"Физика", Грачёв А.В.,Погожев В.А., Вишнякова Е.А.
Температура характеризует тепловое состояние тела и помогает понять направление теплообмена: энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому. Надёжно измеряют её термометром, чувствительная часть которого изменяет свойство при нагревании или охлаждении. Чтобы получить правильный результат, прибор приводят в тепловое равновесие с телом, ждут устойчивого показания и считывают его по шкале.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Температура — физическая величина, характеризующая тепловое состояние тела. По температуре сравнивают степень нагретости тел и определяют направление теплообмена: энергия переходит от тела с большей температурой к телу с меньшей. Обозначают температуру обычно буквой t, а измеряют в градусах Цельсия (°C).
Тепловое равновесие — состояние соприкасающихся тел, при котором их температуры выравниваются и теплообмен прекращается. Например, термометр, оставленный в воде, постепенно приобретает температуру воды. Это понятие объясняет, почему показание прибора нужно снимать не сразу.
Термометр — прибор для измерения температуры. Его показания связаны с изменением свойства чувствительного элемента: например, жидкость меняет объём, а электронный датчик — электрический сигнал. Благодаря этому незаметное изменение температуры превращается в удобное числовое показание.
Шкала Цельсия — шкала температуры, в которой за основные ориентиры приняты таяние льда и кипение воды при нормальном атмосферном давлении. Эти состояния обозначают соответственно 0 °C и 100 °C, а расстояние между отметками делят на 100 равных частей. Так получают единицу измерения — градус Цельсия.
Температуру нельзя надёжно определить только по ощущениям, потому что кожа реагирует на изменение собственного теплообмена. Если одну руку подержать в холодной воде, а другую — в горячей, затем обе погрузить в тёплую воду, она покажется рукам разной. Значит, ощущение зависит от предшествующего контакта, а не только от температуры предмета.
Термометр приходит к температуре измеряемого тела через тепловой контакт. Между прибором и телом идёт теплообмен: если термометр холоднее, он нагревается, а если горячее — остывает. Когда температуры выравниваются, показание перестаёт изменяться, поэтому прибору нужно дать время.
Работа жидкостного термометра основана на тепловом расширении жидкости. При нагревании её объём увеличивается, и жидкость поднимается по узкой трубке; при охлаждении объём уменьшается, и столбик опускается. Узкая трубка делает даже небольшое изменение объёма заметным по высоте столбика.
Шкалу создают по заранее выбранным опорным состояниям. В шкале Цельсия отмечают положение столбика при таянии льда и при кипении воды при нормальном атмосферном давлении, принимая эти точки за 0 °C и 100 °C. Промежуток между ними делят на равные части, поэтому каждая отметка получает определённое значение температуры.
Для правильного измерения чувствительная часть термометра должна иметь хороший контакт с телом и не касаться, например, стенок сосуда. Нужно дождаться, пока столбик или цифры на дисплее перестанут заметно изменяться. Затем показание считывают напротив уровня верхнего конца столбика, не заменяя деления приблизительной оценкой.
| Способ или прибор | Что изменяется при изменении температуры | Как получают показание | Особенности измерения |
|---|---|---|---|
| Жидкостный термометр | Объём жидкости и высота её столбика | Положение столбика сравнивают со шкалой | Нужны контакт с телом и время для равновесия |
| Электронный термометр | Электрический сигнал чувствительного датчика | Сигнал преобразуется в число на дисплее | Показание удобно считывать, но также требуется контакт |
| Контакт прибора с телом | Температура чувствительной части | Прибор принимает температуру тела после теплообмена | Без контакта обычное измерение невозможно |
| Считывание показания по шкале или дисплею | Положение столбика или значение сигнала | Определяют число градусов после стабилизации | Нельзя снимать результат во время заметного изменения |
Таблица помогает сравнить не только виды приборов, но и этапы измерения. При выборе ответа сначала выясните, какое свойство меняется, затем определите, как это изменение превращается в значение температуры.
Условие: на шкале жидкостного термометра столбик остановился на отметке 18 °C. Какова температура тела?
Ответ: температура тела равна 18 °C. В этой задаче дополнительных вычислений нет: значение сразу задано положением столбика на шкале.
Условие: между отметками 20 °C и 30 °C на шкале термометра расположено пять равных промежутков. Какова цена одного деления?
Ответ: цена одного деления равна 2 °C. Значит, при переходе от одного соседнего штриха к другому температура изменяется на 2 °C.
Условие: термометр с температурой 22 °C поместили в воду. Сначала он показывал 22 °C, затем показание стало устойчивым и составило 37 °C. Какую температуру воды следует записать и почему?
Ответ: следует записать 37 °C. Это значение получено после прекращения заметного изменения показания.
Считать температуру по ощущениям. Ошибка возникает потому, что рука быстро привыкает к предыдущей температуре. Проверьте себя: сравните ощущения после контакта с разными предметами и замените их показанием термометра.
Снимать показание сразу. Прибор ещё обменивается теплом с телом, поэтому его значение промежуточное. Подождите, пока столбик или цифры перестанут изменяться.
Путать цену деления с числом промежутков. Между двумя крайними штрихами может быть несколько промежутков, и считать нужно именно их. Для проверки разделите разность значений на число промежутков.
Считать, что термометр измеряет без взаимодействия с телом. При обычном измерении прибор обязательно получает или отдаёт тепло. Убедитесь, что чувствительная часть соприкасается с телом и успела прийти к равновесию.
До изучения измерения температуры нужно знать, что при теплообмене энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому. Эта идея объясняет движение тепла между телом и термометром до установления равновесия.
Понятие температуры понадобится при изучении теплового движения, внутренней энергии и способов теплопередачи. Оно также используется в расчётах количества теплоты, где изменение температуры связывают с переданной энергией.
Почему нельзя надёжно определить температуру рукой?
Ощущение тепла или холода зависит не только от тела, но и от состояния кожи. После контакта с холодным или горячим предметом одна и та же поверхность может казаться рукой разной, поэтому нужен термометр.
Почему показание термометра меняется не сразу?
Чувствительная часть прибора сначала имеет собственную температуру и обменивается теплом с телом. Показание становится постоянным после того, как температуры прибора и тела выравниваются.
Что именно изменяется в жидкостном термометре при нагревании?
При нагревании жидкость расширяется, а при охлаждении сжимается. Из-за этого изменяется высота её столбика в узкой трубке, и по шкале можно определить температуру.
Как определить цену деления термометра?
Нужно найти разность между двумя соседними подписанными значениями и разделить её на число промежутков между ними. Полученный результат показывает, сколько градусов соответствует одному делению.
Почему при измерении термометр нужно привести в тепловое равновесие с телом?
Только при тепловом равновесии температура термометра становится равной температуре тела. Если снять показание раньше, прибор покажет промежуточное значение и результат будет неточным.
§ 13. Измерение температуры. Термометр
