ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 09.04.2021
Просмотров: 1098
Скачиваний: 38
Министерство образования и науки Российской Федерации
Московский физико-технический институт
(государственный университет
)
Заочная физико-техническая школа
ФИЗИКА
Тепловые явления
Задание №2 для 8-х классов
(2014 – 2015 учебный год)
г. Долгопрудный, 2014
2014-2015 уч. год, №2, 8 кл. Физика. Тепловые явления
2014, ЗФТШ МФТИ, Кузьмичёв Сергей Дмитриевич
2
Составитель
: С.Д. Кузьмичёв, доцент кафедры общей физики МФТИ.
Физика: задание №2 для 8-х классов (2014 – 2015 учебный год), 2014, 20 с.
Дата отправления заданий по физике и математике – 29 ноября 2014 г.
Составитель:
Кузьмичёв Сергей Дмитриевич
Подписано 03.10.14. Формат 60×90 1/16.
Бумага типографская. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,25.
Уч.-изд. л. 1,11. Тираж 400. Заказ №20-з.
Заочная физико-техническая школа
Московского физико-технического института
(государственного университета)
ООО «Печатный салон ШАНС»
Институтский пер., 9, г. Долгопрудный, Москов. обл., 141700.
ЗФТШ, тел./факс (495) 408-5145 –
заочное отделение,
тел./факс (498) 744-6351 –
очно-заочное отделение,
тел. (499) 755-5580 –
очное отделение.
e-mail: zftsh@mail.mipt.ru
Наш сайт: www.school.mipt.ru
©
ЗФТШ, 2014
2014-2015 уч. год, №2, 8 кл. Физика. Тепловые явления
2014, ЗФТШ МФТИ, Кузьмичёв Сергей Дмитриевич
3
Тепловые явления
Введение
Физические процессы, протекающие в телах при их нагревании или
охлаждении, принято называть
тепловыми явлениями
. Нагревание и
охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов, кипение воды –
вот некоторые примеры тепловых явлений.
Исторически сложилось так, что тепловые явления изучаются двумя
разделами физики:
термодинамикой
и
молекулярной физикой.
Эти раз-
делы отличаются друг от друга различным подходом к изучаемым яв-
лениям. Однако они не противоречат друг другу, а взаимно дополняют.
Уже в Древней Греции люди пытались объяснить природу тёплого и
холодного, наделяя каждое тело определённым количеством некоей
субстанции (вещества), которую они называли «огнём». Больше всего
«огня» при этом, по их воззрениям, находилось в пламени, меньше все-
го – во льду. Например, нагревание холодного тела горячим телом они
пытались объяснить переходом «огня» от тёплого предмета к холодно-
му. Представления древних греков о сущности тёплого и холодного
были возрождены наукой средних веков в гипотезе о теплороде или
флогистоне. Отголосок этих воззрений сохранился в изменившемся
виде в физике до сих пор в той терминологии, которую она использует
при объяснении тепловых явлений, т. е. в словах и выражениях, хотя
смысл слов стал иным.
Термодинамика, или общая теория теплоты, является аксиоматиче-
ской наукой. В её основе лежат общие принципы, или, как их называют
по-другому,
начала
, являющиеся обобщением опытных данных. Тепло-
та при этом рассматривается как род некоторого внутреннего движе-
ния, но что это за движение, какова его природа, термодинамика не
конкретизирует.
Это неумение термодинамики вскрыть природу теплоты заставило
физиков XIX века попытаться построить молекулярно-кинетическую
теорию так, чтобы она могла давать правильные не только качествен-
ные, но и количественные ответы.
Молекулярная физика исходит из представления об атомно-
молекулярном строении вещества и рассматривает теплоту как непре-
рывное беспорядочное движение атомов и молекул. Молекулярно-
кинетическая теория, в принципе, позволяет дать объяснение любому
тепловому процессу или явлению.
2014-2015 уч. год, №2, 8 кл. Физика. Тепловые явления
2014, ЗФТШ МФТИ, Кузьмичёв Сергей Дмитриевич
4
Большинство вопросов, затронутых в этом задании, будут изучаться
с термодинамической точки зрения, но при этом будут привлекаться
также и молекулярно-кинетические представления.
Температура и тепловое равновесие
При изучении тепловых явлений вводится новая физическая вели-
чина –
температура
. Понятие температуры вошло в физику из быто-
вых представлений тёплого и холодного посредством нашего чувствен-
ного восприятия степени нагретости тел. Однако наши ощущения
неоднозначны и зависят от состояния человека и окружающей среды.
