Каковы отличительные признаки состояний теплового равновесия

Температура и тепловое равновесие. Физика

Измерение температуры. Термометры

Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объёма, давления, электрического сопротивления и т. д.

Чаще всего на практике используют зависимость объёма жидкости (ртути или спирта) от температуры. При градуировке термометра обычно за начало отсчёта (0) принимают температуру тающего льда; второй постоянной точкой (100) считают температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (шкала Цельсия). Шкалу между точками 0 и 100 делят на 100 равных частей, называемых градусами (рис. 9.3). Перемещение столбика жидкости на одно деление соответствует изменению температуры на 1 °С.

В 1742 г. А. Цельсий опубликовал работу с описанием стоградусной шкалы термометра, в которой температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении была принята за 0°, а температура таяния льда — за 100°. Позже шведский биолог К. Линней «перевернул» эту шкалу, приняв за 0° температуру таяния льда. Этой шкалой мы пользумся до сих пор, называя её шкалой Цельсия.

Так как различные жидкости расширяются при нагревании неодинаково, то установленная таким образом шкала будет зависеть от свойств данной жидкости и расстояния на шкале между 0 и 100 °С будут различны. Поэтому градусы (расстояние между двумя соседними отметками) спиртового и ртутного термометров будут разными.

Наполните частично узкий сосуд подсолнечным маслом и отметьте верхний уровень масла. Измерьте термометром температуру воздуха. Затем поместите сосуд в горячую воду и снова отметьте верхний уровень масла. Измерьте температуру воды тем же термометром. Затем наполните этот же сосуд другой жидкостью и проведите аналогичные измерения. Сравните расстояния между отметками на сосуде в двух опытах. Сделайте вывод.

Какое же вещество выбрать для того, чтобы избавиться от этой зависимости?

Важно
Было замечено, что в отличие от жидкостей все разреженные газы — водород, гелий, кислород — расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют своё давление при изменении температуры.

По этой причине в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определённого количества разреженного газа при постоянном объёме или изменение объёма газа при постоянном давлении. Такую шкалу иногда называют идеальной газовой шкалой температур.

При установлении идеальной газовой шкалы температур удаётся избавиться ещё от одного существенного недостатка шкалы Цельсия — произвольности выбора начала отсчёта, т. е. нулевой температуры.

Далее мы подробно рассмотрим, как можно использовать газы для определения температуры.

Ключевые слова для поиска информации по теме параграфа.
Макроскопические параметры. Тепловое равновесие

Вопросы к параграфу

1. Какие величины характеризуют состояния макроскопических тел?

2. Каковы отличительные признаки состояний теплового равновесия?

3. Наблюдали ли вы примеры установления теплового равновесия тел, окружающих вас в повседневной жизни?

4. В чём преимущество использования разреженных газов для измерения температуры?

5. Как зависит интенсивность теплообмена между двумя телами от разности их температур?

План урока по физике для 1 курса СПО. Тема: “Тепловое равновесие. Температура”

Курс повышения квалификации за 340 рублей!

Эмоциональное выгорание педагогов. Профилактика и способы преодоления

План учебного занятия

Тема занятия Тепловое равновесие. Определение температуры.

Образовательная: Ввести понятие термодинамических параметров, термодинамического процесса, температуры, термометра.

Развивающие: развивать умение логически излагать свои мысли,

формировать умение сравнивать, устанавливать причинно – следственные связи, делать аргументированные выводы, развитие коммуникативных умений.

Воспитательные: воспитывать интерес в изучении материала, развитие сотрудничества, анализировать ответы товарищей, познавательного интереса к предмету.

Умения, знания и компетенции (ОК, ПК), формируемые в ходе занятия

В результате освоения дисциплины обучающийся должен уметь:

управлять своей познавательной деятельностью;

использовать и применять различные виды познавательной деятельности для изучения различных сторон окружающей действительности;

использовать различные источники для получения физической информации;

давать определения изученным понятиям;

называть основные положения изученных теорий и гипотез;

описывать демонстрационные и самостоятельно проведенные эксперименты;

делать выводы и умозаключения из наблюдений, изученных физических закономерностей;

применять приобретенные знания по физике для решения практических задач, встречающихся в повседневной жизни, для безопасного использования бытовых технических устройств, рационального природопользования и охраны окружающей среды.

роль физики в современном мире;

фундаментальные физические законы и принципы, лежащие в основе современной физической картины мира;

основные физические процессы и явления;

важные открытия в области физики, оказавших определяющее влияние на развитие техники и технологии;

методы научного познания природы;

как оказать первую помощь при травмах полученных от бытовых технических устройств.

ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.

Тип урока изучение нового материала

Вид урока рассказ-беседа

Методы обучения: словесные, проблемно-поисковые, наглядные, экспериментальные.

Материально-техническое, программное, учебно-методическое и информационное обеспечение занятия компьютер, мультимедийный проектор, презентация урока .

