Температура, оны өлшеу тәсілдері, температураның шкалалары. Физика, 8 сынып, қосымша материал.

Сабақ тақырыбы: Температура, оны өлшеу тәсілдері, температураның шкалалары

Оқу мақсаты:

• температураны өлшеуді жылулық ұлғаю негізінде сипаттау;
• температураны әр түрлі шкала (Цельсий, Кельвин) бойынша өрнектеу

Теориялық материалдар:

• Дененің ішкі күйін сипаттайтын шама.Молекулалық физикада, оның ішінде термодинамикада температура деп аталатын физикалық шаманың алатын орны зор. Алғашқыда температура ұғымы дененің жылулық дәрежесін көрсету үшін енгізілді. Жылудың түрліше дәрежесі денелер жанасқанда өтетін жылу процесі бойынша ажыратылады. Жылуды беріп жатқан дене ыстығырақ болады, демек, оның температурасы жоғарырақ.
• Тым жоғары қыздырылған дене шамалы қыздырылған денемен түйіскенде, энергияның берілу процесі және бірқатар физикалық параметрлер өзгерісінің оған ілесе жүруі жылу берілу деп аталады. Жылу алмасу нәтижесінде екі дененің де температуралары теңесіп, жылулық тепе - теңдік орнайды. Жылулық тепе - теңдік тек екі дененің жанасуы кезінде ғана емес, бірнеше денелер жанасқанда да пайда болады. Жылулық тепе - теңдік кезінде барлық денелердің температуралары бірдей, сондықтан оны жылулық тепе - теңдік күйінің сипаттамасы деп есептеуге болады. Дене температурасын өлшейтін аспапты - термометр деп атайды.Дене мен термометр арасында жылу берілу процесі жүзеге асырылады.

• Температураны өлшеу үшін денелердің кейбір қасиеттерінің(көлем, газдың қысымы, электрлік кедергі, сәулеленудің жарықтылығы, серпімділік қасиеттері және т.б.) температураға тәуелді өзгерісі пайдаланылады. Егер осы өзгерістер мен темперптура арасында функционалдық тәуелділік болса, онда оларды термометрлерді жасауға пайдаланып, дененің температурасын анықтауға болады. Денелердің температурасын өлшеуге пайдаланылатын заттарды термометрлік денелер деп атайды.Осы күндері температураны өлшеу үшін температуралық шкалалар тобынан практикада үшеуі қолданылады.

• 1724 жылы Ұлыбританияда және Голландияда жұмыс істеген неміс физигі Фаренгейт ұсынған. Реперлік нүктелер:0 F - 1709 жылы ерекше суық қыстың температурасы (бұл температураны мұз, су ерітіндісі мен мүсәтірдің қосындысы арқылы алды), 32 F- мұздыңеру температурасы, адам денесінің қалыпты температурасы - 98 F .Бұл шкала бойынша судың қайнау температурасы - 212 F .Фаренгейт шкаласын АҚШ - да пайдаланады.

1730 жылы француз жаратылыстанушысы Реомюр жасаған. Реперлік нүктелері: 0 Р - мұздың еру температурасы , 80 Р - судың қайнау температурасы .1742 жылы швед астрономы және физигі Цельсий жасаған. Реперлік нүктелері: 0 С - мұздың еру температурасы, 100 С - судың қайнау температурасы .Цельсий шкаласы бойынша алынған температура мен Фаренгейт шкаласы бойынша алынған температураны былай байланыстырады: t С =5/9 (t F - 32), мұндағы 1 F= 5/9 C.

• Денелердің температурасын термометрмен өлшейді. Температураны өлшегенде Цельсий немесе Кельвин шкалалары қолданылады. Температураның өлшем бірлігін градус деп атайды. Цельсий шкаласындағы градус (°С) деп, ал Кельвин шкаласы бойынша - (К) депбелгіленеді. Денелердің температурасы тұрмыста Цельсий шкаласында көрсетілген градуспен (°С) өрнектеледі. Ғылыми зерттеулерде көбіне Кельвин шкаласын (К) пайдаланады. Мұздың еру температурасы Цельсий шкаласынданөл градус (0°С) депалынады. Кельвин шкаласындағы нөл градус (К) Цельсий бойынша минус градуска (-273°С) тең. Бұл гелий газының қатты күйге айналу температурасына сәйкес келеді. Будың суға, одан мұзға айналатыны сияқты, газдарда өте төмен температурада сұйық күйге, одан қатты күйге ауыса алады.
• Көптеген тәжірибелер денелердің температурасы олардың құрамына кіретін молекулалардың қозғалыс жылдамдығына байланысты өзгеретінін дәлелдеді. Мысалы, қант пен тұз суық суға қарағанда ыстық суда тезірек ериді. Оның себебі: ыстық судың молекулалары салкын судың молекуласына қарағанда жылдамырақ қозғалады. Сөйтіп қант бөлшектерін ыстық су молекулалары жиі-жиі соққылап, тездетіп ерітеді. Екі металды түйістіріп, балқыта қыздырсақ, олар бірімен-бірі берік тұтасып қалады. Өйткені молекулалардың қозғалыс жылдамдығы артады да, екі металдың бөлшектерінің бір-біріне өтуі шапшаңдайды. Бұл құбылысты шеберханадағы ұсталар металдарды өңдеп, әр түрлі бұйымдар жасау үшін пайдаланады.
• Тәжірибе нәтижелерін былайша корытындылаймыз: дене молекулаларының қозғалыс жылдамдығы неғұрлым үлкен болса, оның температурасы да соғұрлым жоғары болады. Міне, сондықтан температура дененің немесе заттың жылулық күйін сипаттайтын физикалық шама болып табылады

