Что измеряет термометр физика 8 класс: Термометры физика 8 класс Романова А.П., лицей № 590

Конспект урока по физике для 8 класса по теме: «Температура»

Дата_____

Класс: 8

Тема урока: Температура. Способы её измерения. Термометры. Температурные шкалы.

Цель: ввести понятие температуры; познакомить учащихся со способами ее измерения, познакомить учеников  с принципом действия термометра и основными температурными шкалами;

развитие научного мышления учащихся, познавательных и творческих способностей, любознательности и интереса к явлениям природы, осознанных мотивов учения;

воспитание ответственности, научной и экологической культуры, понимания социальной роли физической науки.

Тип урока: изучение нового материала

Метод обучения: словесный, практический

Ход урока

1. Организационный момент.

2. Изучение нового материала.

Самостоятельная работа в группах.

Три группы составляют ментальную карту:

1 группа: температура, теплообмен, тепловое равновесие.

2 группа: термометр

3 группа: шкалы

Дополнительный материал для учащихся:

Для объектив­ности измерений температуры были созданы ‘различного рода термометры.

Нетрудно убедиться, что при повышении температуры газа возрастает его давление на стенки сосуда.

Первый прибор для объективной оценки температуры был изобретен Гали­леем в 1592 г. Термоскоп Галилея был очень чувствителен к изменению тем­пературы. Газовые термометры используются в науке в качестве образцового прибора, по которому градуируются все остальные термометры.

Самое широкое применение на практике приобрели жидкостные термо­метры, в которых для регистрации температуры используется тепловое расширение жидкости. Чаще всего для этих целей используют ртуть или подкрашенный спирт.

Демонстрируются два термометра, обращают внимание на устройство медицинского термометра, и на диапазон температур. Формулируются пра­вила, обеспечивающие сохранность термометра и правильность измерений.

1) Определить, в каких диапазонах температур можно производить из­мерения с помощью данного термометра.

2) Определить цену деления шкалы и определить, с какой точностью можно измерить температуру с помощью данного термометра.

Совершенствованием термометров занимались много ученых. Каждый из них создавал свою шкалу. Некоторые из этих шкал широко распростра­нялись, другие, наоборот, быстро забылись.

В настоящее время в большинстве стран для научных и практических целей используется Международная практическая температурная шкала.

За нуль принимается температура плавления льда при нормальном ат­мосферном давлении (101,325 Па). Температуре кипения дистиллирован­ной воды при нормальном атмосферном давлении приписывается значение 100 градусов. Шкала делится на 100 равных частей — градусов, каждый градус можно вновь поделить на равные доли.

Во Франции (и до революции в России) применялась шкала Реомюра, предложенная французским естествоиспытателем Р. Реомюром в 1730 г. В Англии и США до сих пор используется шкала Фаренгейта. Кипение воды по шкале Реомюра равно 80 °R, по шкале Фаренгейта 212 Т. Такой произ­вольный выбор нуля температур существенно усложняет теоретические выводы, приводит к громоздким формулам и ненужным вычислениям.

У. Томсон в 1848 г. (получивший впоследствии за научные заслуги ти­тул лорда Кельвина) предложил ввести новую шкалу температур, которая называется абсолютной. Нулевой уровень -273,15 °С.

Важно отметить, что любое измерение температуры требует времени. Время необходимо для того, чтобы термометр мог войти в состояние теп­лового равновесия с телом, температуру которого мы измеряем.

Фактически термометр показывает собственную температуру, которая в состоянии теплового равновесия равна температуре тела.

Вывод: температура — это физическая характеристика состояния веще­ства, определяемая средней кинетической энергией хаотичного движения частиц вещества. С ростом температуры растет их средняя кинетическая энергия.

Термометры были придуманы за много лет до того момента, когда люди поняли, что именно они измеряют. Врачи были первыми, кому понадобилась сравнительная шкала «теплоты тела». Они давно заметили, что здоровье человека связано с «теплотой» его тела и что лекарства способны изменить это «качество», привнося с собой теплоту или холод. Лекарствам приписывалось охлаждающее или согревающее действие, и степень этого действия определялась градусами (от латинского gradus — шаг, ступень). Для получения разных градусов лекарства смешивали между собой, образуя температуру (от латинского temperatura — смесь).

Таким образом, для обозначения теплового действия лекарств исторически сложились термины «температура» и «градус», которые позже были распространены на все тепловые явления.

