трусики женские украина

На головну

Вимірювання теплоти і температури - Фізика

Що таке теплота? Градуси і температура

Що таке теплота - знають все. Відомо, що частинки в газах, рідинах і твердих тілах знаходяться в безперервному русі і цей рух сприймається як тепло. Енергія руху частинок, усереднена по їх величезному числу, визначає температуру.

Теорія тепла виникла не відразу. Дуже довго не могли зрозуміти ні що таке тепло, ні яка різниця між температурою і теплом. Багато які фізики зв'язували тепло з рухом молекул. Так, зокрема, думав Ломоносов. Але перетворити загальні міркування в сувору науку було не легко.

Історія про те як навчилися вимірювати температуру, цікава і незвичайна. Термометри були вигадані за багато років до того, як люди зрозуміли, що саме вони вимірюють.

Температура связанна з вельми не певними поняттями теплоти і холоду, які розташовувалися в створенні людини десь поруч із запахом, смаком. Людина з незапам'ятних часів знала, що коли два тіла щільно стикаються, то між ними встановлюється теплова рівновага. Рука, опущена у воду, виявляється нагрітою (або охолодженої) до тієї ж міри, що і вода. Всюди в природі існують потоки тепла. У цьому дослідники давно бачили вияв великих законів природи.

Античні вчені і схоласты середньовіччя зіставляли з теплом і холодом властивість тяжіння і відштовхування. Древні лікарі були першими, кому знадобилася порівняльна і притому задоволена точна шкала теплоти тіла. Вони дуже давно помітили, що здоров'я людини якось пов'язане з теплотою його тіла і що ліків здатні змінити цю якість. Лікам приписувалася охолоджуюча або зігріваюча дія і міра цієї дії визначалася градусами. Ліки змішувалися між собою, і суміші мали різні градуси. «Суміш» по-латині - «температура» (temperature).

Історія створення і розвитку термометра

Галілей

Ніхто з сучасників Галілея не міг порівнюватися з ним в умінні побачити великі закони в простих явищах. Він був одним з перших, хто писав про механічну природу тепла.

Галилей опублікував книгу названу їм «EL saggiatore» (вага для зважування золота), в якій він дуже детально викладає свої погляди на природу фізичних явищ. У ній він говорить, зокрема, про нагрівання твердих тіл при терті і приводить інші докозательства механічної природи тепла. Однак він не знав, що механічним шляхом можна нагрівати не тільки тверді тіла, але і рідини або навіть гази. Галилею до того ж заважало і відсутність чисельних даних про тепло.

До вивчення теплових явищ Галілей підійшов з тих же позицій; передусім він зайнявся тим, як виміряти температуру тіла. Термометри, які робив Галілей (біля 1597 р.), складалися з скляної кулі, наповненої повітрям; від нижньої частини кулі відходила трубка, частково заповнена водою, яка закінчувалася в судині, також наповненій водою. Висота стовпчика залежала як від температури, так і від атмосферного тиску, і вимірювати таким термометром скільки-небудь точно було неможливо. При Галілеє сама ідея, що повітря може давити на землю, здавалося досить дикої. Тому термометр Галілея вимірював досить невизначену величину, але навіть такий термометр дозволяв порівнювати температуру різних тіл в одне і також час і в одному і тому ж місці.

Вже тоді за допомогою ще незавершеного термометра лікар і анатом Санкторіус з Падуанського університету почав вимірювати температуру людського тіла. Для цього він сам, не знаючи про Галілея, побудував схожий термометр.

Отто фон Герік

Історія термометра багато чим зобов'язана одному з найдивніших людей 18 віку -Отто фон Геріке. Він виготував перший барометр. Схожий на прилад Галілея. Але з дуже довгою трубкою. На відміну від приладу Галілея, з барометра Гаріке було відкачане повітря, так що вода заповнювала не тільки довгу трубку, але і частина кулі. Барометр був прикріплений до зовнішньої стіни будинку, і тиск повітря відмічався на шкалі, на яку вказував пальцем дерев'яна людина, що плавала в скляній кулі. Герике першим став систематично вимірювати атмосферний тиск і спробував виявити зв'язок між зміною тиску і погодою.

Гарике побудував і порівняно хороший термометр. Він складався з латунної кулі, заповненої повітрям, і зігненої в формі букви U трубки зі спиртом. На його термометрі в середині шкали стояла точка, біля якою покажчик зупинявся при перших заморозках, - цю точку і вибрав Гаріке за початок шкали. Ясно що такий вибір був наївний, але все ж Гаріке зробив перший крок.

Ньютон

Згадаємо ще і роботу Ньютона «Про шкалу мір тепла і холоду», опубліковану в 1701 р., в якій описана 12-ти градусний шкала. Нуль він вмістив там же, де вміщуємо його зараз і ми, - в точці замерзання води, а 12 градусів відповідали температурі здорової людини.

