Связь внутренней энергии с температурой

  • ID: 44529 
  • 13 страниц

Содержание:


Введение

Понятие о температуре и внутренней энергии тела. Первоначальное представление о температуре человек приобрел с помощью осязания. Ощупывая руками различные тела, мы иногда говорим: «холодное тело» или «теплое тело», отмечая этим их различную нагретость. Величину, характеризующую степень нагретости тела, и называют температурой этого тела.

Определение температуры тела на ощупь необъективно и может ввести человека в заблуждение. Действительно, если на столе рядом лежат два предмета, сделанные один из пластмассы, а другой из металла, то, прижимая к ним обнаженную руку, мы скажем, что металлический предмет холоднее пластмассового, хотя в действа* тельности температуры этих тел одинаковы. Поэтому для объективного измерения температуры был создан специальный прибор, который назвали термометром. Действие обыкновенных медицинских термометров, как и термометров для измерения температуры воздуха, основано на расширении тел при нагревании и сжатии при охлаждении. Отметим, что есть термометры, устройство которых основано на использовании других свойств вещества. Они будут описаны дальше.

Температура любого тела тесно связана с энергией хаотического движения его молекул. Чтобы нагреть тело, его молекулам нужно сообщить энергию, а чтобы охладить тело, у его молекул нужно отнять энергию.

Опыт показывает, что при соприкосновении двух тел с различной температурой тело с более высокой температурой всегда охлаждается, а тело с более низкой температурой всегда нагревается. Это означает, что между телами при этом происходит обмен энергией, который заканчивается, когда температуры тел выравниваются. Такой обмен энергией принято называть теплообменом. Итак, измерив температуры тел, мы можем установить заранее, какие из них будут получать энергию при теплообмене, а какие — отдавать. Если же измерения покажут, что температуры тел одинаковы, то это означает, что энергия каждого из них будет оставаться неизменной. В этом и заключается ценность понятия температуры.

Ощущения тепла и холода у человека также связаны с обменом энергией между ним и окружающей средой. Когда температура предмета, к которому прикасается рука, выше, чем у человека, то человек получает от него энергию и у него возникает ощущение тепла. Если же температура предмета ниже, чем у человека, то человек теряет энергию и у него возникает ощущение холода. Чем быстрее происходит этот обмен энергией, тем заметнее становятся ощущения тепла или холода у человека.

Связь внутренней энергии с температурой

Внутренняя энергия. Все тела состоят из атомов и молекул, находящихся в непрестанном тепловом, хаотическом движении. Поэтому даже если тело в целом неподвижно и имеет нулевую потенциальную энергию, оно тем не менее обладает энергией, связанной с внутренним движением составляющих его атомов и молекул и с их взаимодействием. Иначе говоря, любому коллективу атомов или молекул всегда присуща некоторая внутренняя энергия.

Измерение температуры. Термометр

При создании температурной шкалы нужно основываться на каком-либо свойстве вещества, зависящем от температуры. Опыт показывает, что практически все физические свойства тел изменяются с температурой. Так, при нагревании многие тела расширяются, электрическое сопротивление металлов возрастает с повышением температуры, а полупроводников убывает, и т. д. Все подобные явления в принципе можно использовать для создания приборов для измерения температуры — термометров.

Эмпирическая температурная шкала

Устройство большинства термометров основано на предположении, что положенное в основу измерения физическое свойство термометрического тела линейно зависит от температуры. Для построения шкалы выбираются две так называемые реперные точки* которым приписываются произвольные значения температуры, а шкала между ними делится на равные части. Этим устанавливается единица измерения температуры.

Высокие и низкие температуры

На практике для измерения температур в разных интервалах, в том числе очень высоких и очень

Температурные шкалы

Существует несколько градуированных температурных шкал, и за точки отсчета в них обычно взяты температуры замерзания и кипения воды. Сейчас самой распространенной в мире является шкала Цельсия. В 1742 шведский астроном Андерс Цельсий предложил 100-градусную шкалу термометра, в которой за 0 градусов принимается температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении, а за 100 градусов - температура таяния льда. Деление шкалы составляет 1/100 этой разницы.

Андерс Цельсий

Андерс Цельсий (Anders Celsius) родился 27 ноября 1701 года в Швеции. Область его интересов: астрономия, общая физика, геофизика. Преподавал в Упсальском университете астрономию, основал там астрономическую обсерваторию.

Цельсий первым измерил яркость звезд, установил взаимосвязь между северным сиянием и колебаниями в магнитном поле Земли.

Габриэль Фаренгейт

Даниэль Габриэль Фаренгейт (Daniel Gabriel

Fahrenheit) (1686–1736) - немецкий физик. Родился 24 мая 1686 в Данциге (ныне Гданьск, Польша). Изучал физику в Германии, Голландии и Англии. Почти всю жизнь прожил в Голландии, где занимался изготовлением точных метеорологических приборов. В 1709 изготовил спиртовой, в 1714 – ртутный термометр, использовав новый способ очистки ртути. Для ртутного термометра Фаренгейт построил шкалу, имеющую три реперные точки: 0° соответствовал температуре смеси вода – лед – нашатырный спирт, 96° – температуре тела здорового человека, а в качестве контрольной температуры было принято значение 32° для точки таяния льда.

Рене Реомюр

Рене Антуан де Реомюр (Rene Antoin de Reaumur) родился 28февраля 1683 года в Ла-Рошель, французский естествоиспытатель, иностранный почетный член Петербургской АН (1737). Труды по регенерации, физиологии, биологии колоний насекомых. Предложил температурную шкалу, названную его именем. Он усовершенствовал некоторые способы приготовления стали, им, одним из первых, были сделаны попытки научного обоснования некоторых процессов литья, написал работу "Искусство превращения железа в сталь". Он пришел к ценному выводу, железо, сталь, чугун, различаются по количеству некоторой примеси и добавляя эту примесь к железу, путем цементации или сплавления с чугуном Реомюр получал сталь. В 1814 году К. Каретен доказал, что этой примесью является углерод.

Уильям Ранкин

Уильям Джон Макуорн Ранкин (Ренкин) (William John M. Rankine) (1820-72) , шотландский инженер и физик, один из создателей технической термодинамики. Предложил теоретический цикл парового двигателя (цикл Ранкина), температурную шкалу (шкала Ранкина), нуль которой совпадает с нулем термодинамической температуры, а по размеру 1 град Р. ( °R) равен 5/9 К (шкала широкого распространения не получила).

Список литературы

Бутиков Е.И., Кондратьев А.С., Уздин В.М. Физика для углубленного изучения. – М., 2004.

Яворский Б.М., Пинский А.А. Основы физики. – М.: Физматлит, 2003.

Г.С. Ландсберга. Элемениарный учебник физики. – М., 2003.

И.В.Савельев. Курс общей физики. – М.,2004