Для практических  нужд людей потребовались измерители температуры — термометры, первые образцы которых появились в конце XVI в. Один из первых термометров (термоскопов), предложенный Галилео Галилеем в 1592 г., состоял из стеклянного шара, наполненного воздухом, который был заперт столбиком воды  

Высота столбика зависела от атмосферного давления, которое, в свою очередь, зависело от температуры и других параметров, поэтому для измерений такой термометр малопригоден. При повышении температуры в сосуде уровень жидкости в нем опускался, а при охлаждении — поднимался.

Исаак Ньютон в работе «О шкале степеней тепла и холода», опубликованной в 1701 г., описал 12-градусную шкалу. Нуль он поместил в точке замерзания воды, а 12° отвечали температуре тела здорового человека.

Первая современная шкала была описана в 1724 г. Даниелем Фаренгейтом, стеклодувом из Голландии. Самую низкую температуру он получал, смешивая лед, поваренную соль и нашатырь. Температуру второй опорной точки Фаренгейт выбрал, погружая термометр в смесь воды и льда. Интервал между двумя опорными точками он разделил на 32 равные части. Нормальная температура тела человека по шкале Фаренгейта составила 96°, температура кипения воды — 212°. В настоящее время эта температурная шкала используется в США.

Другая шкала температур была предложена шведским физиком Андерсом Цельсием в 1742 г. Шкала Цельсия точно устанавливала положение двух точек — температуры плавления льда (0°) и температуры кипения воды (100°), расстояние между которыми было разделено на сто равных частей.

Между температурами, выраженными в градусах Цельсия (°С) и Фаренгейта (°F), существует следующая связь. 

К началу XIX в. термометр стал обычным бытовым прибором, но единого мнения о том, что именно он измеряет, еще не было, поскольку понятия «температура» и «теплота» были перепутаны в представлениях естествоиспытателей.

Поскольку не существует вещества с «идеальными» термометрическими свойствами в достаточно широком интервале температур, то и «идеальный» термометр построить нельзя — все они обладают и достоинствами, и недостатками.

Подчеркнем, что развитие термодинамики позволило установить физический смысл температуры как универсального термометрического параметра, не зависящего от свойств конкретного вещества.

1. Закрепление

Упражнение 1. №1,2,3,4,7,8

1. Подведение итогов. Домашнее задание

§ 2 учебника, упр.1 № 5,6

VI. Рефлексия

• Что нового, интересного вы узнали сегодня на уроке?

• Какие понятия должны запомнить?

• Что понравилось на уроке? Почему?

• Что не понравилось

Лист оценивания.

Критерии оценивания ментальной карты:

1.наглядно- 3 балла

2.доступно- 4 балла

Итого:

16-19 баллов оценка — «5»

12-15баллов оценка — «4»

9-11 баллов оценка — «3»

1-8 баллов оценка — «2»

История термометра | Наука и жизнь

Термометр, так глубоко вошедший в наш быт, имеет свою весьма занимательную историю.

Рис. 1. Слева — воздушный термометр Галилея; справа — аналогичный термометр Ван-Дреббеля. Рис. 2. Усовершенствованный термометр Ван-Дреббеля. Рис. 3. Термометр флорентийских академиков.

Рис. 4. Термометр с очень длинной, причудливо изогнутой трубкой.

Рис. 5. Термометр со стеклянными поплавками — «картезианскими водолазами». Рис. 6. Термометр в виде черепахи для измерения подмышкой температуры человеческого тела.

Рис. 7. Схема устройства болометра.

‹

›

Открыть в полном размере

Идея создания прибора для измерения температуры впервые возникла у голландского естествоиспытателя Ван-Гельмонта (1577—1644), а первый «термометр» был сконструирован итальянским физиком Галилеем в 1597 г. Он состоял из стеклянной трубочки с шаровидным расширением на одном конце. В открытое горлышко трубки была введена капелька ртути. При изменении температуры воздуха внутри шарика ртутная «пробка» соответственно то поднималась, то опускалась.

Однако фактическим изобретателем термометра считают голландца Ван-Дреббеля (1572—1632). Его заслуга в том, что он использовал для своего прибора способность газов значительно изменять свой, объем при относительно малых колебаниях температуры. Он взял довольно большой сосуд, до половины наполненный водой, и стеклянную трубочку с шарообразным расширением на одном ее конце. Её закупоренный конец был опущен под воду и там открыт. В результате вода осталась только в части трубки. При нагревании шара, вследствие расширения находившегося в нем воздуха, наблюдалось понижение уровня воды в трубке, и наоборот.

В дальнейшем Ван-Дреббель упростил свой термометр, причем введение воды в коленчатую трубку производилось путем сильного нагревания шара и последующего его охлаждения.

