2 Питання

З багатьма тепловими явищами учні вже ознайомлені, їх вони спостерігали в побуті, вивчали у початкових класах. Проте суті теплових явищ учні ще не розуміють. Відомо, що термінологія, яка описує теплові явища, склалася ще тоді, коли панувала теорія теплороду. В життєвій практиці досить часто, говорячи про теплові явища, вживають вирази «тіло має теплову енергію», «тіло віддає свою температуру». Завдання вчителя — викорінювати у висловах учнів такі невдалі вирази.

У зв'язку з введенням поняття про внутрішню енергію, треба поглибити знання учнів про температуру. У VI класі словами «холодний», «теплий», «гарячий» ми вказували на різний ступінь нагрітості тіла, на різну температуру тіл. Під час повторення цього матеріалу не варто давати означення температури як «ступеня нагрітості тіла». Температура характеризує тепловий стан великої кількості молекул (частинок) і в той же час вона не залежить від їх кількості, тобто температура не залежить від маси тіла '. В основу вимірювання температури покладено теплову рівновагу тіл. Учням відомо, що при вимірюванні температури тіла треба тримати термометр у контакті з ним не менше від п'яти хвилин. За цей час встановлюється теплова рівновага тіла людини і термометра. Тому не можна вимірювати температуру твердого тіла дотиком до її поверхні, в цьому випадку такого контакту нема.

Під час вивчення теми треба правильно розкрити поняття про кількість теплоти. У практиці викладання іноді ототожнюються терміни «кількість теплоти» і «теплова енергія» (в розумінні внутрішньої енергії). Це суперечить науковому розумінню внутрішньої енергії тіла, яка може змінюватись або в процесі виконання роботи, або в процесі передавання теплоти. На основі цього і можна прирівнювати певну роботу до еквівалентної кількості теплоти. Таким чином, кількість теплоти треба розуміти як кількість переданої енергії від одного тіла до другого.

Наводимо кілька порад щодо користування скляним термостійким посудом: 1) перед користуванням його слід вимити й висушити; 2) нагріваючи на полум'ї, посуд треба ставити на залізну або азбестову сітку; 3) при нагріванні рідин у пробірці в полум'ї треба стежити за тим, щоб у. • «істини пробірки нагрівались однаково і щоб стінок, до яких не доходить рідина, полум'я не торкалося; 4) для кращого використання тепла від спиртівки слід правильно розміщувати посудину над нею; нагрі­вати воду у товстостінній посудині можна, лише помістивши її у каструлю з водою.

Велику увагу в процесі виконання лабораторних робіт і на уроках слід приділити техніці безпеки при користуванні нагрівником. Зокрема, в лабораторії треба мати ящик з піском на випадок, якщо спалахне спирт з випадково перекинутої спиртівки. Слід привчати учнів до економної витрати палива. Так, коли нагрівання закінчилось, спиртівку треба відразу загасити. Учні повинні знати правила користування газом у себе вдома, а також суворо додержувати правил безпеки при користуванні ним у фізичному кабінеті.

До цієї теми входять такі питання:

Перехід механічної енергії у внутрішню

Внутрішня енергія

Способи зміни внутрішньої енергії тіла

Теплопровідність

Конвекція

У практиці викладання фізики поняттю температури за традицією приділяється мало уваги. Прийнято вважати, що всі знайомі з цим поняттям мало не з дошкільного віку. Проте досвід показує, що багато учнів не знають правила вимірювання температури. Значна частина учнів вважає, що перед вимірюванням температури термометр треба струсити. Серйозні утруднення випробовують ділення шкали термометра, що вчаться у визначенні ціни. Про статистичне тлумачення температури що вчаться, як правило, не мають уявлення. На питання: «Чи можна зміряти температуру однієї молекули?» – більшість учнів відповідає ствердно.

