Что показывал термометр при плавлении снега. История создания термометра: как придумали первый градусник? Абсолютная шкала температур

3. Найти вес тела P = ρgV

4. Определить давление, оказываемое телом на горизонтальную поверхность P = , где F=P

Экспериментальная работа № 12

Тема: «Исследование зависимости показаний термометра от внешних условий».

Цель: исследуйте зависимость показаний термометра в зависимости от внешних условий: падают ли на термометр солнечные лучи или он находится в тени, на какой подложке лежит термометр, какого цвета экран закрывает термометр от солнечных лучей.

Задачи:

Воспитательные: воспитание аккуратности, умения работать в коллективе ;

Оборудование: настольная лампа, термометр, листы белой и черной бумаги.

Какова температура воздуха в комнате и на улице интересует людей каждый день. Термометр для измерения температуры воздуха есть практически в каждом доме, но далеко не всякий человек умеет правильно им пользоваться. Во-первых, многие не понимают самой задачи измерения температуры воздуха. Это непонимание особенно обнаруживается в жаркие летние дни. Когда метеорологи сообщают, что температура воздуха в тени достигала 32°С, то многие люди "уточняют" примерно так: "А на солнце столбик термометра уходил за отметку 50°С!" Имеют ли смысл такие уточнения? Для ответа на этот вопрос выполните следующее экспериментальное исследование и сделайте свои выводы.

Ход работы:

Опыт 1. Измерьте температуру воздуха "на солнце" и "в тени". В качестве "Солнца" используйте настольную лампу.

Первый раз расположите термометр на расстоянии 15-20 см от лампы на столе, второй раз, не изменяя расположения лампы относительно термометра, создайте "тень" листом бумаги, расположив его вблизи лампы. Запишите показания термометров.

Опыт 2. Выполните измерения температуры "на солнце" при условиях использования сначала темной, затем светлой подложки под термометром. Для этого первый раз положите термометр на лист белой бумаги, второй раз на лист черной бумаги. Запишите показания термометров.

Опыт 3. Выполните измерения «в тени», закрыв свет от лампы листом белой бумаги, положенным прямо на термометр. Запишите показания термометра. Повторите опыт, заменив белую бумагу черной бумагой.

Обдумайте результаты выполненных опытов и сделайте выводы, где и как нужно укрепить за окном термометр для измерения температуры воздуха на улице?

Серия опытов при правильном выполнении дает следующие результаты.

Опыт 1 показывает, что показания термометра “на солнце” заметно выше его показаний “в тени”. Этот факт должен получить следующее объяснение. При отсутствии солнечного освещения температуры воздуха и стола одинаковы. В результате теплообмена со столом и воздухом термометр приходит в тепловое равновесие с ними и показывает температуру воздуха.

Когда "солнце" не закрыто листом бумаги, под действием поглощаемого излучения “солнца” температура стола повышается, а прозрачный воздух этим излучением почти не нагревается. Термометр с одной стороны осуществляет теплообмен с поверхностью стола, а с другой стороны - с воздухом. В результате его температура оказывается выше температуры воздуха, но ниже температуры поверхности стола. Каков же тогда смысл показаний термометра “на солнце”?

Упорный любитель измерений температуры воздуха “на солнце” может на это возразить, что его не интересует температура воздуха “в тени”, когда сам он находится “на солнце”. Пусть это будет не температура воздуха, просто показания термометра “на солнце”, но именно они его и интересуют. В этом случае ему пригодятся результаты опыта 2.

Опыт 2 показывает, что на белой хорошо отражающей свет бумаге, показания термометра значительно меньше, чем на черной, хорошо поглощающей световое излучение и сильнее нагревающейся. Следовательно, на вопрос о показаниях термометра “на солнце” нет однозначного ответа. Результат будет сильно зависеть от цвета подложки под термометром, цвета и структуры поверхности баллона термометра, наличия или отсутствия ветра.

Температура воздуха на улице при измерениях вдали от нагретых солнечным излучением предметов и при исключении прямого воздействия излучения на термометр одинакова “на солнце“ и “в тени”, это просто температура воздуха. Но измерять ее следует действительно только “в тени”.