Вскоре ввиду относительно высокой температуры замерзания вода была заменена смесью из трех частей воды и одной части азотной кислоты. Для окрашивания сюда добавляли немного медного купороса. Хотя такие термометры были весьма чувствительны, однако они, в сущности, являлись «баротермоскопами», т. с. приборами, показания которых зависели от изменений атмосферного давления.

Первый термометр в современном смысле слова был сконструирован во Флорентийской академии (Италия). Он состоял из стеклянной трубочки, закрытой наверху и соединенной нижним концом со стеклянным полым шариком. Термометрической жидкостью служил подкрашенный винный спирт. Для наполнения резервуара шарик термометра сильно нагревали, в результате чего воздух разрежался настолько, что большая его часть выходила наружу. Затем открытый конец трубки погружали в окрашенный спирт, который поднимался в ней и заполнял не только ее, но и шарик. После этого термометр охлаждали так, чтобы осталась пустой приблизительно половина трубки, и запаивали открытый ее конец.

Это было слишком сложно.

В дальнейшем прибор наполняли окрашенным спиртом настолько, чтобы спирт заполнил приблизительно четверть длины трубки, и нагревали до тех пор, пока жидкость не поднималась почти до верхушки трубки (при предельно выкачанном воздухе), и тотчас же трубку запаивали. Изготовленные таким путем термометры были почти так же чувствительны, как и современные.

Значительно позже обнаружили, что размеры шарика резервуара не должны быть слишком большими, а кроме того, — что теплота должна передаваться, по мере возможности, его центральной частью. В результате появились термометры, сплющенные настолько причудливо, что они напоминали, по выражению современника, «даму, играющую в трик-трак». Для компактности вместо прямолинейных трубок применяли изогнутые несколько раз причем каждый физик делал их по-своему: флорентийские академики помещали ноль своей шкалы против того места, где устанавливался столбик жидкости термометра, поставленного в подвале их обсерватории. Другие принимали за ноль температуру максимальных зимних морозов. В термометрах того времени отмечали также деление «жарко», определяя его прикладыванием к руке лихорадочного больного в моменты пароксизмов или подвергая действию прямых лучей солнца в один из наиболее знойных летних дней.

В середине XVII в. известный физик Роберт Бойль (1627—1691) предложил принять за исходную точку температуру замерзания воды. Однако вскоре обнаружили, что для построения шкалы одной исходной точки недостаточно. Делансэ в своем труде о теплоте писал:

«Надо зимой проследить процесс замерзания воды и сделать на шкале термометра соответствующую пометку. Положите немного сливочного масла на шарик того же термометра и сделайте на его шкале вторую пометку против верхушки столбика в момент плавления масла. Расстояние на шкале между полученными двумя пометками разделите пополам и получите место третьей пометки — средней температуры между холодом и жаром. Каждый из полученных двух интервалов а свою очередь разделите на десять равных частей, кроме того, нанесите по четыре таких же деления ниже точки замерзания воды и выше точки плавления масла. В результате получите пятнадцать делений для холода и столько же для тепла».

Для повышения чувствительности термометров старались максимально увеличить длину трубок, которая доходила до 1 м! Однако такие термометры были слишком громоздки, и их перевозка была затруднительна. Поэтому пытались уменьшить, габарит термометров, делая ряд изгибов трубки.

В 1694 г. Шарль Ренальдини в Павии (Италия) изготовил термометр, нулевое деление которого было установлено после помещения шарика в смесь воды со льдом; вторая пометка соответствовала температуре кипящей воды. Ньютон (1643—1727) для установления верхней точки брал не спирт, а льняное масло, имеющее более высокую точку кипения. Его шкала состояла из шести делений, соответствовавших следующим температурам: 1° — тающего льда, 2° — человеческой крови, 3° — плавления воска, 4° — кипения воды, 6° — плавления сплава свинца, висмута и олова и 6° — плавления чисто свинца.

В середине XVII в. появилось несколько весьма интересных термометров. Один из них назывался «Картезианским водолазом» и состоял из продолговатого хрустального сосуда длиной 10—12 см и диаметром около 5 см. Этот сосуд герметически закрыт, и только в верхней его части имеется небольшое количество воздуха. Остальное пространство заполнено разбавленным спиртом, в котором плавают 10—12 маленьких шариков разного веса, имеющих форму слезы и изготовленных из тонкого дутого стекла и наполненных воздухом. При достаточном понижении температуры эти шарики всплывают на поверхность жидкости, а при повышении температуры окружающего пространства снова погружаются в жидкость на разную глубину. При очень высокой температуре все шарики опускаются на дно хрустального сосуда.

