Температура и ее измерения

                       МБОУ  СОШ  с. Аянгаты.

Научно – практическая  конференция

«Шаг  в  будущее»

Понятие  температуры  и  ее  измерение.

Выполнила  Шожут Сайзана ученица  11класса МБОУ  СОШ с.  Аянгаты.

Руководитель:   Шокар А. Б. – учитель физики  МБОУ СОШ с. Аянгаты.

2011– 2012  уч. год.

 Содержание

Введение.

1. Понятие  температуры.  Тепловое  равновесие.

2. Термометры  и  температурные  шкалы.  

3.  Температура  и  ее  измерение.

4. Примеры  тепловых  явлений  из  повседневной  жизни.

(Влияние температуры  на  живые  организмы  и  растения).

5. Заключение.

Введение.

Вокруг  нас  происходят постоянные  температурные  изменения;  изменяется  температура  воздуха,  отапливаем помещения,  приготовим  пищу и. т. д.  Явления    расширения  тел  при  нагревании  приходится  учитывать  в  технике  и  быту.   Например,  если  Вы  предполагаете   хранить  керосин  в  теплом  помещении,  то  Вам  не  нужно  наполнять  бидон  до  краев,  т. к.  при  нагревании  в  теплом  помещении  керосин  расширится,  и  часть  его  выльется.  Или,  для  нормального  развития  растений  необходима  определенная температура.  Температура  почвы  и  воздуха  не  бывает  постоянной,  поэтому  под  влиянием  температурных  колебаний  происходит  изменение  объема  воздуха  в  промежутках  между  почвенными  частицами.  Агроному  или  садоводу  важно  знать  температуры  почвы,  особенно  в  весенний  период,  когда  начинаются  посевные  работы.  Готова  ли  почва  для  посева,  достаточно  ли  прогрета?  Заморозки  (понижение  температуры  воздуха)  вызывают  гибель  растений  или  отмирание  их  частей.  Повреждение  растений  от  заморозков  зависит  от  вида  и  температуры  заморозка.

Или,  другой  пример:  Как  лучше  отапливать  дом?  Чтобы  дом  был  теплый,  недостаточно  сделать  добротные  стены,  потолки  и  полы,  хорошие  окна  и  двери.  Нужно  подумать  и  о  его  отоплении.  Выбор  системы  отопления  определяется  прежде  всего  наличием  того  или  иного  вида  топлива,  т. е.  какое  топливо  дает  больше  тепла.  Также  большое  влияние  оказывает  изменение  температуры  на  живые   организмы.  Повышение  или  понижение  температуры  от  нормальных  норм – это  признак  заболевания.

Поэтому  каждому  необходимо  внимательно  следить  за  изменением  тепловых  явлений,  связанных  с  температурой.

                      Понятие  температуры.   Тепловое равновесие.

                              Термометры.

Все  мы  хорошо  знаем  различие  между  холодными  и  горячими  телами.  На  ощупь мы  определяем,  какое  тело  нагретое,  какое  тело  нагрето  сильнее,  и  говорим, что это тело имеет  более  высокую  температуру.  Таким  образом  температура  характеризует  степень  нагретости  тела  (холодное,  теплое,  горячее).   Для  ее  измерения  был  создан  прибор,  называемый   термометром.

Термометрами  пользуются  все. А  что  они  измеряют?  Что  означает  слова:  «Я  измерил температуру  тела».  Что  именно  характеризует температура?  Это  не  так  просто,  как  может  показаться на  первый взгляд.   Как  измерить  температуру?

Для  измерения  температуру тела человека  нужно  подержать  медицинский  термометр  под  мышкой  5 – 8  мин.  За  это  время  ртуть  в  термометре нагревается  и уровень  ее  повышается.  По  длине  столбика  ртути  можно  определить  температуру.  Т. е  в  его  устройстве  использовано  свойство  тел  изменять  объем  при  нагревании  или  охлаждении.  То  же  самое  происходить  при  измерении  температуры  любого  тела  любым  термометром.  Термометр  никогда  не  покажет  температуру  тела  сразу  же  после  того,  как  он  соприкоснулся с  ним. Необходимо  некоторое  время  для  того,  чтобы  температуры  тела  и  термометра  выровнялись  и  между  телами  установилась  тепловое  равновесие,  при  этом  температура  перестает изменяться.  Тепловое  равновесие  с течением  времени  устанавливается между  любыми  телами,  имеющими  различную  температуру.  Из  повседневной  жизни,  из  простых  наблюдений  можно  сделать  вывод  о  существовании  очень  важного  общего  свойства тепловых  явлений.

