Температура в природе и жизни человека

Доклад

на тему:

«Тепловые явления в природе

и в жизни человека»

Выполнила

ученица 8 «А» класса

Карибова А.В.

Армавир, 2010

Вокруг нас происходят явления, внешне весьма косвенно связанные с механическим движением. Это явления, наблюдаемые при изменении температуры тел или при переходе их из одного состояния (например, жидкого) в другое (твердое либо газообразное). Такие явления называются тепловыми. Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Изменение температуры на 20—30° С при смене времени года меняет все вокруг нас. От температуры окружающей среды зависит возможность жизни на Земле. Люди добились относительной независимости от окружающей среды после того как научились добывать и поддерживать огонь. Это было одним из величайших открытий, сделанных на заре развития человечества.

История развития представлений о природе тепловых явлений — пример того, каким сложным и противоречивым путем постигают научную истину.

Многие философы древности рассматривали огонь и связанную с ним теплоту как одну из стихий, которая наряду с землей, водой и воздухом образует все тела. Одновременно предпринимались попытки связать теплоту с движением, так как было замечено, что при соударении тел или трении друг о друга они нагреваются.

Первые успехи на пути построения научной теории теплоты относятся к началу XVII в., когда был изобретен термометр, и появилась возможность количественного исследования тепловых процессов и свойств макросистем.

Вновь был поставлен вопрос о том, что же такое теплота. Наметились две противоположные точки зрения. Согласно одной из них — вещественной теории тепла, теплота рассматривалась как особого рода невесомая “жидкость”, способная перетекать из одного тела к другому. Эта жидкость была названа теплородом. Чем больше теплорода в теле, тем выше температура тела.

Согласно другой точке зрения, теплота — это вид внутреннего движения частиц тела. Чем быстрее движутся частицы тела, тем выше его температура.

Таким образом, представление о тепловых явлениях и свойствах связывалось с атомистическим учением древних философов о строении вещества. В рамках таких представлений теорию тепла первоначально называли корпускулярной, от слова “корпускула” (частица). Ее придерживались ученые: Ньютон, Гук, Бойль, Бернулли.

Большой вклад в развитие корпускулярной теории тепла сделал великий русский ученый М.В. Ломоносов. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он объяснил в общем процессы плавления, испарения и теплопроводности, а также пришел к выводу о существовании “наибольшей или последней степени холода”, когда движение частичек вещества прекращается. Благодаря работам Ломоносова среди русских ученых было очень мало сторонников вещественной теории теплоты.

Но все же, несмотря на многие преимущества корпускулярной теории теплоты, к середине XVIII в. временную победу одержала теория теплорода. Это произошло после того как экспериментально было доказано сохранение теплоты при теплообмене. Отсюда был сделан вывод о сохранении (неуничтожении) тепловой жидкости — теплорода. В вещественной теории было введено понятие теплоемкости тел и построена количественная теория теплопроводности. Многие термины, введенные в то время, сохранились и сейчас.

В середине XIX в. была доказана связь между механической работой и количеством теплоты. Подобно работе количество теплоты оказалось мерой изменения энергии. Нагревание тела связано не с увеличением в нем количества особой невесомой “жидкости”, а с увеличением его энергии. Принцип теплорода был заменен гораздо более глубоким законом сохранения энергии. Было установлено, что теплота представляет собой форму энергии.

Значительный вклад в развитие теорий тепловых явлений и свойств макросистем внесли немецкий физик Р. Клаузиус (1822—1888), английский физик-теоретик Дж. Максвелл, австрийский физик Л. Больцман (1844—1906) и другие ученые.

Сложилось так, что природа тепловых явлений объясняется в физике двумя способами: термодинамический подход и молекулярно-кинетическая теория вещества.

Термодинамический подход рассматривает теплоту с позиции макроскопических свойств вещества(давление, температура, объём, плотность и т.д.).

Молекулярно-кинетическая теория связывает протекание тепловых яввлений и процессов с особенностями внутреннего строения вещества и изучает причины, которые обуславливают тепловое движение.

Итак, рассмотрим тепловые явления в жизни человека.

Нагревание и охлаждение, испарение и кипение, плавление и отвердевание, конденсация — все это примеры тепловых явлений.

Основной источник тепла на Земле — Солнце. Но, кроме того, люди используют много искусственных источников тепла: костер, печку, водяное отопление, газовые и электрические нагреватели и т.д.

