Проект "Температура. Измерение температуры"

Проект по физике

«Температура. Измерение температуры»

Выполнили:

учащиеся 10 класса

Руководитель:

Автономова Л.А.

учитель физики

2018 год

Погружение в проект.

1. Ознакомление с теоретическим материалом.

2. Приборы для измерения температуры.

3. Рассмотрение различных шкал для измерения температуры.

4. Отчет о проделанной работе: выступление перед одноклассниками.

Содержание.

1. Введение.

2. История создания современных термометров .

3. Современные приборы измерения температуры.

4. Биология в мире температур

5. География температур.

6. Температура в космосе.

7. Абсолютная температура.

8. Выводы.

9. Источники.

Проблема.

Изучая тему «Тепловые явления» нас заинтересовал вопрос: имеют ли предел измерения высокие и низкие температуры? Мы выбрали данную тему, потому что с понятиями «температура», «измерение температуры», «термометр» мы постоянно сталкиваемся как при рассмотрении физических или химических процессов в науке и производстве, так и в быту, когда ставим больному градусник или смотрим на спиртовой термометр за окном, чтобы узнать, надевать ли теплое пальто. Однако обычно при этом под температурой мы понимаем просто степень нагретости тела и не задумываемся о том, что же такое температура с физической точки зрения. Температура является одной из наиболее часто измеряемых физических величин, поскольку практически нет ни одной области деятельности, где не требовалось измерять и регулировать температуру, так же это один из важнейших экологических факторов, от которого зависит выживание на планете, ее формы и виды. Жизнь человека, также, напрямую зависит от температуры окружающей среды.

Для решения этой проблемы мы изучили теоретические вопросы и провели эксперимент.

Цель проекта: Ознакомиться с понятием температуры, отработать навыки самостоятельной работы с большими объемами информации.

Задачи: изучить температурные шкалы, получить представление о некоторых видах термометров, их принципах действия, рассмотреть способы измерения температуры, провести опыты.

По характеру доминирующей деятельности это ролевой (игровой) проект.

Введение.

Значение тепловых явлений в жизни человека исключительно велико. Достаточно сказать, что изменение температуры организма всего на 0,5°С означает заболевание. Температура внешней среды в любом районе Земли колеблется в значительных пределах и в течение суток, и в течение года. Защитные механизмы организма не в состоянии компенсировать изменение температуры при теплообмене со средой, и нужно принимать какие-то дополнительные меры: изобретать соответствующую одежду, строить жилища с учетом условий местности, где живут люди, ограничивать пребывание человека в среде, температура которой намного выше или ниже температуры организма.

Группа историков (Козунова Вика)

Название работы - “История создания современных термометров”.

Проблемный вопрос: какова история создания первого прибора для измерения температуры - термоскопа? Какие существуют шкалы для измерения температуры, и какова история их создания?

Задание: изучить теоретический материал и познакомить одноклассников с устройством термоскопа, воссоздать этот прибор и продемонстрировать его работу.

Древние учёные о температуре судили по непосредственному ощущению. Лишь в 1592 году Галилео Галилей сконструировал прибор для измерения температуры – термоскоп. Термоскоп - от греческих слов: “термо” - тепло “скопео” - смотрю. Термоскоп состоял из стеклянного шара с припаянной к нему стеклянной трубкой и стакана с водой.

Попробуем и мы создать термоскоп: нагреем стеклянную колбу, перевернём её, опустим в стакан с водой открытым концом. Термоскоп готов.  По высоте столбика воды в горлышке колбы можно судить об изменениях температуры: при охлаждении воздуха в колбе столбик воды поднимается вверх, а при нагревании – опускается.

Вывод:

• Термоскопу 415 лет, но он работает

• С помощью термоскопа можно увидеть изменение температуры, но её нельзя измерить

• Показания зависят от атмосферного давления

• У прибора нет шкалы

Вся дальнейшая история создания термометра есть история совершенствования термоскопа. Воздух заменили подкрашенным спиртом, а позднее ртутью. Откачав из трубки воздух и запаяв открытый конец, исключили влияние атмосферного давления. Но основным усовершенствованием было создание шкалы.

Фаренгейт Габриель Даниель (1686-1736), немецкий физик и стеклодув. Работал в Великобритании и Нидерландах. Изготовил спиртовой (1709) и ртутный (1714) термометры. Предложил температурную шкалу, которая носит его имя - шкала Фаренгейта – это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении. За одну из опорных точек своей шкалы (0 °F) Фаренгейт принял самую низкую температуру, которую мог получить – температуру смеси воды, льда, нашатыря и соли. Второй точкой он выбрал температуру смеси воды и льда. А расстояние между ними разделил на 32 части. Температура человеческого тела по его шкале соответствовала 96 °F, точка кипения воды 212 °F. Шкалу Фаренгейта до сих пор применяют в Англии и США.