При  неизменных  внешних  условиях  самопроизвольно происходить  тепловоеравновесие.  (к  внешним  условиям  может  относится  объем,  давление,  положения  молекул,   их  скорости  при  столкновениях).

Температура  характеризует  состояние  теплового равновесия  тел: все  тела  находящиеся друг  с  другом  в  тепловом равновесии,  имеют  одну  и  ту  же  температуру.

Слово  «температура»  латинского  происхождения,  означает  temperatura–смещение.  А   прибор  для  измерения степень  нагретости  тел  называют – термометром.(«термо» – тепло, «метрео-мерить»).  Единица  измерения – градус  по  выбранной  шкале. (qradus –  означает  шаг, ступень).

Чаще  всего  на  практике  для  измерения  используют зависимость объема  жидкости  (ртути  или  спирта)  от  температуры.

Измерения температуры  тел  начали  развиваться  в  17  веке.  Первый  прообраз  термометра  демонстрировал  итальянский  ученый  Галилео  Галилей  в  1592 г.

Термометр  Галилея (термоскоп)  состоял  из  трубки,  частично  заполненной  водой, и стеклянного  шарика.  Конец  трубки  был  опущен  в  открытый  сосуд  с  водой. (см. рис.)  При  нагревании  шарика  давление  воздуха  в нем  увеличивалось и уровень  воды  в  трубке  опускался.  При  охлаждении,  наоборот,  уровень  воды  поднимался  вверх.   Таким  образом,  о  температуре  можно  судить  по  уровню  воды  в  трубке.  Первое  применение  такого  термоскопа  нашел  в  медицине.  Термоскоп  Галилея  имел  тот  недостаток,  что  его  показания  зависели  от  атмосферного давления.  Т. е. при  повышении  давления  уровень  жидкости  в  трубке  будет  повышаться  без  увеличения температуры.

Чтобы термометр  показал  более  точные  измерения,  необходимо  ввести  температурную  шкалу.  Для  этого  надо  прежде  всего  установить  постоянные  точки  с  фиксированной  температурой.  После  Г. Галилея  при  градуировке термометра в  качестве  опорных  точек  использовались такие  ненадежные  и  неопределенные  точки.

Например:  известный  физик,  основоположник  механики И. Ньютон за  начало  отсчета  температуры  (0о)  принимал  температуры здорового  человека. (?)

Известный  ученый г. Магдебурга  Отто  Герике  (17 век)  за  начальную  температуру  принял  температуру  воздуха  при  первых  заморозках.

Самой  употребительной  температурной  шкалой  в  англоязычных  странах  до  сих  пор  является  шкала  Фаренгейта.  За  0о  в  этой  шкале  принято  температура  смеси  снега  и  нашатыря,  а  за  100о – нормальная  температура  человеческого  тела.  В этой  шкале  температура  замерзания  воды  соответствует  32оF,  а  температура  кипения 212оF.

При  градуировке  термометра  обычно  за  начало  отсчета  (0о) принимают  температуру  тающего  льда;  второй  постоянной  точкой   (100о)  считают  температуру  кипения воды  при  нормальном  атмосферном  давлении  (101325 Па).  Шкалу  между  точками  0  и  100 делят  на  100  равных  частей,  называемых  градусами  (1оС)  (см. рис.).  Перемещение  столбика  жидкости  на  одно  деление  соответствует  изменению  температуры на  1оС  и  получается  определенная  температурная  шкала – шкала  по  Цельсию.  И  она  признана  как  Международная  практическая  шкала  температур.

Обычный  жидкостный  термометр – очень  «умный»  прибор.  Жидкости  при  нагревании  незначительно  увеличивают  свой  объем,  и  ее  расширение  было  бы  почти  незаметным,  если  бы  жидкость  расширялась  только  по  узкой  трубке.  Но  различные  жидкости  расширяются  при  нагревании  по -разному,  то  в  данной  шкале  с  различными  жидкостями  совпадения  не  будет.  Поэтому  на  практике  используют  ртутные  и  спиртовые термометры,  показания  которых почти  совпадают  при  0о 100оС.

В  конце 18  века  французский  физик  Ж. Шарль установил,  что  одинаковое  нагревание  любого  газа  приводит  к  одинаковому  повышению  давления,  если  при  этом  объем  остается  постоянным.  При  измерении  температуры  по  шкале  Цельсия  зависимость давления  газа  от  температуры  при  постоянном  объеме  выражается  линейным  законом  т. е. температура  прямо  пропорциональна  давлению.  Поэтому  давление  газа  можно  принять  в  качестве  меры  температуры.  Соединив  закрытый  сосуд, в  котором  находится  газ  с  проградуированным  манометром,  получим  газовый  термометр. В  1848  году  английский  физик  Кельвин  Уильям  предложил  абсолютную  шкалу,  исходя  из  законов  термодинамики,  которая в  настоящее  время  называется  термодинамической  шкалой  или  шкала  Кельвина  (Ко).

