Если зимним вечером в трескучий мороз вынести на улицу чашку с кипящей водой, чашку с раскаленным до такой же температуры песком и большую бочку с теплой водой, через некоторое можно будет увидеть, что первым до 0°С остынет песок, потом замерзнет вода в чашке, а на бочке лед появится в последнюю очередь. На скорость остывания, кроме температуры, влияет и размер предмета.
Если нагревать емкость со льдом, температура не будет подниматься выше нуля, пока весь лед не растает. Лед тает при температуре 0°С, при этой же температуре вода начинает замерзать.
Иногда, выйдя из дому, думаешь, что на улице тепло, но, пройдя некоторое время, понимаешь, что на самом деле довольно холодно. Если жарким летним днем спуститься в подвал, то покажется, что там очень холодно, хотя температура там плюс 2СГС. Человеческие ощущения не самый лучший метод для измерения температуры.
Возьмем на кухне три кружки и нальем в одну горячую, но не обжигающую воду, в другую - теплую, а в третью - холодную. Теперь палец левой руки опустим в горячую воду, а правой - в холодную. Стоит подождать, пока пальцы привыкнут к температуре воды, в которую они опущены. Теперь одновременно вынем пальцы из чашек и засунем их в чашку с теплой водой. Оказывается пальцу, который был в горячей воде, стало холодно, а палец из холодной воды, наоборот, в теплой воде согрелся.
Температура теплой воды может быть точно измерена при помощи термометра, а наши ощущения сильно зависят от условий, в которых мы находились до опыта.
Большая часть термометров работают на основе простого свойства вещества расширяться при нагревании и сжиматься при охлажде-
Опыт с водой разной температуры
нии. В самом первом термометре в качестве расширяющегося и сжимающегося вещества был взят обычный воздух. Изобрел этот термометр Галилей. Этот прибор представлял собой перевернутую колбу с воздухом, опущенную горлышком в сосуд с водой. Прибор был не точен, так как показания термометра зависели от изменчивой погоды, а именно, атмосферного давления. Но и это был важный шаг вперед. Термометр Галилея позволил измерить температуру у больного лихорадкой. Так, впервые, был «поставлен градусник».
В следующих моделях термометров вместо воздуха стали использовать подкрашенную жидкость. Но и эти приборы работали плохо, потому что жидкость испарялась. По настоящему термометры вошли в жизнь человека, когда кто-то из учеников Галилея догадался запаять трубку с жидкостью.
Термометр Галилея. Рисунок из рукописи
Существуют разные термометры для разных целей. Большая часть термометров, которые можно встретить в доме человека, содержат спирт или ртуть. Спирт замерзает при минус 112°С, а кипит - при плюс 72°С. Это делает спирт удобным для уличных термомет
ров. Ртуть замерзает при минус 39°С, поэтому ртутные термометры нельзя использовать в районах с очень низкими температурами, но зато кипит при 357°, поэтому очень удобна для измерения высоких температур. Так устроены химические и технические термометры для измерения высоких температур.
В медицинских термометрах тоже используется ртуть, что делает их более точными. Для того чтобы ртуть в термометре не опускалась, пока врач подносит термометр к глазам, отверстие в нижней части термометра, около шарика, очень маленькое. Поэтому, чтобы заставить ртуть пройти сквозь него перед тем, как мерить температуру тела, нужно термометр встряхнуть.
Одни из самых точных термометров - газовые. Они позволяют измерять температуру от абсолютного нуля до полутора тысяч градусов.
При нагревании тело получает тепло, а при охлаждении отдает его.
Количество теплоты, полученное телом при нагревании, можно рассчитать по формуле:
где с - удельная теплоемкость вещества,
m - масса вещества,
Разность конечной и начальной температур.
Эта же формула годится для расчета количества теплоты, выделившейся при охлаждении тела.
Удельная теплоемкость вещества - это физическая величина, показывающая количество теплоты, которое нужно передать 1 кг этого вещества для нагревания его на 1 °С.
Единица измерения удельной теплоемкости в системе СИ:
[ с ] = 1 Дж/(кг°С).
При охлаждении тела до прежней температуры выделяется такое же количество теплоты, которое было затрачено на нагревание этого тела.
.......................
ИНТЕРЕСНО
1. Почему в водоемах летом вода на достаточной глубине плохо прогревается?
Нагревание воды солнечными лучами происходит сверху. Однако вода обладает плохой теплопроводностью.