У термодинаміці температура служить одним з параметрів рівноважного стану системи. Учні повинні добре засвоїти наступні правила вимірювання температури: I) для вимірювання температури потрібно почекати час, поки рівень стовпчика рідині в термометрі не перестане переміщатися; 2) при відліку свідчень термометра резервуар з термометричною речовиною повинен знаходитися в тому середовищі, температуру якого ми вимірюємо. Ці правила обумовлені тим, що температура – параметр рівноважного стану; щоб судити про температуру тієї або іншої системи, необхідно, щоб система і термометрична речовина термометра знаходилися в стані теплової рівноваги. Тільки в цьому випадку можна говорити про ту або іншу температуру термометричної речовини, а отже, і про температуру системи, з якою термометр знаходиться в тепловому контакті.

Важливо мати на увазі, що температура як властивість термодинамічної системи істотно відрізняється від інших властивостей системи, таких, наприклад, як маса, об'єм, енергія. Маса, об'єм і енергія аддитивні, температура не аддитивна. Температура системи не рівна сумі температур частин системи.

Цю особливість температури важливо знати, оскільки нею пояснюється той факт, що температуру вимірюють не шляхом порівняння її з еталоном, як вимірюють, наприклад, довжину, об'єм, масу, а на основі зв'язку між температурою і одним з екстенсивних параметрів. Про зміну температури судять, наприклад, по зміні об'єму термометричної речовини. Еталон для вимірювання температури неможливий, оскільки безглуздо намагатися встановити, скільки разів одна температура міститься в іншій.

Про температуру як про числову характеристику ступеня нагрітості тіла можна говорити тільки після вибору шкали температур. Але вибір температурної шкали довільний. Як міра температури можуть бути вибрані різні параметри, температури, що однозначно змінюються із зміною, – об'єм, тиск, провідність, яскравість і ін. В кожному випадку виходять різні шкали температур. Довільний і вибір основних точок реперів (постійних) шкали і масштабу (розміру) градуса.

Що вчаться, щоб правильно розуміти питання про температуру, повинні знати про довільні допущення (угодах), які слід прийняти, щоб мати термометричну шкалу, щоб мати можливість характеризувати температуру числом.

Аналіз істоти питання показує, що поняття температури для учнів не може бути визначене відразу. Формувати це поняття слід поетапно.

На першому етапі (VI–VII класи) що вчаться на основі відомих спостережень про існування більш менш нагрітих тіл, про охолоджування більш нагрітих тіл при контакті з менш нагрітими переконуються в тому, що тіла володіють властивістю, що виявляється нами як ступінь нагрітості; цю властивість називають температурою. Такий перший крок введення поняття температури, що дає лише уявлення про існування деякої властивості тіл. У IX класі введення поняття температури необхідно пов'язати з досвідченим законом теплової рівноваги і визначити температуру як параметр рівноважного стану системи, як властивість системи, що обумовлює передачу теплоти від одного тіла (більш нагрітого) до іншого (менш нагрітому) при тепловому контакті цих тіл.

Наступний крок – конструювання приладу для кількісного вимірювання температури. Корисно процитувати наступні слова Томсона (Кельвіна): «У фізичних науках першим важливим кроком в справі пізнання якого-небудь процесу є встановлення чисельних співвідношень і відшукання практичних методів вимірювання тих елементів, які пов'язані з даним явищем.

Якщо ви можете зміряти те, про що ви говорите, і виразити це в числах, ви пізнали вже дещо в даному явищі; якщо ж ви не можете його зміряти і виразити в числах, то всі ваші пізнання мізерні і мало задовільні» .

Нагадуємо, що для вимірювання температури застосовують різні термометричні речовини – ртуть, спирт – і що шкали температур при цьому виявляються теж різними: свідчення ртутного і спиртного термометрів співпадають тільки : двох опорних точках. У всіх проміжних 1 інших точках шкали свідчення термометрів не сов падають. Звертаємо увагу на те, що в принцип будь-яка з цих шкал може бути прийнята за стандарт, що «дійсної» температури, не залежної про нашого свавілля у виборі шкали, не існує Тому температура, що виражається числом, є ступінь нагрітості тіла за певною шкалою. Виклад матеріалу пояснюємо зіставленням шкал. Цельсія і Фаренгейта.