Вы знаете, что если в горячий чай опустить холодную ложку, через некоторое время она нагреется. При этом чай отдаст часть своего тепла не только ложке, но и окружающему воздуху. Из примера ясно, что тепло может передаваться от тела, более нагретого к телу менее нагретому. Существует три способа передачи теплоты — теплопроводность, конвекция, излучение
.

Нагревание ложки в горячем чае — пример теплопроводности
. Все металлы обладают хорошей теплопроводностью.

Конвекцией
передается тепло в жидкостях и газах. Когда мы нагреваем воду в кастрюле или чайнике, сначала прогреваются нижние слои воды, они становятся легче и устремляются вверх, уступая место холодной воде. Конвекция происходит в комнате, когда включено отопление. Горячий воздух от батареи поднимается, а холодный опускается.

Но ни теплопроводностью, ни конвекцией невозможно объяснить, как, например, далекое от нас Солнце нагревает Землю. В этом случае тепло передается через безвоздушное пространство излучением
(тепловыми лучами).

Для измерения температуры используется термометр. В обычной жизни пользуются комнатными или медицинскими термометрами.

Когда говорят о температуре по Цельсию, то имеют в виду шкалу температур, в которой 0°С соответствует температуре замерзания воды, а 100°С — точка ее кипения.

В некоторых странах (США, Великобритания) используют шкалу Фаренгейта. В ней 212°F соответствуют 100°С. Перевод температуры из одной шкалы в другую не очень простой, но в случае необходимости каждый из вас сможет его выполнить самостоятельно. Чтобы перевести температуру по шкале Цельсия в температуру по шкале Фаренгейта, необходимо умножить температуру по Цельсию на 9, разделить на 5 и прибавить 32. Чтобы сделать обратный переход, из температуры по Фаренгейту необходимо вычесть 32, умножить остаток на 5 и разделить на 9.

В физике и астрофизике часто используют еще одну шкалу — шкалу Кельвина. В ней за 0 принята самая низкая температура в природе (абсолютный нуль). Она соответствует −273°С. Единица измерения в этой шкале — Кельвин (К). Чтобы перевести температуру по Цельсию в температуру по Кельвину, к градусам по Цельсию надо прибавить 273. Например, по Цельсию 100°, а по Кельвину 373 К. Для обратного перевода надо вычесть 273. Например, 0 К это −273°С.

Полезно знать, что температура на поверхности Солнца — 6000 К, а внутри — 15 000 000 К. Температура в космическом пространстве вдали от звезд близка к абсолютному нулю.

В природе мы являемся свидетелями тепловых явлений, но порой, не обращаем внимания на их сущность. Например, летом идёт дождь а зимой снег. Образуется роса на листьях. Появляется туман.

Знания о тепловых явлениях помогают людям конструировать обогреватели для домов, тепловые двигатели (двигатели внутреннего сгорания, паровые турбины, реактивные двигатели и т. д.), предсказывать погоду, плавить металл, создавать теплоизоляционные и термостойкие материалы, которые используются всюду — от постройки домов до космических кораблей.

Источник

Понятием «температура» мы часто пользуемся в обыденной жизни. «Надо посмотреть, сколько градусов на улице, чтобы знать, как одеться», – говорим мы. Или: «Не заболел ли ваш ребенок? Измерьте ему температуру». И каждый хорошо понимает, что означают эти слова. Температура выражает физическое состояние некоторой системы, ее внутреннюю энергию.

Температура связана с хаотическим движением молекул. Это знал еще наш великий соотечественник М.В. Ломоносов. В своей работе «Размышления о причине теплоты и холода» он писал:

«Очень хорошо известно, что теплота возбуждается движением: от взаимного трения руки согреваются; дерево загорается пламенем; при ударе кремня об огниво появляются искры; железо накаливается от проковывания частыми и сильными ударами, а если их прекратить, то теплота уменьшается… Из этого всего совершенно очевидно, что достаточное основание теплоты заключается в движении. А так как движение не может происходить без материи, то необходимо, чтобы достаточное основание теплоты заключалось в движении какой-то материи.

И хотя в горячих телах большей частью на вид не заметно какого-либо движения, таковое все-таки очень часто обнаруживается по производимым действиям. Так, железо, нагретое почти до накаливания, кажется на глаз находящимся в покое; однако одни тела, придвинутые к нему, оно плавит, другие превращает в пар; то есть, приводя частицы их в движение, оно тем самым показывает, что и в нем имеется движение какой-то материи. Ведь нельзя отрицать существование движения там, где оно не видно: кто в самом деле будет отрицать, что когда через лес проносится сильный ветер, то листья и сучки дерев колышатся, хотя при рассматривании издали и не видно движения. Точно так же, как здесь вследствие расстояния, так и в теплых телах вследствие малости частиц движущейся материи движение ускользает от взора».

