Фізика. 8 клас. Максимович

Розділ І. Кількість теплоти

§ 1. Тепловий рух. Тепловий стан тіла і температура. Теплова рівновага. Термометри. Температурні шкали

Марічка зі Львова дружить із Джоном із Сан-Франциско. Вони обоє вирощують кактуси й часто обмінюються інформацією про те, як доглядати за рослинами. Як з’ясувалося, поливати кактуси взимку не потрібно взагалі, за винятком епіфітних кактусів. Найголовніше правило поливання кактусів — краще недолити, ніж перелити. Джон порадив Марічці поливати рослини раз на два тижні м’якою водою, температура якої 75 градусів. Марічка замислилася. Вода закипає за температури 100 °С. Якщо полити кактуси такою гарячою водою, як порадив Джон, то вони «зваряться». Що робити? Давайте розберемося, у чому річ.

Дізнайтеся про...

тепловий рух;
тепловий стан тіла та його температуру;
теплову рівновагу та вимірювання температури;
види термометрів та температурні шкали.

1. Тепловий рух

З курсу фізики 7 класу ви вже знаєте, що всі тіла складаються з частинок (молекул, атомів), які безперервно хаотично рухаються та перебувають у постійній взаємодії. Відомо вам також, що із швидкістю їх руху пов’язана температура.

Тепловий рух — безладний рух частинок, з яких складаються тіла.

У ньому бере участь одночасно багато частинок, які рухаються безладно з різними швидкостями. Що швидше вони рухаються, то вища температура тіла.

Пісок у пустелі — гарячий, Чорне море влітку — тепле, морозиво — холодне, а в Антарктиді лід дуже холодний. Проте словами тепловий стан тіл ми характеризуємо дуже приблизно. Для точнішого визначення ступеня нагрітості використовують фізичну величину — температуру.

2. Температура і теплова рівновага

Чи задумувалися ви над тим, що, закупивши продукти в магазині, ми розкладаємо їх удома в різні місця? Одні поміщаємо в холодильник, інші — у морозильну камеру, а якісь — на різні полички в кухні. На запитання «Чому так?» відповідь можна знайти, прочитавши написи на упаковках продуктів, де зазначено їхню температуру зберігання. Наприклад, молоко потрібно зберігати за температури (4 ± 2) °С; морозиво — не вище мінус 18 °С; крупу манну — за температури не вище 25 °С.

Якщо з холодильника взяти холодний сік і налити в склянку, то через певний проміжок часу він стане тепліший і його температура буде такою ж, як температура повітря у приміщенні. Процес вирівнювання температур тіл, які перебувають у контакті між собою, триває до настання стану теплової рівноваги.

Теплова рівновага — стан, у якому тіла, що перебувають у контакті, мають однакову температуру.

Температура — фізична величина, що характеризує стан теплової рівноваги системи тіл і є мірою середньої кінетичної енергії руху частинок, з яких це тіло складається.

Температуру в побуті позначають символом t і вимірюють у градусах Цельсія (°С).

У системі СІ температуру позначають символом Т і вимірюють у кельвінах (К). Шкала Кельвіна починається з абсолютного нуля — 0 К, що відповідає температурі -273 °С. Вважають, що за абсолютного нуля припиняється хаотичний рух частинок. Для переведення температури зі шкали Цельсія у шкалу Кельвіна використовують формулу Т = t + 273.

Поміркуйте і дайте відповідь

1. У якої дитини молекули тіла рухаються швидше — здорової чи застудженої?

2. Одна молекула кисню в повітрі рухається в певний момент зі швидкістю 800 м/с, а друга — 1000 м/с. Чи правильно стверджувати, що температура другої молекули вища?