Но создание "тени" для термометра в солнечный день тоже не простая задача. В этом убеждают результаты опыта 3. Они показывают, что при близком расположении экрана от термометра нагревание экрана солнечным излучением будет приводить к существенным ошибкам при измерении температуры воздуха в солнечный день. Завышение температуры будет особенно большим при темной окраске экрана, так как такой экран поглощает почти всю энергию падающего на него солнечного излучения, и значительно меньшей при белой окраске экрана, так как такой экран отражает почти всю энергию падающего на него солнечного излучения.

После выполнения такого экспериментального исследования нужно обсудить практически важный вопрос: как же на практике нужно измерять температуру воздуха на улице? Ответ на этот вопрос может быть примерно таким. Если в квартире есть окно, выходящее на север, то именно за этим окном и нужно укрепить уличный термометр. Если же такого окна в квартире нет, термометр должен быть помещен возможно дальше от нагреваемых солнцем стен, напротив слабо нагреваемых оконных стекол. Баллон термометра должен быть защищен от нагревания солнечным излучением. Результаты опыта 3 показывают, что при попытке защиты термометра от солнечного излучения экран сам нагревается и нагревает термометр. Так как белый экран нагревается меньше, защитный экран должен быть светлым, располагать его следует в достаточном удалении от термометра.

Аналогичное можно быть исследовать зависимость показаний комнатного термометра от места его расположения. Результатом выполнения домашнего задания должно быть установление того факта, что показания комнатного термометра зависят от места его расположения в комнате. Если нас интересует температура воздуха в комнате, то нужно исключить влияние на него нагретых тел и солнечного излучения. На термометр не должен падать прямой солнечный свет, нельзя располагать термометр вблизи нагревательных и осветительных приборов. Не следует вешать термометр на внешнюю стену комнаты, которая летом имеет повышенную, а зимой пониженную температуру относительно температуры воздуха в комнате.

Экспериментальная работа № 13

Тема: «Определение процентного содержания снега в воде».

Цель: Определить процентное содержание снега в воде.

Задачи:

Образовательные: формирование умения сочетать знания и практических навыков;

Развивающие: развитие логическое мышление, познавательного интереса.

Оборудование: калориметр, термометр, мензурка, сосуд с комнатной водой, смесь снега с водой, калориметрическое тело.

Первый вариант

Ход работы:

1.В калориметр со смесью наливают столько воды, чтобы весь снег растаял. Температура получившейся воды была равна t=0.

2.Запишем уравнение теплового баланса для этого случая:

m1 =сm3(t2-t1), где с - удельная теплоемкость воды, - удельная теплота плавления льда, m1 – масса снега, m2-масса воды в снеге, m3-масса влитой воды, t-температура влитой воды.

Отсюда =

Искомое процентное отношение =;

3.Величину m1 + m2 можно определить, перелив всю воду из калориметра в измерительный цилиндр и измерив полную массу воды m. Так как m= m1 + m2 + m3, то

m1 + m2 = m - m3. Следовательно,

=

Второй вариант

Оборудование: калориметр, термометр, весы и разновес, стакан с теплой водой, комок мокрого снега, калориметрическое тело.

Ход работы:

1.Взвесим пустой калориметр, а затем калориметр с комком мокрого снега. По разности определим массу комка мокрого снега (m).

В комке содержится *х граммов воды и *(100 - х) граммов снега, где х-процентное содержание воды в комке.

Температура мокрого снега 0.

2.Теперь добавляем в калориметр с комком мокрого снега столько теплой воды (mв), чтобы весь снег растаял, предварительно замерив температуру теплой воды (to).

3.Взвешиваем калориметр с водой и растаявшим снегом и по разности весов определим массу долитой теплой воды(mв).

4.Замеряем термометром конечную температуру (toсм.).

5.Запишем уравнение теплового баланса:

cmв t = *(100 - х) + с(m+ mв) toсм.,

Где с - удельная теплоемкость воды-4200Дж/кг, - удельная теплота плавления снега

3,3 *105 Дж/кг.