Ломоносов вплотную подошел к понятию абсолютного нуля. Он утверждал: «…невозможна высшая и последняя степень теплоты как движения. Наоборот, то же самое движение может настолько уменьшиться, что тело достигает наконец состояния совершенного покоя и никакое дальнейшее уменьшение движения невозможно. Следовательно, по необходимости должна существовать наибольшая и последняя ступень холода, которая должна состоять в полном прекращении… движения частиц».

Понятие абсолютного нуля было введено в 1848 году английским ученым У. Томсоном (Кельвином). Оно вытекает из второго начала термодинамики, а из третьего начала следует, что абсолютный нуль недостижим. Его значение – минус 273,15°C. С приближением температуры к абсолютному нулю стремятся к нулю все тепловые характеристики вещества: энтропия, теплоемкость и т.д.

Температуру нельзя измерять непосредственно, ее значение находят по изменению какого-либо свойства вещества, например, по увеличению объема тела с ростом его температуры. На этом основано действие ртутных, спиртовых и иных подобных термометров. Можно измерять температуру по изменению электрического сопротивления, давления, излучения и т.п., надо только, чтобы это изменение было хорошо заметно.

Рис. 1. Соотношение между температурными шкалами Фаренгейта (F), Цельсия (C) и Кельвина (K)

Английский ученый Р. Гук и нидерландский естествоиспытатель X. Гюйгенс установили две постоянные точки термометра: точку таяния льда и точку кипения воды. В 1742 году А. Цельсий предложил стоградусную шкалу термометра, на которой точка кипения воды отмечалась нулем, а точка таяния льда – числом 100. Сейчас мы часто пользуемся этой, но как бы перевернутой шкалой, которая по-прежнему носит имя шведского ученого. Помимо шкалы Цельсия (C), существуют еще температурные шкалы Кельвина (K), Фаренгейта (F), Реомюра (R), Ранкина (Ra). Соотношение между первыми тремя показано на рис. 1. Связь двух последних со шкалами Цельсия и Кельвина дают следующие формулы:

n°С = 0,8n° R

nK = 1,8n° Ra

Рис. 2. Температуры, встречающиеся в природе и технике

На рис. 2 представлены температуры, встречающиеся в природе и технике. Левая шкала логарифмическая. Это означает, что два соседних деления отличаются друг от друга по величине в десять раз. Правая шкала – «растянутая» небольшая часть левой шкалы. Она линейная.

Прежде всего вы найдете температуры, характеризующие пашу среду обитания – планету Земля. На ней много жарких мест. Одно из них – Долина смерти в Калифорнии (США). Там отмечена жара 56,7°C. Но рекорд по положительным температурам принадлежит, безусловно, Сахаре. Он равен 63°C в тени. На Земле есть также полюса холода. В Северном полушарии они расположены в Якутии и Гренландии, температура там достигает около 70 градусов мороза. А самое холодное место на нашей планете – это Антарктида. В ее глубинных районах зарегистрирована температура – 94,5°C. На таком морозе металл становится хрупким, соляр превращается в густую тестообразную массу, а керосин не вспыхивает даже при соприкосновении с открытым огнем.

А какова температура недр Земли? Раньше высказывались различные гипотетические предположения и приводились расчеты, по которым температура на глубине 15 км получалась 100…400°C. Теперь Кольская сверхглубокая скважина, которая прошла отметку 12 км, дала точный ответ на поставленный вопрос. Вначале (до 3 км) температура росла на 1° через каждые 100 м проходки, далее этот рост составил 2,5° на каждые новые 100 м. На глубине 10 км температура недр Земли оказалась равной 180°C!

На шкале вы найдете температуры внутренних зон самых горячих звезд, Вселенной вскоре после ее рождения, газов, вытекающих из сопла ракеты, и многих других объектов и процессов. Но, конечно, один рисунок не может вместить все обилие значений температур, встречающихся в природе и технике. Он только информация к размышлению.

Ранее опубликовано:

Наука и жизнь. 1986. №9.

Дата публикации:

21 мая 2007 года

Источник

Автор:

27 сентября 2013 09:27

Температура играет огромную роль в жизни любых земных организмов. При очень высоких или наоборот крайне низких температурах вещи могут вести себя очень странно. Предлагаю вам узнать несколько любопытных фактов, которые связаны с температурой.