1. Температура и тепловое движение

Определения и обозначения

Тепловое движение — беспорядочное непрерывное движение частиц вещества. Движутся частицы и в твёрдом теле, хотя всё тело сохраняет форму. Это понятие помогает объяснить свойства вещества и нагревание.

Температура — физическая величина, характеризующая степень нагретости тела и связанная с интенсивностью теплового движения его частиц. Чем интенсивнее их движение в среднем, тем выше температура. Обозначают её обычно буквой t, единица в шкале Цельсия — градус Цельсия, °C.

Термометр — прибор для измерения температуры. Его показания устанавливаются после теплового равновесия с телом, то есть когда температуры прибора и тела сравнялись. Поэтому результат нельзя снимать сразу после погружения термометра.

Шкала Цельсия — шкала температуры, в которой таяние льда при нормальном атмосферном давлении соответствует 0 °C, а кипение воды — 100 °C. Промежуток между этими отметками делят на сто равных частей. Так получают удобную систему отсчёта температуры.

Как это устроено

Вещество состоит из частиц, находящихся в постоянном беспорядочном движении. Это происходит потому, что частицы обладают энергией и взаимодействуют друг с другом, сталкиваясь и изменяя направление движения. Поэтому покой тела как целого не означает покоя его частиц.

При нагревании телу передаётся энергия, и средняя скорость движения его частиц возрастает. При охлаждении часть энергии уходит, поэтому средняя скорость уменьшается. Связь температуры с этой средней интенсивностью позволяет сравнивать тепловое состояние разных тел.

Температура тела меняется при теплообмене с окружающими телами. Энергия самопроизвольно передаётся от более нагретого тела менее нагретому, поскольку их частицы взаимодействуют. Передача продолжается до тех пор, пока температуры не станут одинаковыми; это состояние называют тепловым равновесием.

Термометр измеряет температуру после контакта с телом, потому что сам сначала имеет другую температуру. Между ними идёт теплообмен, и чувствительная часть прибора нагревается или охлаждается. Пока равновесие не достигнуто, показания могут изменяться, поэтому нужно дождаться их устойчивости.

Шкалу Цельсия строят по двум опорным температурам воды при нормальном атмосферном давлении. Таянию льда соответствует 0 °C, а кипению воды — 100 °C. Интервал между этими значениями делят на сто равных частей, и каждая часть соответствует одному градусу.

Температура и её измерение

Сначала определите, какое понятие нужно описать, затем найдите в строке его свойство и способ проверки. Последний столбец помогает правильно записать результат и не забыть единицу измерения.

Разбор задач

Задача 1. Термометр показывает 18 °C. Нужно записать температуру и объяснить смысл показания. Число 18 — значение величины, а °C — её единица.

1. Считываем число на шкале: 18.
2. Добавляем обозначение единицы: °C.
3. Формулируем смысл: тело имеет такую температуру в шкале Цельсия.

Ответ: температура равна 18 °C. Это означает, что степень нагретости тела соответствует отметке 18 градусов Цельсия.

Задача 2. Одинаковые термометры поместили в холодную и тёплую воду. Нужно описать изменение показаний и момент окончания измерения. В каждом сосуде сначала возникает теплообмен между водой и термометром.

1. В холодной воде показание термометра будет уменьшаться.
2. В тёплой воде оно будет увеличиваться.
3. Измерение считают установившимся, когда показания перестанут заметно изменяться.

Ответ: показания изменяются в сторону температуры воды. После теплового равновесия термометр показывает температуру соответствующей воды.

Задача 3. Уровень жидкости находится на 3 деления выше отметки 20 °C, цена деления равна 2 °C. Нужно найти температуру. Отсчитываем деления от ближайшей подписанной отметки и прибавляем соответствующее изменение.

1. Находим добавку: 3 · 2 °C = 6 °C.
2. Прибавляем её к 20 °C: 20 °C + 6 °C = 26 °C.
3. Записываем результат вместе с единицей.

Ответ: температура равна 26 °C.

Типичные ошибки

Ошибка: считать, что тепловое движение есть только у нагретых или движущихся тел. Так думают, потому что не видят частиц, но они движутся и в покоящемся теле. Проверьте себя: разделяйте движение тела целиком и движение его частиц.

Ошибка: путать температуру со скоростью движения тела. Перемещение тела описывает его движение как целого, а температура — тепловое состояние. Проверьте, о чём говорится: о направлении и скорости тела или об интенсивности движения частиц.

Ошибка: считать, что термометр сразу показывает температуру воды. Прибору требуется время для теплообмена и достижения равновесия. Проверьте себя: снимайте показания только после их устойчивости.

Ошибка: записывать число без единицы или путать градус с делением шкалы. Одно деление может иметь цену 2 °C, 5 °C и другое значение. Проверьте запись: укажите число, °C и при необходимости используйте цену деления.

Связь с другими темами

До изучения темы нужно знать, что вещества состоят из частиц, а тела могут обмениваться энергией. Эти представления объясняют тепловое движение и изменение температуры.

Связь температуры с энергией частиц пригодится при изучении внутренней энергии и способов теплопередачи. Она также поможет понять, почему вещества меняют агрегатное состояние при нагревании и охлаждении.

Что запомнить

• Частицы вещества находятся в непрерывном беспорядочном движении.
• Тепловое движение происходит и в покоящемся как целое теле.
• Температура связана с интенсивностью теплового движения частиц.
• Термометр измеряет температуру после установления теплового равновесия.
• В шкале Цельсия таяние льда соответствует 0 °C, а кипение воды — 100 °C при нормальном атмосферном давлении.
• При записи температуры указывают единицу измерения.