        100оС        

273оК

Температура  и  ее  измерение.

Для  измерения  температуры  воздуха термометр  устанавливается  в  специальной метеорологической  будке,  стенки  которой  двойные.  Через  такие  стенки  свободно  проходят  воздух,  но  не  проходят  солнечные  лучи  и  дождь.  Т. е. внутри  будки  свободно  циркулирует  воздух.

Для  измерения  температуры воды  водоемов, колодцев пользуются обыкновенными  термометрами.  Их  резервуар  и  трубку обматывают на  4-5 см тонкими  нитками.  Для  чего  это делается?  Нитки  впитывают воду  и  через  4-5 мин.  принимают  температуры  воды  т.е. устанавливается  тепловое  равновесие.  При  извлечении  термометра  из  воды  нитки  защищают  его  от  действия  наружной  температуры, в течение 0,5-1 мин. они  не  дают  ему  остыть  или  нагреться  За  это  время  достаточно,  для  того  чтобы  отсчитать показания термометра.  Если  опустить  в  колодец  незащищенный  термометр,  то  его  показания  будет  неверным  т. к. пока  термометр  поднимают из  колодца  или  водоема  показания его  могут  измениться  под  действием  температуры  окружающего  воздуха.  

Агроному  или  полеводу  важно  знать  температуры почвы,  особенно  в  весенний  период, когда начинаются посевные  работы. В  почве,  имеющей  низкую  температуру,  зерно  не  прорастет.  Температуру  почвы измеряют при  помощи  термометраСаввинова.  Это  обычный  термометр  с  трубкой,  изогнутой  под  углом  135о   для  удобства  установки  в  почве  (см. рис.)  Для  установки  термометра  в  почве лопатой  делают разрез  определенной глубины,  осторожно опускают  термометр  и  закапывают,  почву  осторожно уплотняют.  Результаты  измерений  показывают, что  днем  на  Солнце  наиболее  высокую  температуру  имеет  поверхность почвы, не  покрытая  растительностью.  Наиболее  высокая  температура  наблюдается  около  полудня,  а  наиболее низкая – ночью,  перед  восходом  Солнца.  Глубокие  слои  почвы  (10 – 50 см.)  днем  меньше  нагреваются, а ночью меньше остывают;  на  глубине 70 – 100 см  температура  почвы  в  течение суток  не  меняется.

В  сельскохозяйственных справочниках приводятся данные  о  температурах   прорастания  семян.  Например: пшеница озимая  от  +4  до  +32оС  и. т. д.

                                 Температура  и  живой  организм.

Врачи  еще в  древности  заметили,  что  здоровье  человека  связано с теплотой его тела.  Знаменитый  античный  врач  Гален (ок. 130 – ок. 200 до н. э)  считал  основным  свойством  лекарств  их  согревающее  и  охлаждающее  действие.  Согласно  Галену  все  лекарства   следует  различать  по  «градусам»  теплоты,  холода,  влажности  и  сухости.

Как  у  человека,  так  и  у животных первым  признаком  нездоровья  считается  повышенная  температура  тела.  Проверяя  температуры  животных  можно   судить  об  их  здоровье.  Независимо  от  климатических  условий и места  обитания  температура тела  здоровых  животных  и  птиц  должна  быть  следующей:                        

Здоровый  человек   +36,6оС,    лошади   +38оС;      коровы    +38,5 – 39,5оС;   осла  +37,5оС;     теленка  +39 – 40оС;   овцы   +38 – 40оС;    свиньи  +38,5 – 40оС;    кролика  +38,5 – 39ОС;    собаки  +38 – 39оС;   курицы  и  индейки  +41оС;  утки и гуся  +41,5оС;  голубя +42оС.

Повышение  или  понижение  температуры  против  этих  норм – признак  заболевания.

 + 36,6оС.                       +38,5 -39оС

               +41 -42оС                                                                                             38,5оС – 39,5оС

                                               Какова  будет  погода?

Определение предстоящей  погоды  имеет  большое  значение    для  повседневной  жизни.  Особенно  для  сельского  хозяйства,  где  заморозки  наносят  огромный  вред.  Предсказать  заморозок – значит  предупредить  растения  от  гибели,  спасти  урожай.  Этим  занимаются  метеорологические  станции.