Реомюр Рене Антуан (1683-1757), французский естествоиспытатель, зоолог, иностранный почетный член Петербургской Академии Наук. В 1730 году предложил температурную шкалу, которая носит его имя – шкала Реомюра – это температурная шкала, один градус которой равен 1/80 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, т. е. 1 °R = 5/4 °С. Шкала Реомюра практически вышла из употребления.

Цельсий Андерс (1701-1744), шведский астроном и физик. Предложил в1742 году температурную шкалу – шкала Цельсия – это температурная шкала, в которой 1 градус равен 1/100 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, но Цельсий принимал за ноль кипение воды, а за 100 градусов – таяние льда.

Известный шведский ботаник Карл Линней пользовался термометром с переставленными значениями постоянных точек. За 0⁰ он принял температуру плавления льда, а за 100⁰ температуру кипения воды. Таким образом, современная шкала Цельсия по существу является шкалой Линнея.

Группа техников и экспериментаторов:

(Беспальчик Валерия)

Название работы: “Современные приборы”

Проблемный вопрос: Существуют ли термометры без жидкости, какие температуры можно получить в лабораторных условиях?

Задание: собрать коллекцию термометров различного назначения, провести опыты с водой, получить самую высокую и самую низкую температуру.

Жидкостный термометр, прибор для измерения температуры, действие которого основано на тепловом расширении жидкости. В зависимости от температурной области применения жидкостные термометры заполняют этиловым спиртом (от -80 до +100 °С) или ртутью (от -35 до +750°С). Первоначально термометры применялись лишь для метеорологических наблюдений. Позднее их стали употреблять для измерения температуры воздуха в жилых помещениях, в медицине, при химических исследованиях и т. д.

В настоящее время используются термометры, действие которых основано на других физических явлениях. Это позволило увеличить точность измерений и расширить область применения приборов.

Электронный термометр более точен, чем обычный комнатный или уличный. Он с точностью до десятых долей показывает температуру и в помещении, и на улице.

Термометр сопротивления - прибор для измерения температуры, действие которого основано на изменении электрического сопротивления металлов и полупроводников с температурой.

Газовый термометр, прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления или объема газа от температуры. Заполненный гелием, азотом или водородом баллон, соединенный при помощи капилляра с манометром, помещают в среду, температуру которой измеряют.

  Исследование кипения воды показало, что 100⁰С - температура кипения чистой воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). Температура кипения повышалась с ростом внешнего давления, так при атмосферном давлении выше нормального температура кипения чистой воды составила 101⁰С, а при атмосферном давлении ниже нормального – 96⁰С. Однако добавление в воду соли увеличило температура кипения до 108⁰С.

На вопрос - можно ли вскипятить воду кипятком – был получен ответ - нет. Был поставлен и проведён опыт по кипячению воды снегом.

Температура смеси снега и соли составила минус18⁰С. Проведён опыт “Примораживание алюминиевого стаканчика к столу”.

Группа биологов, географов и астрономов

(Жорнова Юлия)

Название работы: «Биология в мире температур», «География температур», «Температура в космосе».

Проблемный вопрос: Каковы особенности медицинского термометра и с чем это связано? Каковы температуры живых существ? Где находится самое холодное и самое жаркое место на Земле? Каковы температуры космических объектов?

Задание: выяснить, как чувствует себя человек при разных температурах. Рассмотреть планету Земля с точки зрения температуры.

• Как себя чувствует человек при температуре 34 ⁰С и 42 ⁰ С?

• Когда это бывает?

• Как помочь человеку при таких обстоятельствах

Это интересно: в 19 веке английские физики Благден и Чентри проводили на себе опыты по определению наибольшей температуры воздуха, которую может выдержать человек. Они проводили целые часы в натопленной печи хлебопекарни. Оказалось, что при постепенном нагревании в сухом воздухе человек способен выдержать не только температуру кипения воды, но и много выше - 160 ⁰С.

Температуры тел некоторых животных: температура тела лошади 38 ⁰С, температура тела коровы 38,5 ⁰С, температура тела утки 41,5 ⁰С.

Температура тела живого организма позволяет судить о его состоянии и во время начать лечение в случае заболевания.

Земную кору сменяет мантия. Ее толщина около 3000 км, а температура примерно равна 2000 — 2500 °С. Мантия состоит из раскаленных горных пород, которые в отдельных ее частях начинают плавиться до полужидкого состояния. Расплавленные горные породы из мантии прорываются на поверхность в виде лавы при извержениях вулканов. На глубине 10 км температура достигает 180 ⁰С.

Самый холодный материк – Антарктида, а самый жаркий – Африка, так в Триполи была зарегистрирована температура +58⁰С. Это на 1,30 выше максимальной температуры Долины Смерти.