2. Почему зимой на глубине у дна водоема сохраняется температура +4 градуса по Цельсию?
Первое – лёд не тонет.
Второе – вода, охладившаяся до +4 градусов по Цельсию, обладает наибольшей плотностью, поэтому опускается на дно.
Третье - плохая теплопроводность воды не может привести к выравниванию температуры по всей глубине.
Нагревание пузырька плотничьего уровня
С помощью этого прибора плотники выставляют горизонтальный уровень при строительных работах.
Если прибор лежит на горизонтальной поверхности, то пузырек воздуха, имеющийся в стеклянной трубке, заполненной водой, будет располагаться ровно по центру. При наклоне уровня пузырек сместится к одному из концов трубки.
Длина пузырька воздуха меняется при колебаниях температуры. Но, как? Когда пузырек больше: в теплую или в холодную погоду? В этих условиях газ не может расширяться, т.к. этому препятствует замкнутая в уровне жидкость. При нагревании расширение жидкости окажется больше расширения трубки, что и сжимает пузырек.
Итак, пузырек уровня в теплую погоду меньше, чем в холодную.
А, ты, согласен с этим?
Очень часто лед используется для охлаждения. Это возможно, потому что при таянии (плавлении) льда поглощается большое количество тепла.
Воздух - это восхитительное понятие в мире природы. Мне с детства нравятся птицы, и дома у меня живет парочка голосистых попугаев. А известно ли вам то, благодаря чему птички способны летать? Дело тут не только в особенностях строения их тела, а еще и в окружающей среде. Для птиц воздух выступает аналогом воды для рыбы, только он обладает гораздо меньшей плотностью, и этим список особенностей воздуха только начинается.
Как влияет изменение температуры на воздух
Каждый день погода меняется: сегодня - хорошая, завтра - плохая, а послезавтра наступит зима. С приходом холодов, которые обусловлены рельефом и климатом, атмосферный воздух сжимается - это та причина, по которой синоптики сообщают нам о росте атмосферного давления, поскольку газы в тропосфере стремятся быть ближе к земной поверхности, и оказывают большее давление на все предметы внизу.
Низкое давление приводит к возникновению антициклонов. Они формируют вихри в атмосфере, которые вращаются против часовой стрелки. Антициклоны не пускают в зону своего действия океанические воздушные массы - погода становится штилевой с незначительным количеством осадков.
Когда воздух в атмосфере под действием солнечной энергии начинает прогреваться, атмосферное давление идет вниз. Газы расширяются и разлетаются по атмосфере.
В теплое время года зоны с низким атмосферным давлением часто испытывают на себе действие циклонов:
- рост количества выпадающих осадков;
- снижение количества безоблачных дней;
- ветер.
Циклон является полной противоположностью антициклона.
Рекорды в прогретом воздухе
Первенство в категории высотных полетов среди птиц принадлежит грифам Рюппеля. Эти птички способны подняться на высоту более 12 километров благодаря расширившемуся под действием тепла атмосферному воздуху.
Разумеется, что в прохладный период высота полета грифов несколько ниже.
Африканские сипы оказались выше рукотворных вертолетов. Железные птицы поднимаются на высоту не более 9 км. Выше воздух становится слишком разреженным и винту просто не от чего отталкиваться дальше.
Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается
Одно из самых распространенных веществ на Земле: вода. Она, как и воздух, необходима нам, но мы ее порой совсем не замечаем. Она просто есть. Но, оказывается, обыкновенная вода может менять свой объем и весить то больше, то меньше. При испарении воды, ее нагревании и охлаждении происходят поистине удивительные вещи, о которых мы и узнаем сегодня.
Мюриэль Мэнделл в своей занимательной книге «Phycisc Experiments for Children» излагает интереснейшие мысли о свойствах воды, на основе которых не только юные физики могут узнать немало нового, но и взрослые освежат свои знания, которые давненько не приходилось применять, поэтому они оказались слегка забытыми.
Сегодня речь пойдет об объеме и весе воды. Оказывается, один и тот же объем воды не всегда весит одинаково. И если налить воду в стакан и она не прольется через край - это еще не значит, что она поместится в нем при любых обстоятельствах.
