалу. Известно, что описание Фаренгейта опубликовано в 1723 году. Любопытно, что в самом начале немецкий физик работал со спиртовой шкалой. Но из-за ряда недостатков такого решения отдал предпочтение ртути. Шкала имела 3 ключевые точки: При 0° по Фаренгейту устойчиво существует смесь нашатырного спирта с водой и льдом (лед не тает, вода не замерзает); При 32° устойчиво существует водно-ледяная смесь; При 212° (и нормальном атмосферном давлении на уровне моря) вода неизбежно закипает. Цельсий не просто предложил альтернативную, более удобную, чем у Фаренгейта, шкалу измерения температуры. Он гораздо точнее определил сами градусы. Правда, поначалу за 100° приняли таяние льда, а за нулевую точку — момент кипения воды. Для большего удобства шкалу перевернули; а вот кто это сделал — Штремер или сам Цельсий — неизвестно. Но то, что создавалось для бытовых нужд, уже в XIX столетии было недостаточно для научных нужд. В 1848 году Томсон (будущий лорд Кельвин) доказал, что можно создать абсолютную температурную шкалу. Точкой отсчета в ней является —273,15° по шкале Цельсия. Охладить какое-либо материальное тело еще больше не получится. Глава 2. Виды термометров Наверное, узнать о видах термометров будет так же интересно (вам всё равно некуда деваться). 1. Механический термометр- Термометры этого типа действуют по тому же принципу, что и жидкостные, но в качестве датчика обычно используется металлическая спираль или лента из биметалла. Скорей всего вы видели один из таких термометров- Спиральный, он имеет элементы в форме спирали. Когда они нагреваются, то приобретают способность раскручиваться, но иногда могут и закручиваться. Элемент меняется в зависимости от температуры. При ее повышении он нагревается и распрямляется, двигая стрелку в сторону увеличения данных, при снижении – наоборот, закручивается, и стрелка движется в сторону низких данных по шкале. Здесь же скажем про газовый термометр. Ничего нового, газ при нагревании расширяется, а людишки поняли как это использовать в термометре. 2. Электронные термометрыПринцип работы электронных термометров основан на изменении сопротивления проводника при изменении температуры окружающей среды. Электронные термометры более широкого диапазона основаны на термопарах (контакт между металлами с разной электроотрицательностью создаёт контактную разность потенциалов, зависящую от температуры). Термопары очень интересная штука. С их помощью можно не только измерить температуру, но и вырабатывать электричество из разницы температур (Эффект Зеебека). Наиболее точными и стабильными во времени являются термометры сопротивления на основе платиновой проволоки или платинового напыления на керамику. 3.Инфракрасный. Принцип действия основан на измерении амплитуды электромагнитного излучения от объекта в инфракрасной части спектра и последующем пересчётом измеренного значения в мощность теплового излучения. Сложна. Глава 3. Физическое понятие температуры Узнали, какие шкалы температур бывают. Путешествовать мы будем по шкале Цельсия, нам она более привычна, но и Кельвина не забудем, его шкала в некоторых случаях более удобна. Теперь давайте разберёмся, что вообще такое температура. Слово «температура» возникло в те времена, когда люди считали, что в более нагретых телах содержится большее количество особого вещества — теплорода, чем в менее нагретых. Кстати, именно теплородом объясняли крепость алкоголя (из за теплового ощущения алкоголя). Если спросить восьмиклассника, что такое температура, то он ответит- температура это мера нагретости тел. Для древних греков и ЕГЭ сойдёт. Но физика это наука об измерениях, такое нам не подойдёт. Температура— скалярная физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Ничего не понятно, поэтому можно по другому. Как говорил Ричард Фейнман- нужно объяснять так, что бы понял десятилетний ребёнок. Мнение старших уважаем и поэтому так и будём действовать. Начнём с объяснения, что такое термодинамическоё равновесие. 1) Есть тело, его можно охарактеризовать несколькими параметрами, например, цвет(Х1), запах(Х2), шероховатость(Х3). Если с течением времени эти параметра не меняются(Хi=const), то это тело находиться в термодинамическом равновесии с окружающей средой. Поняли. 2) Берём два тела и приводим их в контакт и наблюдаем, что их параметры не меняются(Xi=Yi), эти два тела находятся в термодинамическом равновесии, их температуры одинаковы. 3) Возьмём тающий лёд и приведём его в контакт с телом, если ничего не меняется, то тело и лёд находятся в термодинамическом равновесии, такую температуру можно обозначить цифрой 0. Проделаем такое же с кипящей водой, тело находиться в термодинамическом равновесии с кипятком, и мы обозначим эту температуру, например, цифрой 100. Если тело не находиться в термодинамическом равновесии ни с кипятком ни со льдом, значит его температура находиться между 0 и 100. Такую температуру может измерить термометр. Именно на термодинамическом равновесии и основано действие термометра. На счёт определения температуры. Если короче, то температура это движение частиц. Чем быстрее движутся частицы, тем выше температура. Частицы движутся за счёт имеющейся у них энергии. Передавая энергию телу мы можем его нагревать. Как и всё в нашем мире, это просто вездесущая энергия. Круто. Глава 4. Температура в разных науках Знание о температуре применяются не только для правильного заваривания зелёного чая, но и во многих областях науки, таких как: 1) Биология и химия. Температура определяет скорость биохимических реакций. Например, лягушка может заморозиться и переждать зиму. Возможно, такой фокус можно провернуть и с человеком, но пока мы просто замораживаем трупы и не знаем, что делать дальше. Ах да, ваша яичница приготовиться быстрее при более высокой температуре. 