Амонтан побудував повністю запаяний термометр, зробивши його, нарешті, що зовсім не залежить від тиску атмосфери.

Перший сучасний термометр був описаний в 1724 р. Даниелем Фаренгейтом, склодувом з Голландії. Різні термометри Фаренгейта можна було звіряти один з одним, порівнюючи їх свідчення в різних «опорних» точках шкали. Тому вони прославилися своєю точністю. Така шкала досі в ходу в Англії і США.

Сучасна шкала Цельсия була запропонована в 1742 р. Шведському фізику не подобалося негативні температури, і він полічив потрібним перевернути стару шкалу і вмістити нуль в точку кипіння води, а 100 градусів - в точку її замерзання. Але «обернена шкала» не придбала популярності і була дуже скоро «обернена» зворотно.

До революції в Росії була прийнята шкала Реомюра (точка води була 0, а точка кипіння 80) - термометри Реомюра висіли на вулицях і у всіх будинках. Лише в тридцятих роках вони були витіснені термометрами Цельсия.

Що таке тепло? Теплова рівновага

На початок 19 віку термометр став зовсім звичайним приладом. Але про те, що вимірює термометр, єдиної думки ще довго не було.

Навчившись вимірювати температуру, фізики не дуже просунулися в розумінні того, що ж таке тепло. Поняття «тепло» і «температура» розділити було ще важче. Коли нагрівають тіло, температура його підвищується. Коли тепло перетекает від одного тіла до іншого, температура одного тіла падає, а іншого - підвищується.

Поняття «теплова рівновага» дуже часто зустрічається в теорії тепла. Найбільш просто зрозуміти, що така теплова рівновага у разі одноатомного газу. Якщо газ в судині поводиться так, що у всіх точках судини температура однакова, - природно, що при цьому і температура стінок судини так само завжди одна і та ж, - те газ знаходиться в тепловій рівновазі. Це означає, що в такому газі тепло не перетекает з однієї частини судини в іншу, в ньому не міняється ні тиск, ні хімічний склад і, взагалі, з точки зору класичних теплових явищ в газі «ні чого не відбувається».

Тепло тече завжди так, щоб температура вирівнювалася, щоб система переходила в стан теплової рівноваги. Перехід в стан теплової рівноваги може бути складним і досить довгим процесом.

Температурна шкала. Абсолютна шкала температур

Температурна шкала

У всіх приладах, які були вигадані в 18 віці, вимірювання температури зводилося до вимірювання довжини стовпчика води, спирту або ртуті. Термометри працювали тільки в обмеженому інтервалі температур. Наповнюючі їх речовини замерзали і кипіли, і цими термометрами не можна було вимірювати дуже низькі або дуже високі температури.

Шкала Цельсия точно встановлювала положення двох точок - 0 і 100 градусів, відстань між якими на шкалі була розбита на рівні частини. Але роль кожного ділення залишалася невизначеною. Необхідно було ще зрозуміти, що відбувається в тілі, коли ртуть в термометрі підіймається на один градус. Простіше усього було б передбачити, що при цьому енергія тіла збільшується на одну і ту ж величину. Така величина, віднесена до одиниці маси тіла, називається питомою теплоємністю.

Абсолютна шкала температур

Одиниця температури виникла випадково - поставили число 100 в точці кипіння води. Цей акт мав важливі наслідки: в законі Клапейрона - Клаузіуса з'явилася нова газова постійна R=8,3157 джоуль/градус. Таке число виникло тільки тому, що величина градуса була введена дуже давно і всі зміни, що відбуваються з газами, відносили по звички до досить випадково вибраній шкалі температур. Було б зручніше зараз змінити визначення градуса і «прив'язати» його до рівняння ідеальних газів. Для цього треба просто зменшити величину градуса в 8,3157 рази і вважати, що температура в такій «ідеально-газовій» шкалі:

ПРО=8,3157Питанням про значення температури зацікавився Томсон (надалі лорд Кельвін), який в 1848 р. Виявив, що з теореми Карно можна зробити простій, але дуже важливий висновок. Кельвин помітив, що якщо робота циклу Карно залежить тільки від температур нагрівника і холодильника, то це дозволяє встановити нову температурну шкалу яка не залежить від властивостей робочого тіла.

Цикл Карно, якщо його можна провести між двома тілами дозволяє визначити відношення температур цих двох тіл. Шкала температур визначена таким чином називається абсолютною шкалою температур. Щоб сама абсолютна температура мала певне значення, треба вибрати якесь число для однієї точки нової абсолютної шкали: одне чисельне значення температури повинне бути задане довільно. Після цього всі інші значення визначаються в принципі за допомогою циклу Карно.

На жаль при всій красі теоретичної побудови шкали Кельвіна, практично реалізувати цикл Карно дуже важко. Важко реалізувати оборотний цикл, важко позбутися втрат.

