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 Что мы знаем о температуре? Метод «мозгового штурма»; 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 Микромир (микротела) атом и его составные м 106 макромир (макротела) мельчайшая частица молекула мегамир (мегатела) космос 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. 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 m0 nv 2 р=⅔ nWk 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?». 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. 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. 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.