Коротко
Температура — это физическая величина, которая характеризует степень нагретости тела и является мерой средней кинетической энергии хаотического движения частиц, из которых состоит тело (молекул и атомов). Чем быстрее движутся эти частицы, тем выше температура. Именно температура определяет, будет ли тело отдавать тепло или принимать его при контакте с другими телами. Мы ощущаем температуру как тепло или холод.
Определение
Температура — это скалярная физическая величина, характеризующая тепловое состояние макроскопической системы и определяющая направление самопроизвольного теплообмена между телами.
Как температура связана с движением частиц
Любое вещество состоит из мельчайших частиц: атомов и молекул. Эти частицы постоянно находятся в движении, которое называют тепловым движением. Чем интенсивнее и быстрее движутся атомы и молекулы, тем выше внутренняя энергия тела и тем выше его температура. Когда вы нагреваете воду, вы сообщаете энергию её молекулам, они начинают двигаться быстрее, и температура воды повышается.
Как измеряют температуру
Температуру измеряют с помощью приборов, которые называются термометрами. Принцип их работы основан на изменении какого-либо свойства вещества в зависимости от температуры. Например, в жидкостных термометрах используется расширение жидкости (ртути или спирта) при нагревании. Существуют различные температурные шкалы: Цельсия, Фаренгейта, Кельвина. Шкала Кельвина является абсолютной, то есть её ноль соответствует состоянию, когда тепловое движение частиц прекращается.
Почему тепло переходит от горячего к холодному
Когда два тела с разной температурой соприкасаются, между ними происходит теплообмен. Частицы более горячего тела движутся быстрее и имеют большую кинетическую энергию. При столкновении с частицами более холодного тела они передают им часть своей энергии. В результате частицы холодного тела начинают двигаться быстрее, а горячего — медленнее. Этот процесс продолжается до тех пор, пока средняя кинетическая энергия частиц в обоих телах не выровняется, то есть пока их температуры не станут одинаковыми. Это состояние называется тепловым равновесием.
Как найти и применять
- Определите, какую шкалу температуры нужно использовать (Цельсия, Кельвина, Фаренгейта).
- Выберите подходящий термометр для измерения температуры в данных условиях.
- Поместите термометр в среду, температуру которой нужно измерить, и дождитесь установления теплового равновесия.
- Считайте показания термометра по соответствующей шкале.
Разбор задач
Задача 1
Термометр показывает 25 °C. Какова эта температура по шкале Кельвина?
Для перевода температуры из градусов Цельсия в Кельвины нужно прибавить 273.15. Таким образом, T(K) = t(°C) + 273.15. T(K) = 25 + 273.15 = 298.15 К.
Ответ: 298.15 К
Где это встречается
- Кулинария и бытовая техника — Температура используется для приготовления пищи (духовки, холодильники), поддержания комфортного климата в доме (кондиционеры, обогреватели), хранения продуктов.
- Медицина — Измерение температуры тела человека для диагностики заболеваний, поддержание оптимальной температуры в операционных и при хранении лекарств.
- Метеорология — Измерение температуры воздуха, воды и почвы для прогнозирования погоды и изучения климата.
- Промышленность — Контроль температуры в различных технологических процессах: плавка металлов, химические реакции, производство материалов.
Типичные ошибки
| Неверно | Верно | Почему |
|---|---|---|
| Температура — это количество тепла. | Температура — это мера степени нагретости тела, связанная со средней кинетической энергией движения частиц. | Тепло (количество теплоты) — это форма передачи энергии, а температура — характеристика состояния тела. |
| Тело не имеет температуры, если оно очень холодное. | Любое тело, состоящее из частиц, имеет температуру (даже если она очень низкая), пока частицы движутся. | Температура связана с движением частиц, и только при абсолютном нуле (0 К) это движение прекращается. |
| Чем больше тело, тем выше его температура при одинаковом нагреве. | Температура не зависит от размера тела, а зависит от средней кинетической энергии его частиц. | Большое тело может иметь ту же температуру, что и маленькое, если их частицы движутся с одинаковой средней скоростью. Большое тело просто содержит больше внутренней энергии. |
Не путать
- Количество теплоты (Q) — Температура (T) — это мера средней кинетической энергии движения частиц, характеризующая степень нагретости тела. Количество теплоты (Q) — это энергия, которую тело получает или отдаёт в процессе теплообмена.
- Внутренняя энергия (U) — Температура (T) характеризует среднюю кинетическую энергию движения частиц. Внутренняя энергия (U) — это суммарная энергия всех частиц тела (кинетическая энергия их движения и потенциальная энергия их взаимодействия).
Откуда взялось понятие
Понятие температуры и первые попытки её измерения появились в начале XVII века. Галилео Галилей считается изобретателем одного из первых термоскопов, предшественника термометра. Шкалы Цельсия и Фаренгейта были предложены в XVIII веке Андерсом Цельсием и Габриэлем Фаренгейтом соответственно.
Как запомнить
Температура — это как средняя 'скорость' беспорядочного движения частиц, из которых состоит тело: чем быстрее, тем горячее.
Проверь себя
3 задания-
Если вы нагреваете кастрюлю с водой, что происходит с молекулами воды?
Ответ
Молекулы воды начинают двигаться быстрее, увеличивая свою кинетическую энергию. -
Почему, когда вы держите лед в руке, вам становится холодно?
Ответ
Ваша рука имеет более высокую температуру, чем лёд, поэтому тепло от вашей руки передаётся льду, забирая энергию. -
Какая температура является абсолютным нулём по шкале Цельсия?
Ответ
-273.15 °C.
Частые вопросы
Может ли температура быть отрицательной?
Да, по шкалам Цельсия и Фаренгейта температура может быть отрицательной. Это означает, что температура ниже точки замерзания воды (по Цельсию) или некоторой другой референсной точки. Однако по абсолютной шкале Кельвина температура всегда положительна или равна нулю.
Почему ртуть и спирт используются в термометрах?
Ртуть и спирт хорошо подходят для термометров, потому что они заметно расширяются или сжимаются при изменении температуры. Это позволяет точно отслеживать изменения температуры. Также они не замерзают при обычных температурах.
Есть ли максимальная температура?
Теоретически максимальной температуры не существует. Чем больше энергии мы сообщаем частицам, тем быстрее они движутся, и тем выше температура. Однако в астрофизике есть понятие планковской температуры, которая считается максимально возможной в рамках современной физики.
Что такое тепловое равновесие?
Тепловое равновесие — это состояние, при котором два или более тела, находящиеся в тепловом контакте, имеют одинаковую температуру, и между ними прекращается теплообмен. То есть, тепловая энергия больше не передаётся от одного тела к другому.
Спросить про это понятие
температура
Где это изучается
10 параграфовОдна и та же тема разложена по разным учебникам — можно сравнить формулировки и выбрать более понятную.
Понятия рядом
Их разбирают в тех же параграфах, что и это понятие.