3. Термометри та температурні шкали

Вимірювати тепловий стан тіл почав Галілео Галілей. У 1597 році він продемонстрував на своїх лекціях перший термометр, точніше — термоскоп (мал. 1.1). Цей прилад складався з тонкої скляної трубки, один кінець якої закінчувався кулею, а другий відкритим кінцем занурений у посудину з підфарбованою водою. Термометр Галілея не був досконалим — він не мав температурної шкали, а принцип дії залежав від атмосферного тиску.

Мал. 1.1. Термоскоп Галілея

Перший справжній термометр для практичних цілей виготовив майстер-склодув з Нідерландів Габрієль Фаренгейт на початку XVIII ст. Опираючись на відомі дані, що лід тане, а вода кипить завжди за однієї й тієї ж температури, він запропонував шкалу, на якій за нульову точку прийняв температуру соляного розчину (лід, вода і кухонна сіль) — 0 °F (-17,78 °С). Друга точка 32 °F (0 °С) була точкою плавлення льоду, а третя точка 212 °F (100 °С) — точка кипіння води (мал. 1.2). Нормальна температура людського тіла за його шкалою становила 96 °F.

Мал. 1.2. Термометр зі шкалою Фаренгейта (позначено на зовнішній частині корпуса) і Цельсія (позначено всередині)

Крім шкали Фаренгейта, у наш час використовують шкалу, запропоновану шведським астрономом Цельсієм. За нею реперними точками є: 0 °С — температура плавлення льоду і 100 °С — температура кипіння води, але за нормального атмосферного тиску. Реперні точки (від франц. «знак», «початкова точка») — це точки, на яких ґрунтується шкала вимірювань.

Для переведення температури із шкали Фаренгейта у шкалу Цельсія можна скористатися формулою:

Поміркуйте і дайте відповідь

1. Якої температури у градусах Цельсія має бути вода для поливання кактусів за рекомендацією Джона (дивись початок параграфа)?

4. Види термометрів

Сфера застосування термометрів дуже широка. Їх використовують у медицині, метеорології, сільському господарстві, агрономії, будівництві, у побуті, під час ремонтних робіт у різних галузях тощо.

Найчастіше використовують медичні рідинні термометри (ртутний та безртутний, заповнений галінстаном, а саме сплавом металів галію, індію, олова і цинку) (мал. 1.3, а; 1.3, б) і цифрові термометри (мал. 1.4). Оскільки Україна приєдналася до Мінаматської конвенції про ртуть, то згідно з документом (закон № 0199), підписаним Президентом України, з 1 січня 2024 року припинено виробництво, імпорт та експорт продукції, що містить ртуть. Тепер під заборону потрапляють і ртутні термометри.

Мал. 1.3. Термометр медичний: а - ртутний; б — безртутний

Мал. 1.4. Термометр медичний цифровий

Приклади побутових термометрів: лабораторний (мал. 1.5), віконний (мал. 1.6), кімнатний, водний, кулінарний (мал. 1.7).

Мал. 1.5. Термометр лабораторний

Мал. 1.6. Термометр віконний

Мал. 1.7. Термометр кулінарний

Запам'ятайте

Тепловий рух — безладний рух частинок, з яких складаються тіла.

Теплова рівновага — стан, у якому тіла, що перебувають у контакті, мають однакову температуру.

Температура — фізична величина, що характеризує стан теплової рівноваги системи тіл і є мірою середньої кінетичної енергії руху частинок, з яких це тіло складається.

Перевірте себе

1. Розгляньте термометри, зображені на мал. 1.8 (а, б). Визначте:

найвищу і найнижчу температури, які ними можна виміряти;
ціну поділки кожного термометра;
температуру, яку вони показують.

Яке призначення кожного із цих термометрів?

Мал. 1.8. Термометри

2. Для чого, вимірюючи температуру тіла, пацієнт тримає термометр під пахвою протягом 5 хвилин?

3. Скориставшись написами на етикетках продуктів, які є у вас удома, заповніть табличку.

Таблиця 1

№ з/п	Назва продукту	Температура зберігання	Місце зберігання
			холодильник
			морозильна камера
			поличка у кухні