2) Астрономия. По температуре классифицируют звёзды. Зная температуру планеты можно судить о состоянии вещества и наличии жизни на ней. 3) Физика. Агрегатное состояние вещества, сопротивление, давление, объём, выпадение осадков, свечение, закалка и отпуск стали и множество других технологических процессов - всё это может зависеть от температуры. Например, сверхтекучие жидкости существуют только при температурах близких к абсолютному нулю. Закалка и отпуск стали. 4) Экология. Изучает температуру сферы жизни организмов, её изменения и влияние(Воздушные массы, морские течения). То же глобальное потепление и прочее. Глава 5. Путешествие Ну что, господамы, мы разобрались с тем, что такое температура, узнали какие шкалы температур бывают, выбрали более удобную для нас шкалу, немножко рассмотрели для чего человечеству знать о температуре и… всё. Мы готовы к путешествию по шкале температур. Надеваем защитные костюмы, садимся в бэтмобиль и начинаем. На самом дне, кроме меня, мы встречаем абсолютный ноль равный -273,15оС. Это минимальный предел температуры, которую может иметь физическое тело во Вселенной. На практике он не достижим. При абсолютном нуле хаотическое движение частиц прекращается, но квантовая физика говорит, что при абсолютном нуле существуют нулевые колебания, это так, не важно. Конденсат Бозе — Эйнштейна агрегатное состояние вещества, основу которого составляют бозоны, охлаждённые до температур 0,0000001K. В таком сильно охлаждённом состоянии достаточно большое число атомов оказывается в своих минимально возможных квантовых состояниях и квантовые эффекты начинают проявляться на макроскопическом уровне. от -270,98оС(2,17К) жидкий гелий становиться сверхтекучим- в таком состоянии гелий течёт без трения, он может подниматься по стенкам сосуда и даже просачиваться сквозь стенки керамики. Например, водород тоже может быть сверхтекучим. Кстати, гелий единственный элемент, который не затвердевает, оставаясь в жидком состоянии, при атмосферном давлении, но Переход в твёрдое состояние возможен при давлении более 25 атм. Сверхпроводимость свойство некоторых материалов обладать строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определённого значения. Впервые сверхпроводник был открыт при охлаждении ртути ниже 4,15 К. Если кому интересно, то это сделал Хейке Каммерлинг-Оннес в 1911 году. -240оС температура Седны, карликовой планеты с периодом обращения вокруг Солнца в 10500 лет. Самая известная жижа для экспериментов- жидкий азот имеет температуру в -196оС. Азот при переходе из жидкого состояния в газообразное расширяется в 800 раз. 90К- температура кипения кислорода- именно от этой точки начинается физика низких температур. -145оС- Юпитер. -89,2оС Самая низкая температура на земле зарегистрированная в Антарктиде. Были данные о -93,2оС, но это было зарегистрировано со спутника, так что не считается. -78оС самое известное твёрдое вещество для экспериментов- сухой лёд. -50оС- Оймякон- самое холодное село, где живут самые отмороженные люди. -30оС- телефонам холодно и они выключаются. -20оС-темературный предел жизни. 0оС- ну вы поняли. 14оС- женщина провалилась под лёд, сильно охладилась, но она каким то образом выжила.36.6оС- тоже промолчу. 46оС- мужчина пролежал 24 дня с такой температурой и выжил. 71оС- самая высокая температура на земле и оптимальная для заваривания зелёного чая. 100оС- я верю, что вы умницы и сами знаете. 200оС-дзинь дзинь, бабушка испекла пирожки. 300оС- точка кюри для неодимового магнита- он размагничивается и всё. 400оС- настоящий ад-Венера. Не будь на вас защитных костюмов, то вы были бы уже мертвы, и ваша кошка тоже. 525оС- точка Дрейпера-температура, выше которой практически все твёрдые материалы светятся. 800оС- низкотемпературная плазма, другим словом пламя. 1200оС- извержение вулкана.1650оС- падающий метеор.3000оС-нить накала в лампочке.3400оС- плавление самого тугоплавкого металла- вольфрама.6000оС- ядро земли и поверхность солнца.26.000оС- молния.50.000оС- начинается физика высоких температур. 300.000оС- планетарная туманность в созвездии стрельца. 2.000.000ОС- солнечная корона. 15.000.000оС- ядро Солнца. 1млрдоС- взрыв сверхновой. 10млрдоС- через секунду после большого взрыва. 10трлноС- самая высокая температура полученная человеками -в 2010 году при создании кварк-клюонной плазмы на БАК. Охохо, немножко жарковато, не замечаете, а есть вообще верхний предел температуры? Наверное, да. Планковская температура(Абсолютный жар) 1,416 785⋅10³² оС- Выше Планковской температуры энергия частиц становится настолько большой, что гравитационные силы между ними становятся сравнимы с остальными фундаментальными взаимодействиями,. В соответствии с текущими представлениями космологии, это температура Вселенной в первый момент Большого взрыва. Ах да, вы уже мертвы, от такого вас никакие костюмы не оградят. Список литературыhttps://magazin-zapchastei.ru/termometr-infrakrasnyj-beskontaktnyj-primenenie.htm#: |