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
ü
Что мы знаем о температуре? Метод «мозгового
штурма»;
ü
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
106 м
Микромир
макромир мегамир
(микротела)
(макротела) (мегатела)
атом и его составные мельчайшая частица
- космос
молекула
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.
ü 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 р=⅔
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?».
ü 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.
ü 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.
ü 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.
Оставьте свой комментарий
Авторизуйтесь, чтобы задавать вопросы.