1. При нагревании вода увеличивается в объеме
Поставьте наполненную водой банку в кастрюлю, наполненную сантиметров на пять кипящей водой, и на слабом огне поддерживайте кипение. Вода из банки начнет переливаться через край. Это происходит потому, что при нагревании вода, подобно другим жидкостям, начинает занимать больше пространства. Молекулы отталкиваются друг от друга с большей интенсивностью и это ведет к увеличению объема воды.2. При охлаждении вода сжимается
Дайте воде в банке остыть при комнатной температуре, или налейте новую воду, и поставьте ее в холодильник. Через некоторое время вы обнаружите, что полная прежде банка уже не полна. При охлаждении до температуры 3,89 градусов по Цельсию вода уменьшает свой объем по мере снижения температуры. Причиной тому стало снижение скорости движения молекул и их сближение друг с другом под воздействием охлаждения. Казалось бы, все очень просто: чем холоднее вода, тем меньший объем она занимает, но…
3. …объем воды вновь возрастает при замерзании
Наполните банку водой до краев и накройте куском картона. Поставьте ее в морозилку и дождитесь замерзания. Вы обнаружите, что картонную «крышку» вытолкнуло. На температурном интервале между 3,89 и 0 градусов по Цельсию, то есть на подходе к точке своего замерзания, вода вновь начинает расширяться. Она является одним из немногих известных веществ, обладающих подобным свойством. Если использовать плотную крышку, то лед просто разнесет банку. Приходилось ли вам слышать о том, что даже водопроводные трубы может разорвать льдом?4. Лед легче воды
Поместите пару кубиков льда в стакан с водой. Лед будет плавать на поверхности. Вода при замерзании увеличивается в объеме. И, вследствие этого, лед легче воды: его объем составляет около 91% соответствующего объема воды.Это свойство воды существует в природе не зря. У него есть вполне определенное предназначение. Говорят, что зимой реки замерзают. Но на самом деле это не совсем верно. Обычно замерзает лишь небольшой верхний слой. Это ледяной покров не тонет, поскольку он легче жидкой воды. Он замедляет замерзание воды на глубине реки и служит своеобразным одеялом, оберегая рыб и другую речную да озерную живность от лютых зимних морозов. Изучая физику, начинаешь понимать, что очень многое в природе устроено целесообразно.
5. Водопроводная вода содержит минералы
Влейте в небольшую стеклянную миску 5 столовых ложек обычной водопроводной воды. Когда вода испарится, на миске останется белая кайма. Эта кайма сформирована минералами, которые были растворены в воде, когда она проходила слои грунта. Посмотрите внутрь своего чайника и вы увидите там минеральный налет. Такой же налет образуется и на отверстии для стока воды в ванне. Попробуйте испарить дождевую воду, чтобы самостоятельно проверить, содержит ли она минералы.Раздел молекулярной физики, который изучает передачу энергии, закономерности превращения одних видов энергии в другие. В отличие от молекулярно-кинетической теории, в термодинамике не учитывается внутреннее строение веществ и микропараметры .
Термодинамическая система
Это совокупность тел, которые обмениваются энергией (в форме работы или теплоты) друг с другом или с окружающей средой. Например, вода в чайнике остывает, происходит обмен теплотой воды с чайником и чайника с окружающей средой. Цилиндр с газом под поршнем: поршень выполняет работу, в результате чего, газ получает энергию, и изменяются его макропараметры .
Количество теплоты
Это энергия , которую получает или отдает система в процессе теплообмена. Обозначается символом Q, измеряется, как любая энергия, в Джоулях.
В результате различных процессов теплообмена энергия, которая передается, определяется по-своему.
Нагревание и охлаждение
Этот процесс характеризуется изменением температуры системы. Количество теплоты определяется по формуле
Удельная теплоемкость вещества с измеряется количеством теплоты, которое необходимо для нагревания единицы массы данного вещества на 1К. Для нагревания 1кг стекла или 1кг воды требуется различное количество энергии. Удельная теплоемкость - известная, уже вычисленная для всех веществ величина, в физических таблицах.
Теплоемкость вещества С - это количество теплоты, которое необходимо для нагревания тела без учета его массы на 1К.
Плавление и кристаллизация
Плавление - переход вещества из твердого состояния в жидкое. Обратный переход называется кристаллизацией.
Энергия, которая тратится на разрушение кристаллической решетки вещества, определяется по формуле
Удельная теплота плавления известная для каждого вещества величина, в физических таблицах.
Парообразование (испарение или кипение) и конденсация
Парообразование - это переход вещества из жидкого (твердого) состояния в газообразное. Обратный процесс называется конденсацией.
Удельная теплота парообразования известная для каждого вещества величина,