Делансэ по поводу такого термометра отметил: «Благодаря ему стало возможным обнаруживать усиление и ослабление лихорадки». Для этой цели были изготовлены специальные термометры аналогичного типа, имевшие форму маленькой черепахи, чтобы их было удобно вкладывать подмышку.

В процессе дальнейшего усовершенствования термометров особенно важным моментом была замена спирта ртутью, обладающей следующим основными преимуществами: она — хороший проводник тепла и быстро реагирует на перемены температуры окружающего пространства, не замерзает при обычных низких температурах и не кипит при сравнительно высоких, не смачивает стекла.

Голландский физик Даниэль Фаренгейт (1686—1736) впервые сконструировал (1714 г. ) сравнимые термометры, использовав для них в качестве термометрической жидкости винный спирт. Ноль был поставлен против верхушки столба спирта при погружении резервуара в замораживающую смесь определенных количеств льда, воды и морской соли. Температура тающего льда по шкале Фаренгейта 32°. Кроме того, имеется еще третья постоянная точка, соответствующая нормальной температуре здорового человека, измеряемой во рту или подмышкой. В дальнейшем Фаренгейт внес в свой термометр два существенных улучшения: третьей точкой он установил температуру кипящей воды (212°) и заменил спирт ртутью. Шкала Фаренгейта и теперь применяется в Англии и США. Чтобы перевести градусы Фаренгейта в современные градусы Цельсия, надо из данного числа вычесть 32 и полученный остаток помножить на 5/9. И, наоборот, для перевода градусов Цельсия в градусы Фаренгейта число их следует помножить на 9/5 и к произведению прибавить 32. Французский физик Рене Антуан Реомюр изготовил в 1730 г. термометры с жидкостью, состоявшей из такой смеси воды со спиртом, что объем ее увеличивался в отношении 80/1000 при изменении температуры от ноля (тающий лед) до 80° (кипящая вода). Промежуток между этими отметками был разделен на 80 равных частей. Термометры Реомюра быстро распространились во Франции и Италии, однако качество их было хуже, чем ртутных.

Для этого периода характерно многообразие типов термометров и шкал: почти в каждой стране имелись свои,. Так например, Королевское физическое о-во в Лондоне применяло термометры со шкалой Реомюра, причем наряду с цифрами градусов была проставлены словесные обозначения, а именно: против 0 стояло «Очень жарко», 25° — «Жарко», 45° — «Умеренно» и 65° — «Мороз». Порядок обозначений был обратный— чем больше число градусов, тем ниже температура.

Последнее усовершенствование обозначений шкалы свел шведский ученый Андерс Цельсий (1701— 1744), предложивший деление всей шкалы на 100 градусов и указавший «а необходимость только двух постоянных точек — таяния льда и кипения воды. Эта конструкция термометров принята повсеместно и до сих пор применяется в науке и технике, а также и в повседневной жизни.

Измерение более высоких температур, неосуществимое ртутными термометрами (свыше 300°), производят специальными приборами — «пирометрами», основанными на измерении оптических или электрических свойств некоторых тел. Электрические пирометры бывают двух видов: одни основаны на изменении сопротивления проводников пропорционально повышению или понижению температуры, а другие — на изменении напряжения термоэлектрических токов.

Измерение еще больших температур, недоступное этим двум типам пирометров, производят приборами, основанными на измерении излучения накаленного тела. Различают два типа таких пирометров: оптический, при котором сравнивают интенсивность излучения данного тела с интенсивностью нормального излучателя, и радиационный, измеряющий общее количество энергии, излученное накаленным телом. Пользуясь такими пирометрами, можно измерять температуры до 2000°.

Для особо точных измерений температур служат так называемые «болометры» — чрезвычайно чувствительные приборы, основанные на измерении сопротивления тонкой платиновой проволоки при изменениях температуры. С помощью болометра удается измерять температуры менее одной миллионной доли градуса. В этом приборе изменения сопротивления металлической нити измеряют при помощи мостика Унтстона. Пределы применения болометра: абсолютный нуль — 273° и температура плавления платины — около 3000°.

La nature 1937, № 3015, 15/ХII.

Учебное пособие по физике

У всех нас есть чувство того, что такое температура. У нас даже есть общий язык, который мы используем для качественного описания температуры. Вода в душе или ванне кажется горячей, холодной или теплой. Погода снаружи холодная или парная . Мы, конечно, хорошо чувствуем, насколько одна температура качественно отличается от другой температуры. Мы не всегда можем прийти к единому мнению о том, является ли температура в помещении слишком высокой, слишком низкой или идеальной. Но мы, вероятно, все согласимся, что у нас есть встроенные термометры для качественных суждений об относительных температурах.