Так, например, в одной и той же комнате металлические предметы ка-
жутся более холодными, чем деревянные или пластмассовые. Рукой
можно грубо отличить холодную воду от горячей, однако мы знаем, что
при этом нетрудно и ошибиться.
Проделайте такой опыт. Одну руку опустите в холодную воду, а
другую – в горячую, подержите некоторое время. Затем опустите одно-
временно обе руки в сосуд с тёплой водой. Та рука, которая была до
этого в горячей воде, почувствует холод, рука же, бывшая до этого в
холодной воде, ощутит тепло. Этот опыт показывает, что наши ощуще-
ния, обычно надёжные, могут оказаться ошибочными, и поэтому жела-
тельно иметь такой способ измерения температуры, который не зависел
бы от наших ощущений и от нашего настроения.
В физике к понятию температуры приходят через понятие
теплового
равновесия.
Рассмотрим пример. Пусть в сосуд с холодной водой опускается
сильно нагретая стальная деталь, т. е. в контакт приводятся тела, име-
ющие разные температуры. Опыт показывает, что одно тело (вода) при
этом будет нагреваться, а другое (стальная деталь) – охлаждаться. При
этом можно наблюдать и видимые признаки изменения состояния тел:
раскалённая «докрасна» деталь изменит свой цвет, вода закипит и т. д.
Через некоторое время процессы нагревания и охлаждения прекра-
тятся. Перестанут быть заметными и всякие видимые изменения в со-
стоянии тел. Тогда говорят, что эти два тела (в рассматриваемом при-
мере – вода и стальная деталь) находятся в тепловом равновесии и
имеют одинаковые температуры. Тепловое равновесие, как показывает
опыт, устанавливается не только в случае соприкосновения двух, но и в
случае соприкосновения нескольких тел.
2014-2015 уч. год, №2, 8 кл. Физика. Тепловые явления
2014, ЗФТШ МФТИ, Кузьмичёв Сергей Дмитриевич
5
Термоскопы и термометры
Для суждения об одинаковости или различии температур двух тел А
и В нет необходимости обязательно приводить их в тепловой контакт
друг с другом. Можно для этой цели воспользоваться третьим телом С,
приводимым последовательно в контакт с телами А и В. В основе этого
способа сравнения температур лежит следующий опытный факт.
Если тело С находится в тепловом равновесии с телами А и В, то те-
ла А и В, приведённые в контакт друг с другом, также будут находить-
ся в тепловом равновесии. Иными словами, если температура тела С
равна температурам тел А и В, то тела А и В имеют одну и ту же тем-
пературу, равную, по определению, температуре тела С.
Достаточно малое тело С, служащее для установления одинаковости
или различия температур двух или нескольких тел, называется
термо-
скопом.
Малость тела существенна. Показания массивного термоскопа
могут заметно отличаться от показаний маленького термоскопа.
О постоянстве или изменении температуры термоскопа можно су-
дить по изменению различных величин, характеризующих его физиче-
ские свойства. Опыт показывает, что практически все физические свой-
ства тел изменяются при изменении температуры. Так, при нагревании
большинство тел расширяются, т. е. увеличивается их объём. Исключе-
ние составляет вода в интервале температур от 0 C до 4 C . От тем-
пературы зависят также сопротивление проводников и полупроводни-
ков, величина термоэлектрического тока, давление газа в сосуде, спектр
теплового излучения нагретых тел и т. д.
Первый прибор для наблюдений за изменением температуры (тер-
москоп) изобрёл в конце XVI века итальянский учёный Галилео Гали-
лей. Термоскоп Галилея представлял собой небольшой стеклянный ша-
рик с припаянной к нему узкой и длинной стеклянной трубкой. Трубка
располагалась вертикально так, что стеклянный шарик оказывался
вверху. При этом нижний конец трубки опускался в большой сосуд с
водой. По мере нагревания или остывания колбы воздух в ней расши-
рялся или сжимался и уровень воды в горлышке соответственно пони-
жался или повышался. С помощью такого прибора можно было судить
только об изменении степени нагретости тел: числовых значений тем-
пературы он не показывал, ибо не имел шкалы. Кроме того, уровень
воды в трубке зависел не только от температуры, но и от атмосферного
давления.
В течение XVII столетия многие исследователи занимались усовер-
шенствованием этого прибора. Его снабдили измерительной шкалой,
откачали воздух, запаяли трубку и перевернули шариком вниз. Сама