6.Из полученного уравнения выражаем

X=100 -

Экспериментальная работа № 14

Тема: «Определение теплоты плавления льда».

Цель: определить теплоту плавления льда.

Задачи:

Образовательные: формирование умения сочетать знания и практических навыков;

Воспитательные: воспитание аккуратности, умения работать в коллективе;

Развивающие: развитие логическое мышление, познавательного интереса.

Оборудование: тер­мометр, вода, лед, мерный ци­линдр.

Ход работы:

1.В пустой сосуд положите кусок льда и налейте в него из измерительного цилиндра столько воды, чтобы весь лед растаял.

2.В этом случае уравнение теп­лового баланса запишется прос­то:

Ст1 (t1 - t2) = т2

где т2 - масса льда, тх - мас­са налитой воды, tx - началь­ная температура воды, t2 - конечная температура воды, рав­ная О °С, К - удельная тепло­та плавления льда. Из приве­денного уравнения находим:

3.Массу льда можно определить, слив полученную воду в изме­рительный цилиндр и измерив общую массу воды и льда:

М = + т2 = ρаодь, Vобщ.

Так как т2 = М - m1, то

Экспериментальная работа № 15

Цель : используя предложенное оборудование и таблицу зависимости давления насыщенного пара от температуры, определить абсолютную и относительную влажность воздуха в комнате.

Задачи:

Образовательные: формирование умения сочетать знания и практических навыков;

Воспитательные: воспитание аккуратности, умения работать в коллективе;

Развивающие: развитие логическое мышление, познавательного интереса.

Оборудование : стакан, термометр, лед, вода.

Ход работы:

1.Абсолютную влажность воздуха проще всего определить по точке росы. Для измерения точки росы нужно сначала измерить температуру t1воздуха. Затем взять обычный стеклянный стакан, налить в него немного воды при комнатной температуре и поместить в воду термометр.

2.В другом сосуде нужно приготовить смесь воды со льдом и из этого сосуда добавлять понемногу холодную воду в стакан с водой и термометром до тех пор, пока на стенках стакана не появится роса. Смотреть нужно на стенку стакана напротив уровня воды в стакане. При достижении точки росы стенка стакана ниже уровня воды становится матовой из-за множества мелких капелек росы, сконденсировавшихся на стекле. В этот момент нужно снять показания t2 термометра.

3.По значению температуры t2 - точке росы - можно определить по таблице плотность ρ насыщенного пара при температуре t2. Это будет абсолютная влажность атмосферного воздуха. Затем можно найти по таблице значение плотности r0 насыщенного пара при температуре t1. По найденным значениям плотности r насыщенного пара при температуре t2 и плотности ρ0 насыщенного пара при комнатной температуре t1 определяется относительная влажность воздуха j.

Погрешности средств измерений

Плотность жидкостей, металлов и сплавов, твёрдых веществ и материалов.

Вопрос «Что такое шкала температур?» - годится для любого физика - от студента до профессора. Полный ответ на него занял бы целую книгу и мог бы послужить хорошей иллюстрацией изменения взглядов и прогресса физика за последние четыре века.
Температура - это степень нагретости по определенной шкале. Для грубой оценки, без термометра, можно воспользоваться чувствительностью собственной кожи, но наши ощущения тепла и холода ограничены и ненадежны.

Опыт. Чувствительность кожи к теплу и холоду. Этот опыт весьма поучителен. Поставьте три тазика с водой: один с очень горячей, друюй с умеренно теплой, а третий с очень холодной. Опустите минуты на 3 одну руку в горячий, а другую в холодный таз. Затем обе руки опустите в таз с теплой водой. Теперь спросите-ка каждую руку, что она «скажет» вам о температура воды?