Ұлғаю мен сығылу — Материалдар кедергісіде заттың бойлық деформация түрлері. Барлық заттар атомдардан тұрады, атомдардың арасындағы арақашықтық температура көтерілгенде немесе төмендегенде ұлғаюы немесе кемуі мүмкін. Сондықтан бұл - температура көтерілген кездегі заттың көлемінің ұлғаю процесі. Температура көтерілгенде молекулалар тербелісінің интенсивтілігі және заттың молекулаларының арасындағы арақашықтық артады. Осы кезде көлем ұлғаяды. Ал сығылу - керісінше, температура төмендеген кезде заттың көлемінің кішіреюі.

• Заттың ұлғаюы заттың тегіне тәуелді. Қатты денелерде молекулалар өздерінің орындарында тұрып әлсіз тербеледі, себебі олардың молекулалары бір-біріне өте тығыз орналасқан. Сондықтан денелер ұлғаяды. Сұйықтардың молекулалары бір-біріне қатты дене молекулалары сияқты тығыз орналаспаған, сол себепті сұйықтар көбірек ұлғая алады. Газдардың молекулалары бір-бірінен алыс орналасқан. Температураның көтерілуі газ молекулаларын жылдам қозғалта бастайды және көп есе ұлғаяды.
• Температура көтерілгенде кинетикалық энергия артады. Кинетикалық энергияның артуы заттағы молекулалардың қозғалыс жылдамдығын арттырады. Молекулалардың қозғалуы үшін кеңістік қажет, яғни зат ұлғаяды. Температура 1 градусқа көтерілгенде бірлік ұзындықтың кез келген бағытта ұлғаюы заттың сызықтық ұлғаю коэффиценті деп аталады. Сұйықтарда сызықтық ұлғаю қарастырылмайды. Оның орнына көлемнің ұлғаюын толығымен қарастыруға болады. Кез келген сұйықтағы температураның 1 градусқа көтерілуі кезінде бірлік көлемнің ұлғаюын коэффиценті деп атайды. Газдардың молекулалары бір-бірінен өте алыс орналасқан. Сондықтан газдар температура көтерілгенде өте көп ұлғаяды. Қалыпты температурада барлық газдардың ұлғаю коэффиценті шамамен бірдей деп айтуға болады. Кельвин шкаласы немесе абсолюттік шкала газдардың осы қасиетінің негізін де ойлап табылған.

10. Физикада теориялық зерттеулер үшін температуралардың термодинамикалық шкаласы немесе абсолют температуралық шкала деп аталатын шкала пайдаланылады. Алғаш рет мұндай шкаланы 1848 ж. Ағылшын физигі У.Томсон (лорд Кельвин) ұсынды, бұл шкала оның атымен Кельвин шкаласы деп аталады.

Абсолют температуралық шкалада екінші нүкте үшін судың бір мезгілде үш күйде(қатты, сұйық және газ тәрізді) болатын температурасы қабылданады. Мұндай күй үштік нүкте деп аталады және ол Цельсий шкаласы бойынша t =0,010 С температураға сәйкес келеді.

11. Термодинамикалық шкала бойынша судың үштік нүктедегі температурасы 273,15 бірлікке тең деп қабылданды.

Абсолют температура бірлігіне мөлшері Цельсий шкаласындағы бір градусқа тең бір кельвинді (1К) қабылдау шартты түрде келісілді: 1К=10 ^оС

Олай болсатемпературалар арасындағы шкалалар айырымы: Т-t = 273,150 -ке тең болады.

Т= ( t + 273,15 ) К t = ( T – 273,15 ) ⁰С

Абсолют шкала бойынша нөл ( абсолют нөл) мынаған тең: 0 К = - 273,150 ^оС

12. Күнделікті тұрмыста кең қолданылатын сұйық термометрлерде біз 1742ж. Швед физигі Цельсийдің енгізген шкаласын пайдаланамыз. Оның тірек нүктелеріндегі 0 және 100 сандары үшін судың қату және қайнау температурасы алынады. Температураны сұйық термометрлермен өлшеу үшін жұмыстық дене ретінде сынап (-35⁰ С-тан 750⁰ С-қа дейін), спирт (-80⁰ С-тан 70⁰С-қа), пентан (-200⁰ С-тан 35⁰ С-қа дейін), глицерин (-50⁰ С-тан 100⁰ С-қа дейін) пайдаланылады.

Пайдалы ссылкалар

Температура https://www.youtube.com/watch?v=pJdlgH0SrnY

Ұлғаю және сығылу:https://www.twig-bilim.kz/kz/film/expansion-and-contraction

Термометр жасау :https://www.youtube.com/watch?v=eENv_oZbWPQ

Сынапты термометрмен жұмыс жасағанда қауіпсіздік ережесін ескеру: https://www.youtube.com/watch?v=dwTuJukey2A