Что такое температура, страница 5 - гдз по физике 8 класс учебник Кронгарт, Насохова

Нам хорошо известно, что означают слова "тепло", "холодно", это мы чувствуем через свои органы осязания. Мы знаем, что, когда холодно, температура низкая, когда жарко, она высокая.

Но что такое температура? Как ее измеряют? Как устроен термометр? Каким образом передается теплота?

Что такое температура?

Температура — это физическая величина, которая характеризует степень нагретости тела и является мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц (атомов, молекул, ионов), из которых состоит тело. Проще говоря, чем быстрее движутся частицы вещества, тем выше его температура. Именно эту энергию мы воспринимаем органами осязания как «тепло» или «холод». Когда два тела с разной температурой вступают в контакт, они обмениваются энергией до тех пор, пока их температуры не выровняются. Это состояние называется тепловым равновесием.

В Международной системе единиц (СИ) температура измеряется в кельвинах (К). Также широко используются шкалы Цельсия (°C) и Фаренгейта (°F).

Связь между шкалами выражается формулами:

$T_K = T_{°C} + 273.15$

$T_{°F} = \frac{9}{5} T_{°C} + 32$

Ответ: Температура — это мера средней кинетической энергии частиц вещества, определяющая, насколько тело горячее или холодное.

Как ее измеряют?

Температуру измеряют с помощью приборов, называемых термометрами. Принцип действия термометра основан на зависимости какого-либо физического свойства вещества от температуры. Это свойство называют термометрическим.

Существуют различные типы термометров, использующие разные физические явления:

1. Жидкостные термометры (ртутные, спиртовые) используют свойство жидкостей расширяться при нагревании и сжиматься при охлаждении.
2. Электронные (цифровые) термометры используют изменение электрического сопротивления проводника или полупроводника (термистора) с температурой.

3. Термопары основаны на возникновении ЭДС (электродвижущей силы) в месте контакта двух разнородных проводников, которая зависит от температуры.

4. Инфракрасные термометры (пирометры) измеряют температуру бесконтактно, анализируя мощность теплового излучения объекта в инфракрасном диапазоне.

Для измерения температуры термометр приводят в тепловой контакт с телом. После достижения теплового равновесия (когда прекращается передача тепла между телом и термометром) показание термометра соответствует температуре тела.

Ответ: Температуру измеряют с помощью термометров, работа которых основана на изменении физических свойств веществ (объема, электрического сопротивления, излучения) при изменении температуры.

Как устроен термометр?

Рассмотрим устройство наиболее известного — ртутного или спиртового жидкостного термометра. Он состоит из следующих частей:

1. Стеклянный резервуар (колба), заполненный рабочей жидкостью (подкрашенным спиртом или ртутью). Эта часть является датчиком температуры.

2. Тонкая стеклянная трубка (капилляр), соединенная с резервуаром. Пространство над жидкостью в капилляре либо вакуумировано, либо заполнено инертным газом для предотвращения испарения.

3. Шкала, нанесенная на корпус термометра или на пластину внутри него. Шкала проградуирована в градусах Цельсия, Фаренгейта или Кельвина.

Принцип работы прост: когда резервуар термометра нагревается, жидкость в нем расширяется и поднимается вверх по узкому капилляру. Когда термометр охлаждается, жидкость сжимается, и ее уровень в капилляре опускается. Высота столбика жидкости соответствует определенному значению на шкале, которое и является измеряемой температурой.

В современных электронных термометрах вместо жидкости используется датчик (например, термистор), который меняет свое электрическое сопротивление в зависимости от температуры. Электронная схема измеряет это сопротивление, преобразует его в значение температуры и выводит на цифровой дисплей.

Ответ: Классический термометр состоит из резервуара с жидкостью и тонкого капилляра со шкалой; его работа основана на тепловом расширении жидкости. Электронный термометр использует датчик, меняющий электрические свойства с температурой, и выводит результат на дисплей.

Каким образом передается теплота?

Теплота (или тепловая энергия) — это энергия, которая передается от более нагретого тела к менее нагретому. Этот процесс передачи энергии называется теплопередачей. Существует три основных способа теплопередачи:

1. Теплопроводность — это передача тепла через непосредственный контакт частиц вещества. Частицы более нагретой части тела колеблются интенсивнее и, сталкиваясь с соседними частицами, передают им часть своей энергии. Этот механизм характерен для твердых тел. Например, если опустить металлическую ложку в горячий чай, ее ручка постепенно нагреется именно за счет теплопроводности.

2. Конвекция — это перенос теплоты потоками жидкости или газа. При нагревании нижние слои жидкости или газа расширяются, их плотность уменьшается, и они поднимаются вверх под действием силы Архимеда. На их место опускаются более холодные и плотные верхние слои. Возникают циркулирующие потоки (конвекционные потоки), которые переносят тепло по всему объему. Примеры: кипение воды в кастрюле, обогрев комнаты радиатором отопления.

3. Излучение (тепловое излучение) — это перенос энергии с помощью электромагнитных волн (в основном в инфракрасном диапазоне). Этот вид теплопередачи не требует наличия среды и может происходить в вакууме. Любое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, излучает тепловую энергию. Пример: тепло, которое мы чувствуем от Солнца, костра или раскаленной лампы накаливания.

В реальных условиях эти три способа теплопередачи часто действуют одновременно.

Ответ: Теплота передается тремя способами: теплопроводностью (через контакт частиц), конвекцией (потоками жидкости или газа) и излучением (электромагнитными волнами).