Что такое температура?

Несмотря на наше встроенное чувство температуры, она остается одним из тех понятий в науке, которым трудно дать определение. Кажется, что обучающая страница, посвященная теме температуры и термометров, должна начинаться с простого определения температуры. Но именно в этот момент я поставил в тупик . Поэтому я обращаюсь к знакомому ресурсу Dictionary.com… где я нахожу определения, которые варьируются от простых, но не слишком поучительных, до слишком сложных, чтобы быть поучительными. Рискуя плюхнуться животом в бассейн просветления, я приведу здесь некоторые из этих определений:

• Степень тепла или холода тела или окружающей среды.
• Мера теплоты или холодности объекта или вещества по отношению к некоторому стандартному значению.
• Мера средней кинетической энергии частиц в образце вещества, выраженная в единицах или градусах по стандартной шкале.
• Мера способности вещества или, в более общем смысле, любой физической системы передавать тепловую энергию другой физической системе.
• Любая из различных стандартных числовых мер этой способности, таких как шкала Кельвина, Фаренгейта и Цельсия.

Наверняка нас устраивают первые два определения — степень или мера того, насколько объект горячий или холодный. Но такие определения не способствуют нашему пониманию температуры. Третье и четвертое определения, которые ссылаются на кинетическую энергию частиц и способность вещества передавать тепло, являются точными с научной точки зрения. Однако эти определения слишком сложны, чтобы служить хорошей отправной точкой для обсуждения температуры. Так что мы смиримся с определением, аналогичным пятому из перечисленных — температуру можно определить как показание термометра. Следует признать, что этому определению не хватает силы, необходимой для выявления столь желанного Ага! Теперь я понимаю! момент. Тем не менее, он служит отличной отправной точкой для этого урока о тепле и температуре. Температура – это то, что показывает термометр. Чем бы ни измерялась температура, она отражается показаниями термометра. Так как именно работает термометр? Как это надежно метра независимо от того, что температура является мерой?

Как работает термометр

Сегодня существует множество типов термометров. Тип, с которым большинство из нас знакомо на уроках естествознания, состоит из жидкости, заключенной в узкую стеклянную колонку. В старых термометрах этого типа использовалась жидкая ртуть. В ответ на наше понимание проблем со здоровьем, связанных с воздействием ртути, в этих типах термометров обычно используется какой-либо жидкий спирт. Эти жидкостные термометры основаны на принципе теплового расширения. Когда вещество нагревается, оно увеличивается в объеме. Почти все вещества демонстрируют такое поведение при тепловом расширении. Это основа конструкции и работы термометров.

При повышении температуры жидкости в термометре увеличивается его объем. Жидкость заключена в высокую узкую стеклянную (или пластиковую) колонку с постоянной площадью поперечного сечения. Таким образом, увеличение объема происходит из-за изменения высоты жидкости внутри колонны. Увеличение объема и, следовательно, высоты столба жидкости пропорционально повышению температуры. Предположим, что повышение температуры на 10 градусов вызывает увеличение высоты столба на 1 см. Тогда повышение температуры на 20 градусов приведет к увеличению высоты столба на 2 см. А повышение температуры на 30 градусов приведет к увеличению высоты столба на 3 см. Зависимость между температурой и высотой столбика является линейной в небольшом диапазоне температур, для которого используется термометр. Эта линейная зависимость делает калибровку термометра относительно простой задачей.

Калибровка любого измерительного инструмента включает в себя размещение делений или меток на инструменте для точного измерения количества по сравнению с известными стандартами. Любой измерительный инструмент, даже измерительный стержень, должен быть откалиброван. Инструмент нуждается в делениях или маркировке; например, метровая линейка обычно имеет маркировку через каждые 1 см или через 1 мм. Эти маркировки должны быть точно нанесены, и о точности их размещения можно судить только при сравнении с другим объектом, о котором точно известно, что он имеет определенную длину.

Термометр калибруется с использованием двух объектов с известными температурами. Типичный процесс включает использование точки замерзания и точки кипения чистой воды. Известно, что вода замерзает при 0°С и кипит при 100°С при атмосферном давлении 1 атм. Поместив термометр в смесь ледяной воды и позволив жидкости термометра достичь стабильной высоты, на термометре можно поставить отметку 0 градусов. Точно так же, поместив термометр в кипящую воду (при давлении 1 атм) и позволив уровню жидкости достичь стабильной высоты, на термометре можно поставить отметку в 100 градусов. С этими двумя отметками, размещенными на термометре, между ними можно разместить 100 равноотстоящих делений, чтобы представить отметки в 1 градус. Поскольку существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости, деления между 0 градусами и 100 градусами могут быть расположены на одинаковом расстоянии друг от друга. С помощью откалиброванного термометра можно точно измерить температуру любого объекта в пределах температурного диапазона, для которого он был откалиброван.