Садоводу  или  агроному  важно  знать,  какова  будет  погода,  особенно  в  весенние  и  осенние  периоды,  когда  начинают  посевные  работы  или  уборки  урожая.

В  настоящее  время  созданы  автоматические  и  электронные    сигнализаторы заморозков  со  счетно – решающими   устройствами.  Они  измеряют  температуры  воздуха,  производят  сложные  вычисления  и  выдают  предстоящий  прогноз  погоды.   И  эти  прогнозы  погоды  передаются  по  телевидению  для  целой  области  или  региона. Садоводам,  овощеводам  важно  знать  состояние  погоды  на  территории  своего  района.  И  они  для  определения  возможности  наступления  заморозков  пользуются  простым  способом – психрометром  и  таблицей.  Простейший  психрометр  состоит  из  двух  термометров.   Шарик  одного  из  них  обернуто  тканью  или  ватой  и  конец  обмотки  смочена  водой.  Сухой  термометр  измеряет  температуру  воздуха,  а  второй – температуру  ткани  с  водой.  С  помощью  специальной  таблицы,  называемой  психрометрической,  по  разности  показаний  сухого  и  влажного  термометров (психрометрической  разности) определяют  результат.

Таблица  для  определения  возможности  наступления  заморозков.

Заморозка не будет.                   Заморозок возможен                       заморозок будет.

Например:  Смоченный  термометр вечером  показал  +5оС,  а сухой  +9оС,  точка  пересечения  указывает  на  черный  квадрат,  следовательно,  заморозок  будет.

Показания  термометров  сухого  и  смоченного  зависят  от  влажности  воздуха.  Если водяной  пар  в  воздухе  меньше  (ненасыщенный),  то вследствие  испарения  воды  смоченный  термометр  показывает меньшую  температуру,  чем  сухой.  Разница  между  показаниями  термометров  больше,  чем  меньше  относительная  влажность  воздуха.

                                                    Заключение.

Термометрами  измеряют  температуру!  Однако это  еще  не  ответ.  Что  именно  характеризует  температура?  Это  не  так  просто.  В  теории  тепловых  явлений  единственная  основная  величина,  которую  мы  ввели, - это  температура.  В  коже  нашего  тела,  кроме  чувствительных  приемников,  реагирующих  на  соприкосновение  мы  ощущаем  тепла  и  холода.  Руководствуясь  этим,  можно  все  тела  расположить  в  ряд  по  их  способности  вызывать  с  различной  степенью  нагретости  тел – температурой.  В  отличие  от  измерения других  величин  (длина,  время,  массы и. т. д.)  прошло  долгое  время,  прежде  чем  измерить  температуру.  Развитие  методов  измерения  температуры  стало  возможным  лишь  тогда,  когда  была  установлена  зависимость  от  температуры  таких  величин,  как  объем,  давление и. т. д., которые  можно  измерять  непосредственно.  Долгое  время  большой  спор  шел  по  установлению  постоянных  точек  с  фиксированной  температурой.  После  многих  попыток  в  качестве  опорных  точек  были  выбраны  температура  таяния  льда  и  кипения  воды.  Впервые  такое  предложение  сделал  нидерландский  ученый   Христиан  Гюйгенс (1629 -1695)  в  1655 г.  Еще  в  18  веке  М. В. Ломоносов  высказал  предположение  о  том,  что  изменение  скорости  хаотического  движения  молекул связано  с  изменением  температуры.  Понятие  температуры  тела  представляет  на  первый  взгляд  простым  и  понятным.  Из  собственного  повседневного  опыта  каждый  знает,  что  бывают  тела  горячие  и  холодные.  Еще  с  детства  нам  знакомы  выражения  «температура  на  улице»  и  «температура  при заболевании» и т. п.

Температура – основная  физическая величина,  которая  определяет  возможность  теплопередачи  от  одного  тела  к  другому  и  направление  теплопередачи  (тепло  передается  от  более  нагретого  тела  к  менее  нагретому).

                          Использованная  литература:

1.  Учебники  физики  под  редакцией  А. А. Пинского, просвещение  2002 г.

2. Краткий  справочник садовода. Изд.  Колос.  М  1996 г.

3.  М. Я. Куприн.  Физика  в  сельском  хозяйстве, Просвещение,  1995 г.

4. И. В. Ревут. Физика  в  земледелии, М. Физматгиз,  1986 г.

5. Учебники  биологии  (ботаника)    2002 -2009  гг.