Приветствие, формулировка темы, цели занятия.

Проверка отсутствующих, внешнее состояние группы и рабочих мест обучающихся, создание психологического настроя и рабочей обстановки на занятии.

II Актуализация опорных знаний

Ф ронтальная беседа

Объяснить цель МКТ .

Что вы знаете о размерах молекул?

Как можно вычислить диаметр молекулы?

Как можно рассчитать число молекул в теле?

Как определить массу молекул?

Что называется относительной молекулярной массой?

Для чего была введена относительная молярная масса вещества?

Что называется постоянной Авогадро? Чему она равна?

Какое движение называется броуновским?

Что вы понимаете под диффузией?

Какие силы взаимодействия возникают между молекулами?

Тестирование и решение задач

Выберите один из представленных вариантов ответа:

Относительная молекулярная масса – это.

1) Отношение массы молекулы данного вещества к массе молекулы водорода

2) Отношение массы молекулы данного вещества к массе молекулы углерода

3) Отношение массы молекулы данного вещества к одной двенадцатой массы молекулы водорода

4) Отношение массы молекулы данного вещества к одной двенадцатой массы молекулы углерода

Пользуясь таблицей Менделеева, определите относительную молекулярную массу молекулы хлора

1) 7 2) 17 3) 35,5 4) 71

1) Единица измерения количества вещества

2) Количество вещества, в котором содержится столько же молекул (или атомов), сколько содержится в 12 г водорода

3) Количество вещества, в котором содержится столько же молекул (или атомов), сколько содержится в 12 г углерода

4) Единица измерения массы вещества

5) Относительная масса вещества, равная отношению массы данного вещества к массе молекулы водорода

Что такое молярная масса вещества?

1) Масса вещества, взятого в количестве 1 моль

2) Относительная молекулярная масса вещества

3) Масса вещества, измеренная в молях

4) Правильного ответа нет

Что такое число Авогадро?

1) Это количество молекул (или атомов), содержащихся в 1 г углерода

2) Это количество молекул (или атомов), содержащихся в 1 г водорода

3) Это количество молекул (или атомов), содержащихся в 1 моле водорода

4) Это количество молекул (или атомов), содержащихся в 1 моле углерода

5) Это количество молекул (или атомов), содержащихся в 1 моле любого вещества

Укажите приблизительную массу неорганических молекул

1) Порядка 10 -18 кг 2) Порядка 10 -26 кг

3) Порядка 10 -29 г 4) Порядка 10 -35 кг

Определите массу 4 молей кислорода (в г)

1) Верные ответы: 4;

2) Верные ответы: 4;

3) Верные ответы: 1; 3;

4) Верные ответы: 1;

4) Верные ответы: 1;

6) Верные ответы: 2;

7) Верный ответ: 64.;

Задача 1. Определить массу молекулы аммиака (NH₃).

Решение. По химической формуле аммиака вычислим его относительную молекулярную массу: M_r = 14 а. е. м. + 3 • 1 а. е. м. = 17 а. е. м.

I способ. Поскольку установлено, что 1 а. е. м. равняется 1,66 • 10 -27 кг, то

m₀ = 17 • 1,66 • 10 -27 кг = 28 • 10 -27 кг.

m₀ = M / N_A = 17 • 10 -3 кг/моль / 6,022 • 10 23 моль -1 = 28 • 10 -27 кг.

Задача 2. Оцените размеры атомов свинца по известным его харак­теристикам — плотности и относительной атомной массе.

Если принять, что молекулы веществ имеют сферическую форму, то V₀

d 3 , то есть диаметр молекулы d будет пропорциональным 3 √V₀. Поскольку объем одной молекулы V₀ = V / N, а N / N_A = m / M, то

V₀ = V • M / m • N_A= M / ρ • N_A = (207 • 10 -3 кг/моль) / (11300 кг/м 3 • 6,022 • 10 23 моль -1 ) = 30 • 10 -30 м 3

Следовательно, d ≈ 3 • 10- 10 м.

Ответ: d ≈ 3 • 10- 10 м.

Задача 3. Определить количество вещества, которое находится в 100 см 3 меди.

ρ = 8,9 • 10 3 кг/м 3

M = 64 •10 -3 кг/моль

v = m / M; m = ρV; v = ρV / M.

v = (8,9 • 10 3 кг/м 3 • 1 • 10 -4 м 3 ) / (64 • 10 -3 кг/моль) = 14 моль.

III Объяснение нового материала (сопровождается показом презентации)

Изучение нового материала.

1. Знакомство с макроскопическими параметрами состояния газа: (Р – давление, V – объем, Т – температура),характеризующими состояние макроскопических тел, без учета молекулярного строения.

2. Дать понятие холодных и горячих тел.

3. Формирование понятия теплового равновесия как некоторого состояния группы макроскопических тел, в которых после установления контакта прекращается изменение макроскопических параметров тел.