Температурные весы

В результате описанного выше процесса калибровки термометра получается так называемый стоградусный термометр. Стоградусный термометр имеет 100 делений или интервалов между нормальной точкой замерзания и нормальной точкой кипения воды. Сегодня стоградусная шкала известна как шкала Цельсия, названная в честь шведского астронома Андерса Цельсия, которому приписывают ее разработку. Шкала Цельсия является наиболее распространенной температурной шкалой, используемой во всем мире. Это стандартная единица измерения температуры почти во всех странах, за исключением США. Используя эту шкалу, температура 28 градусов Цельсия обозначается аббревиатурой 28°C.

В Соединенных Штатах традиционно медленно переходят к метрической системе и другим общепринятым единицам измерения, однако чаще используется температурная шкала Фаренгейта. Термометр можно откалибровать по шкале Фаренгейта аналогично тому, как это было описано выше. Разница в том, что нормальная точка замерзания воды обозначена как 32 градуса, а нормальная точка кипения воды обозначена как 212 градусов по шкале Фаренгейта. Таким образом, при использовании шкалы Фаренгейта между этими двумя температурами имеется 180 делений или интервалов. Шкала Фаренгейта названа в честь немецкого физика Даниэля Фаренгейта. Температура 76 градусов по Фаренгейту обозначается аббревиатурой 76°F. В большинстве стран мира вместо шкалы Фаренгейта используется шкала Цельсия.

Температура, выраженная по шкале Фаренгейта, может быть преобразована в эквивалент шкалы Цельсия с помощью следующего уравнения:

°C = (°F — 32°)/1,8 Эквивалент шкалы Фаренгейта с использованием приведенного ниже уравнения:

°F = 1,8•°C + 32°

Температурная шкала Кельвина

Хотя шкалы Цельсия и Фаренгейта являются наиболее широко используемыми температурными шкалами, существует несколько других шкал, которые использовались на протяжении всей истории. Например, есть шкала Ренкина, шкала Ньютона и шкала Ромера, которые редко используются. Наконец, есть температурная шкала Кельвина, которая является стандартной метрической системой измерения температуры и, возможно, наиболее широко используемой среди ученых температурной шкалой. Температурная шкала Кельвина похожа на температурную шкалу Цельсия в том смысле, что между нормальной точкой замерзания и нормальной точкой кипения воды есть 100 равных приращений градусов. Однако нулевая отметка по шкале Кельвина на 273,15 единицы холоднее, чем по шкале Цельсия. Таким образом, температура 0 Кельвинов эквивалентна температуре -273,15 °C. Обратите внимание, что в этой системе не используется символ градуса. Таким образом, температура на 300 единиц выше 0 градусов Кельвина называется 300 градусов Кельвина, а не 300 градусов Кельвина; такая температура обозначается аббревиатурой 300 K. Преобразование между температурами Цельсия и температурами Кельвина (и наоборот) может быть выполнено с использованием одного из двух приведенных ниже уравнений.

°C = K — 273,15°

K = °C + 273,15

Нулевая точка на шкале Кельвина называется абсолютным нулем. Это самая низкая температура, которую можно достичь. Концепция абсолютного температурного минимума была выдвинута шотландским физиком Уильямом Томсоном (он же лорд Кельвин) в 1848 году. Томсон на основе термодинамических принципов предположил, что самая низкая температура, которая может быть достигнута, составляет -273°C. До Томсона экспериментаторы, такие как Роберт Бойль (конец 17 века), хорошо знали о наблюдении, что объем (и даже давление) образца газа зависит от его температуры. Измерения изменений давления и объема при изменении температуры могут быть выполнены и нанесены на график. Графики объем-температура (при постоянном давлении) и давление-температура (при постоянном объеме) отражали один и тот же вывод — объем и давление газа уменьшаются до нуля при температуре -273°С. Поскольку это самые низкие значения объема и давления, которые возможны, разумно заключить, что -273°C была самой низкой возможной температурой.

Томсон назвал эту минимальную самую низкую температуру абсолютным нулем и утверждал, что следует принять температурную шкалу, в которой абсолютный ноль является самым низким значением на шкале. Сегодня эта температурная шкала носит его имя. Ученым и инженерам удалось охладить материю до температуры, близкой к -273,15°C, но не ниже ее. В процессе охлаждения вещества до температуры, близкой к абсолютному нулю, наблюдался ряд необычных свойств. Эти свойства включают сверхпроводимость, сверхтекучесть и состояние вещества, известное как конденсат Бозе-Эйнштейна.