Антарктида — самая большая в мире холодная пустыня площадью 14 млн. кв. км. Ее покрывают 90 % всех льдов суши. Максимальная толщина льда — 4800 м. В ледниках сосредоточено около 70% мировых запасов пресной воды. Этот самый изолированный материк не имеет коренного населения. Никто еще не жил здесь дольше 18 месяцев. Температура воздуха у земной поверхности -88,3⁰С наблюдалась в августе 1960г. на советской антарктической станции “Восток” в 1922г. В Краснодарском крае температура воздуха летом достигает +43 ⁰С, а в Якутии в Оймяконе зимой температура опускается до -77 ⁰С.

Космос (греч. kosmos), синоним астрономического определения Вселенной; часто выделяют ближний космос, исследуемый при помощи искусственных спутников Земли, космических аппаратов и межпланетных станций, и дальний космос — мир звезд и галактик.

Температура на поверхности Луны, в освещенной ее части +17⁰С, а в тени температура – 130⁰С.

Для искусственных спутников и космических кораблей, перегрев которых происходит в основном за счет излучения, характерна резкая смена температуры обшивки – во время прохождения в тени Земли она опускается до – 100⁰ С, а при выходе из тени возрастает до + 120⁰ С. Чтобы поддерживать в кабине космонавтов постоянную температуру (от 10⁰ до 22⁰ С ), двойную оболочку корабля заполняют газом – азотом.

На поверхности у солнца температура достигает 6 тысяч градусов. В недрах солнца температура согласно расчетам около 15 миллионов градусов. Температура пятен составляет около 3700 градусов.

Как ближайшая к Солнцу планета, Меркурий получает от центрального светила в 10 раз больше энергии, чем Земля. Большая продолжительность дня и ночи приводит к тому, что температуры на “дневной” и на “ночной” сторонах поверхности Меркурия могут изменяться примерно от 320⁰С до -120⁰ С. Но уже на глубине нескольких десятков сантиметров значительных колебаний температуры нет, что является следствием весьма низкой теплопроводности пород. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) — около 500⁰С, это больше чем на Меркурии, потому что у Венеры плотная атмосфера, которая удерживает тепло. Суровы и температурные условия на Марсе. Вблизи полудня на экваторе температура достигает 10⁰-30 ⁰С. К вечеру она падает до -60⁰ С и даже до -100⁰ С. Средняя температура на Марсе -70⁰ С., на Юпитере -130⁰ С, на Сатурне -170⁰ С, на Уране -190⁰ С, на Нептуне -200⁰ С. Температура на планете Плутон, до которой свет от Солнца идет более пяти часов, низка — ее среднее значение порядка -230⁰ С.

Температуры большинства звезд заключены в пределах от 3000 до 30 000 градусов. Горячие, голубоватые звезды имеют температуру около 30 000 градусов. У многих звезд встречаются температуры около 100 000 градусов. У холодных — красных звезд — поверхностные слои нагреты примерно до 2 — 3 тысячи градусов. Но в центре звезд температура достигает более десяти миллионов градусов.

Группа Физиков-теоретиков

(Кругликова Юлия)

Название работы: “Стремление к абсолютной температуре”.

Проблемные вопросы: Что такое абсолютный нуль температур? Достижим ли он? Что мы знаем о температуре теоретически? Температура - мера средней кинетической энергии движения молекул.

Что будет если скорость молекул уменьшать? Температура будет уменьшаться. Абсолютный нуль температур - температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Абсолютный нуль температуры, начало отсчета температуры по температурной шкале – шкале Кельвина. Абсолютный нуль расположен на 273,16 °С ниже температуры замерзания воды, для которой принято значение 0 °С.

Температуры некоторых жидких газов: кислород минус 183 ⁰С, азот минус 196 ⁰С, водород минус 253 ⁰С, гелий минус 269 ⁰ С.

Физика сверхнизких температур называется криогенной физикой. Основные проблемы, решаемые Криогенной физикой: сжижение газов (азота, кислорода, гелия и др.), их хранение и транспортировка в жидком состоянии; конструирование холодильных машин, создающих и поддерживающих температуру ниже 120 К (-1530 С); охлаждение до криогенных температур электротехнических устройств, электронных приборов, биологических объектов; разработка аппаратуры и оборудования для проведения научных исследований при криогенных температурах.

Достижим ли абсолютный нуль?

Американские исследователи работали с парами натрия, температура которых была лишь на миллионные доли градуса выше абсолютного нуля. Достичь же абсолютный нуль температур (-273,16⁰ С), согласно законам физики, невозможно.

Вывод: мы нашли предел только низким температурам.

Литература

1. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике.- М.:Просвещение,2013

2. Кириллова И. Г. Книга для чтения по физике.- М.: Просвещение, 2016

3. Колтун М. Мир физики.- М.: Детская литература, 2015

4. Райт М. Что, как и почему? Удивительный мир техники.- М.: Астель АСТ, 2011

Сёмке А.И. Занимательные материалы к урокам физики 8 класс. - М.: НЦ ЭНАС, 2016