Термометр точно говорит нам, насколько вещь горячее или холоднее; с его помощью можно сравнить степень нагретости разных предметов, пользуясь им вновь и вновь, мы можем сопоставить наблюдения, сделанные в разное время. Он снабжен определенной неизменной, воспроизводимой шкалой - характерной принадлежностью любого хорошего прибора. Способ изготовления термометра и сам прибор диктуют нам ту шкалу и систему измерений, которой мы должны пользоваться. Переход от грубых ощущений к прибору со шкалой - не просто усовершенствование нашего всязания. Мы изобретаем и вводим в употребление новое понятие - температуру.
Наше грубое представление о горячем и холодном содержит в зародыше понятие температуры. Исследования показывают, что при нагревании многие из важнейших свойств вещей изменяются, и. для изучения этих изменений нужны термометры. Повсеместное распространение термометров в обиходе отодвинуло на второй план смысл понятия температуры. Мы считаем, что термометр измеряет температуру нашего тела, воздуха или воды в ванне, хотя на самом деле он показывает лишь свою собственную температуру. Мы считаем изменения температуру от 60 до 70° и от 40 до 50° одинаковыми. Однако никаких гарантий того, что они действительно одинаковы, у нас, по-видимому, нет. Нам остается считать их одинаковыми по определению Термометры все же полезны нам как верные слуги. Но действительно ли за их преданным «лицом» - шкалой скрыта Ее Сиятельство Температура.

Простые термометры и шкала Цельсия
Температуру в термометрах показывает расширяющаяся при нагревании капелька жидкости (ртути или окрашенного спирта), помещенная в трубку с делениями. Чтобы шкала одного термометра совпадала с другой, мы берем две точки: таяние льда и кипение воды в стандартных условиях и приписываем им деления 0 и 100, а интервал между ними делим на 100 равных частей. Итак, если по одному термометру температура воды в ванне равна 30°, то любой другой термометр (если он правильно проградулирован) покажет то же самое, даже если у него пувырек и трубка совсем другого размера. В первом термометре ртуть расширяется на 30/100 расширения от точки плавления до точки кипения. Разумно ожидать, что и в других термометрах ртуть будет расширяться в той же степени и они также покажут 30°. Здесь мы полагаемся на Универсальность Природы 2>.
Предположим теперь, что мы взяли другую жидкость, например глицерин. Даст ли это ту же шкалу при прежних точках? Конечно, для согласования со ртутным глицериновый термометр должен иметь 0° при таянии льда и 100° - при кипении воды. Но будут ли показания термометров совпадать при промежуточных температурах? Оказывается нет когда ртутный термометр показывает 50,0° С, глицериновый термометр показывает 47,6° С. По сравнению со ртутным глицериновый термометр на первой половине пути между точкой таяния льда и точкой кипения воды немного отстает. (Можно сделать термометры, которые дадут еще большее расхождение. Например, термометр с парами воды показал бы 12° в точке, где по ртутному 50°!

При этом получается так называемая шкала Цельсия, которая сей-нас широко используется. В США, Англии и некоторых других странах применяется шкала Фаренгейта, на которой точки таяния льда и кипения воды помечаются цифрами 32 и 212. Первоначально шкала Фаренгейта строилась на двух других точках. В качестве нуля бралась температура замораживающей смеси, а числу 96 (число, распадающееся на большое число сомножителей и поэтому удобное в обращении) сопоставлялась нормальная температура человеческого тела. После модификации, когда стандартным точкам были сопоставлены целые числа, температура тела оказалась между 98 и 99. Комнатная температура 68° Р соответствует 20° С. Несмотря на то дто переход от одной шкалы к другой меняет числовое значение единицы температуры, он не затрагивает самой концепции температуры. Последнее международное соглашение ввело еще одно изменение: вместо стандартных точек таяния льда и кипения воды, определяющих шкалу, приняты «абсолютный нуль» и «тройная точка» для воды. Хотя это изменение в определении температуры - фундаментально, в обычную научную работу оно практически не вносит никакой разницы. Для тройной точки число выбрано так, что новая шкала очень хорошо согласуется со старой.
2> Это рассуждение несколько наивно. Стекло ведь тоже расширяется Действует ли расширение стекла на высоту столбика ртути? Что по этой причине, кроме простого расширения ртути, показывает термометр? Допустим, ято два термометра содержат чистую ртуть, но шарики их сделаны из различных сортов стекла с разным расширением. Повлияет ли это на результат?