Реальна шкала температур

В течії багатьох років для температурної шкали вибиралося дві точки - температура плавлення льоду і температура кипіння води - і відстань між ними ділилося на 100 частин, кожна з якої вважалася градусом. Така шкала з двома опорними точками була прийнята у всьому світі.

Але ця шкала мала, однак, великий недолік з точки зору точності вимірювань. Для неї треба було уміти точно відтворювати як умови плавлення льоду, так і умови кипіння води. Простіше було обійтися однією опорною точкою, наприклад точкою плавлення льоду, і вимірювати температуру по відношенню тиску, пов'язаного з відношенням температур рівнянням стану.

За одиницю опорну еталонну точку вибирається зараз так звана потрійна точка води - температура, при якій здійснюють в рівновазі всі три її фази: пара - вода - лід. Перехід до такої шкали пройшов майже не поміченим. Така реформа була проведена в 1954 р., і зараз на питання про той, при якій температурі тане лід при нормальному тиску, треба відповідати «приблизно при 0».

Міжнародна шкала температур

Шкалу з однією опорною точкою неважко погодити з шкалою Кельвина-Менделеева, заснованою на теоремі Карно. Термодинамічна шкала не змінюється якщо всі значення температур помножити на одне і також число. Вибір опорної точки усуває цю неоднозначність.

Термодинамічною шкалою можна користуватися тільки в спеціальних, добре обладнаних лабораторіях. У звичайних лабораторіях користуються шкалою, яка називається МПТШ68 (міжнародна практична температурна шкала, прийнята в 1968 р.). У цій шкалі температура кипіння води рівна точно 100 градусів, крім того є інші опорні точки, яким так само приписане певне значення температури.

Низькі температури

Інтерес до отримання низьких температур виник не тільки з практичних міркувань. Фізиків давно цікавило питання, чи можна перетворити в рідину гази - такі, як повітря, кисень, водень. Початок цей історії відноситься до 1877 р.

У 1877 р. Гірський інженер Кайете краплини рідкого ацетилену в лабораторній судині, в якій несподівано відкрилася теча. Різке пониження тиску викликало утворення туману. Майже в ті ж дні Пікте з Женеви повідомив про послідовне, каскадне зниження різних газів, що завершилося отриманням рідкого кисня при температурі -140 градусів по Цельсию і тиск 320 атмосфер.

Треба ще і згадати Дьюарта. Який в 1898 р. отримав рідкий водень, знизивши температуру приблизно до 129 К. Наконец в 1908 р. Камерлинг-Оннес в Голландії отримав і рідкий гелій. Температура, яка була ним досягнута, тільки на 1 градус відрізнялася від абсолютного нуля.

У 1939 р. П.Л.Капіца довів велику ефективність сжижительных машин, в яких газ здійснює роботу за допомогою турбіни. Турбодетандеры набули відтоді великого поширення. Він же запропонував і конструкцію ефективної установки для сжиживания гелію.

теплової температура термометр шкала

Список літератури

1. Эдельман В.С. «Поблизу абсолютного нуля».1-М., 1987.

2. Детлаф А.А., Яворський Б.Н., «Курс фізики». -М., 1989.

3. Трофимова Т.И. «Курс фізики». 1-М., 1990.

4. Смородинский Я.А. «Температура». - М., 1987.

Авіація і космонавтика
Автоматизація та управління
Архітектура
Астрологія
Астрономія
Банківська справа
Безпека життєдіяльності
Біографії
Біологія
Біологія і хімія
Біржова справа
Ботаніка та сільське господарство
Валютні відносини
Ветеринарія
Військова кафедра
Географія
Геодезія
Геологія
Діловодство
Гроші та кредит
Природознавство
Журналістика
Зарубіжна література
Зоологія
Видавнича справа та поліграфія
Інвестиції
Інформатика
Історія
Історія техніки
Комунікації і зв'язок
Косметологія
Короткий зміст творів
Криміналістика
Кримінологія
Криптологія
Кулінарія
Культура і мистецтво
Культурологія
Логіка
Логістика
Маркетинг
Математика
Медицина, здоров'я
Медичні науки
Менеджмент
Металургія
Музика
Наука і техніка
Нарисна геометрія
Фільми онлайн
Педагогіка
Підприємництво
Промисловість, виробництво
Психологія
Психологія, педагогіка
Радіоелектроніка
Реклама
Релігія і міфологія
Риторика
Різне
Сексологія
Соціологія
Статистика
Страхування
Будівельні науки
Будівництво
Схемотехніка
Теорія організації
Теплотехніка
Технологія
Товарознавство
Транспорт
Туризм
Управління
Керуючі науки
Фізика
Фізкультура і спорт
Філософія
Фінансові науки
Фінанси
Фотографія
Хімія
Цифрові пристрої
Екологія
Економіка
Економіко-математичне моделювання
Економічна географія
Економічна теорія
Етика

8ref.com

© 8ref.com - українські реферати


енциклопедія  бефстроганов  рагу  оселедець  солянка