4. Формирование понятия температуры как величины, позволяющей описывать тепловое равновесие между телами, находящимися в тепловом контакте. Следует отметить, что в Международной системе единиц температура выбрана в качестве одной из основных единиц.

5.Ознакомиться с температурными шкалами Ньютона, Реомюра, Фарингейта, Цельсия.

6. Схема работы газового термометра.

IV Закрепление нового материала

Ответить на вопросы

1. Какие величины характеризуют состояния макроскопических тел?
2. Каковы отличительные признаки состояний теплового равновесия?
3. Наблюдали ли вы примеры установления теплового равновесия тел, окружающих вас в повседневной жизни?
4. В чем преимущество использования разреженных газов для измерения температуры?
5. Как зависит интенсивность теплообмена между двумя телами от разности их температур?

6.Что характеризует температура?

7. Как измерить температуру тела?

8. Что называется тепловым равновесием?

9. Каков принцип действия жидкостных термометров?

10. Что называется абсолютным нулем температур?

11. Почему показания разных жидкостных термометров при измерении температуры одного и того же тела могут различаться ?

V Подведение итогов, домашнее задание

Оценивается работа обучающихся на уроке, дается анализ достижения цели и задач урока. Подсчет баллов за уроку каждого обучающегося.

Дома: работа с конспектом, решение задач, с 241-245

Организуется самооценка студентами собственной учебной деятельности, кто из них особенно старался, что нового узнали.

Тепловое равновесие

Тепловое равновесие (или термодинамическое равновесие) – это такое состояние, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными.

В состоянии термодинамического равновесия не происходит теплообмен с окружающими телами, не изменяются объём и давление тела, отсутствуют взаимные превращения жидкостей, газов и твёрдых тел.

Температура и её физический смысл

Любая термодинамическая система при неизменных внешних условиях самопроизвольно переходит в состояние термодинамического равновесия.

Температура тела – это физический параметр, одинаковый во всех частях системы тел, которая находится в состоянии термодинамического равновесия.

При тепловом равновесии микроскопические процессы внутри тела (движение частиц и взаимодействие частиц) не прекращаются. Термодинамическая система может находиться в различных состояниях теплового равновесия, каждому из которых соответствует определённое значение температуры. При теплообмене между телами происходит обмен энергией: тела с большей энергией передают свою энергию телам с меньшей энергией. Направление теплообмена между ними указывает разность температур тел. То есть энергия передаётся от более горячего тела к менее горячему.

Температура и её измерение

Для измерения температуры используется тот факт, что с изменением температуры тела изменяются почти все его физические свойства: длина, объём, плотность, электрическое сопротивление, упругие свойства и др. Основой для измерения температуры может являться изменение какого-либо свойства термометрического тела.

Термометрическое тело – это тело, для которого известна зависимость какого-либо свойства данного тела от температуры. Термометрическим телом может быть, например, жидкость или газ, для которого известна зависимость изменения его объёма от температуры.

Эмпирическая шкала – это температурная шкала, установленная с помощью термометрического тела.

Наиболее распространён способ измерения температуры с помощью жидкостного термометра, в котором используется расширение жидкости (изменение объёма) при нагревании.

При градуировке термометра отмечают опорные точки, расстояние между которыми на шкале делят на равные части, которые называются градусами.

Шкала температур Цельсия

Для практического употребления по решению IX Генеральной конференции по мерам и весам в 1948 году была принята международная стоградусная температурная шкала – шкала Цельсия.

Шведский физик и астроном Андерс Цельсий (1701 – 1744) в 1742 году предложил шкалу термометра, в которой за ноль градусов (начало отсчёта температуры) принял температуру таяния льда, а за сто градусов – температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении в 1,01325 * 10 5 Па. Изменение длины столба жидкости в термометре на одну сотую долю длины между отметками 0 и 100 °С соответствует изменению температуры на 1 °С. По данной шкале единица измерения температуры – градус Цельсия.

Однако, несмотря на указанную выше конференцию, в некоторых странах (например, в США) до сих пор активно используется другая шкала – шкала Фаренгейта. На шкале Фаренгейта точка таяния льда равна +32 °F, а точка кипения воды равна +212 °F. При этом один градус Фаренгейта равен 1/180 разности этих температур.

Перевести градусы из Цельсия в Фаренгейт можно так:

Перевод из Фаренгейта в Цельсий:

Здесь t_F – температура по Фаренгейту, t_C – температура по Цельсию

Перевести градусы по Цельсию в градусы по Фаренгейту и обратно вы можете ниже.

Источники:

http://ea0168.ru/Fizika_10_klass_Myakishev/59.2.html
http://infourok.ru/plan-uroka-po-fizike-dlya-kursa-spo-tema-teplovoe-ravnovesie-temperatura-1300348.html
http://www.av-physics.narod.ru/molecule/thermal-balance.htm