Температура – ​​это то, что показывает термометр. Но что именно является отражением температуры? Концепция температуры абсолютного нуля весьма интересна, а наблюдение замечательных физических свойств образцов вещества, приближающихся к абсолютному нулю, заставляет задуматься над этой темой более глубоко. Происходит ли что-то на уровне частиц, связанное с наблюдениями, сделанными на макроскопическом уровне? Есть ли что-то более глубокое в температуре, чем просто показания термометра? Что происходит на уровне атомов и молекул при повышении или понижении температуры образца вещества? Эти вопросы будут рассмотрены на следующей странице урока 1.  9.0010

Проверьте свое понимание

1. При обсуждении калибровки термометра упоминалось, что существует линейная зависимость между температурой и высотой жидкости в столбике. Что, если связь не была линейной? Можно ли было бы калибровать термометр, если бы температура и высота столба жидкости не были связаны линейной зависимостью?

2. Какое приращение температуры меньше — градус Цельсия или градус Фаренгейта? Объяснять.

3. Выполните соответствующие преобразования температуры, чтобы заполнить поля в таблице ниже.

	Цельсия (°)	Фаренгейты (°F)	Кельвин (К)
а.
б.		212
в.
д.		78
эл.		12

Следующий раздел:

Перейти к следующему уроку:

Заметки о температуре и ее измерении

Температура

Температура есть мера степени нагревания тела. Единицей температуры в системе СИ является кельвин (К). Но температура также измеряется в шкалах Цельсия (°C) или Фаренгейта (°F). Прибор, используемый для измерения температуры, называется термометром.

Термометр

Термометр используется для измерения температуры объекта. Галилей изобрел элементарный водяной термометр в 1593 году. Он назвал это устройство термоскопом. Однако эта форма оказалась неэффективной, так как вода замерзала при низких температурах. В 1714 году Габриэль Фаренгейт изобрел современный ртутный термометр. Термометр состоит из длинной узкой однородной стеклянной трубки, называемой стержнем. Шкалы, по которым измеряется температура, нанесены на стержень. На конце стержня есть небольшая колба, в которой содержится ртуть. Внутри стеклянного стержня находится капиллярная трубка, в которой ртуть расширяется, когда колба находится в контакте с горячим телом. Ртуть токсична, и ее очень трудно утилизировать, когда градусник разбился. Так, в настоящее время для измерения температуры используются цифровые термометры, так как они не содержат ртути.

Типы термометров

Существуют различные типы термометров для измерения температуры различных вещей, таких как воздух, наши тела, продукты питания и многое другое. Существуют клинические термометры, лабораторные термометры, термометры Galileo, термометры максимум-минимум и цифровые дистанционные термометры. Среди них обычно используемыми термометрами являются клинические термометры и лабораторные термометры.

Клинический термометр

Эти термометры используются для измерения температуры тела человека, дома, в поликлиниках и больницах. Все медицинские термометры имеют перегиб, который предотвращает попадание ртути обратно в колбу, когда термометр вынимают изо рта пациента, чтобы можно было удобно отмечать температуру. По обеим сторонам ртутной нити находятся температурные шкалы, одна по шкале Цельсия, а другая по шкале Фаренгейта. Поскольку шкала Фаренгейта более чувствительна, чем шкала Цельсия, температура тела измеряется только в °F. Клинический термометр показывает температуру от минимум 35 °C или 9от 4 °F до максимум 42 °C или 108 °F.

Меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при использовании клинического термометра

     •  Термометр следует промывать до и после использования, предпочтительно антисептическим раствором.
     •  Несколько раз дерните термометр, чтобы уровень ртути понизился.
     •  Перед использованием уровень ртути должен быть ниже 35 °C или 94 °F.
     •  Не держите термометр за колбу.
     •  Держите уровень ртути на линии прямой видимости, а затем снимите показания.
     •  Бережно обращайтесь с термометром. Если он ударится о какой-нибудь твердый предмет, он может сломаться.
     •  Не помещайте термометр в горячее пламя или на палящее солнце.

Лабораторные термометры
Лабораторные термометры используются для измерения температуры в школах и других лабораториях для научных исследований. Они также используются в промышленности, поскольку могут измерять температуры выше, чем те, которые могут регистрировать клинические термометры. Стержень и колба лабораторного термометра длиннее, чем у клинического термометра, и в лабораторном термометре нет перегиба. Лабораторный термометр имеет только шкалу Цельсия в диапазоне от -10 °C до 110 °C.

Меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при использовании лабораторного термометра
     •  Не наклоняйте термометр во время измерения температуры. Поместите его вертикально.
     •  Обратите внимание на показания только тогда, когда колба была окружена веществом со всех сторон.

Преобразование температур по Цельсию и по Фаренгейту
Шкалы по Цельсию и по Фаренгейту связаны следующим образом.

 C5 = F — 329, где C и F — температуры, измеренные в шкалах Цельсия и Фаренгейта соответственно. Отношение между температурами в градусах Цельсия и Кельвина определяется соотношением

К = С + 273, где К – температура в градусах Кельвина.

Резюме

Температура

Температура – ​​это мера степени нагревания тела. Единицей температуры в системе СИ является кельвин (К). Но температура также измеряется в шкалах Цельсия (°C) или Фаренгейта (°F). Прибор, используемый для измерения температуры, называется термометром.

Термометр

Термометр используется для измерения температуры объекта. Галилей изобрел простейший водяной термометр в 159 г. 3. Он назвал это устройство термоскопом. Однако эта форма оказалась неэффективной, так как вода замерзала при низких температурах. В 1714 году Габриэль Фаренгейт изобрел современный ртутный термометр. Термометр состоит из длинной узкой однородной стеклянной трубки, называемой стержнем. Шкалы, по которым измеряется температура, нанесены на стержень. На конце стержня есть небольшая колба, в которой содержится ртуть. Внутри стеклянного стержня находится капиллярная трубка, в которой ртуть расширяется, когда колба находится в контакте с горячим телом. Ртуть токсична, и ее очень трудно утилизировать, когда градусник разбился. Так, в настоящее время для измерения температуры используются цифровые термометры, так как они не содержат ртути.

Типы термометров

Существуют различные типы термометров для измерения температуры различных вещей, таких как воздух, наши тела, продукты питания и многое другое. Существуют клинические термометры, лабораторные термометры, термометры Galileo, термометры максимум-минимум и цифровые дистанционные термометры. Среди них обычно используемыми термометрами являются клинические термометры и лабораторные термометры.

Клинический термометр

Эти термометры используются для измерения температуры тела человека, дома, в поликлиниках и больницах. Все медицинские термометры имеют перегиб, который предотвращает попадание ртути обратно в колбу, когда термометр вынимают изо рта пациента, чтобы можно было удобно отмечать температуру. По обеим сторонам ртутной нити находятся температурные шкалы, одна по шкале Цельсия, а другая по шкале Фаренгейта. Поскольку шкала Фаренгейта более чувствительна, чем шкала Цельсия, температура тела измеряется только в °F. Клинический термометр показывает температуру от минимум 35 °C или 9от 4 °F до максимум 42 °C или 108 °F.

Меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при использовании клинического термометра

     •  Термометр следует промывать до и после использования, предпочтительно антисептическим раствором.
     •  Несколько раз дерните термометр, чтобы уровень ртути понизился.
     •  Перед использованием уровень ртути должен быть ниже 35 °C или 94 °F.
     •  Не держите термометр за колбу.
     •  Держите уровень ртути на линии прямой видимости, а затем снимите показания.
     •  Бережно обращайтесь с термометром. Если он ударится о какой-нибудь твердый предмет, он может сломаться.
     •  Не помещайте термометр в горячее пламя или на палящее солнце.

Лабораторные термометры
Лабораторные термометры используются для измерения температуры в школах и других лабораториях для научных исследований. Они также используются в промышленности, поскольку могут измерять температуры выше, чем те, которые могут регистрировать клинические термометры. Стержень и колба лабораторного термометра длиннее, чем у клинического термометра, и в лабораторном термометре нет перегиба. Лабораторный термометр имеет только шкалу Цельсия в диапазоне от -10 °C до 110 °C.

Меры предосторожности, которые необходимо соблюдать при использовании лабораторного термометра
     •  Не наклоняйте термометр во время измерения температуры. Поместите его вертикально.
     •  Обратите внимание на показания только тогда, когда колба была окружена веществом со всех сторон.

Преобразование температур по Цельсию и по Фаренгейту
Шкалы по Цельсию и по Фаренгейту связаны следующим образом.

 C5 = F — 329, где C и F — температуры, измеренные в шкалах Цельсия и Фаренгейта соответственно. Отношение между температурами в градусах Цельсия и Кельвина определяется соотношением

К = С + 273, где К – температура в градусах Кельвина.

Видео

Мероприятия

Мероприятие 1

Goalfinder.com создал флэш-анимацию для описания работы термометра. Используя эту анимацию, мы можем понять конструкцию ртутного термометра и работу термометра.