In groups prepare the answers to the following questions.
1. What is temperature?
Temperature is one of the basic physical quantities describing the state of the body. The temperature is related to the average kinetic energy of motion and vibrations of all molecules forming a given system and it is a measure of this energy.
Teacher's comment
We say that temperature is the measure of the kinetic energy of molecules, or more precisely the measure of the average kinetic energy of the molecules of the body. Not without reason do we talk about the average kinetic energy. Colliding particles or atoms have different energies, which additionally change as a result of collisions. One molecule strikes another one which has a lower speed and in the same time it causes the increase of the velocity as well as the energy of the other molecule. The energy of the first molecule decreases and it moves more slowly. However, this collision does not change the total amount and the average energy value.
2. What determines the temperature of the body?
In microscopic terms, the temperature depends on the movement of the molecules of which the body is built.
3. How do the particles of the body behave when the temperature the body increases?
The temperature rises when the energy of molecules in motion also increases. The movement may be associated with the movement of the molecules (e.g. in a gas), with the vibrations of atoms and molecules (e.g. in a crystal).
4. Is there the lowest possible temperature of the body?
Zero on the Kelvin scale, also called the absolute or the absolute zero, is the lowest possible temperature in nature and corresponds to the situation when all motions of the atoms and molecules of which matter is built stop. Then, the molecules have zero kinetic energy.
Teacher's comment
In fact, it is impossible to reach the temperature of zero in Kelvin scale. In any other situation, the Kelvin temperature is a value directly proportional to the average kinetic energy of atoms or molecules.
5. What are temperature scales for?
Temperature scales are ordered temperature values (taken as defined thermal states) presented in the form of a number and temperature unit.
Defining the temperature scale requires:
1) Assuming at least one temperature as the basic point of the scale and assigning this temperature a specific value (e.g. at normal pressure, at 0°C water changes its state from liquid to solid and vice versa).
2) Determining the appropriate unit of temperature.
Teacher's comment
The temperature of the interphase equilibrium (e.g. the boiling point, the freezing point, the melting point or the triple point of pure substances) are most often the basic points on the temperature scale. The most frequently selected points and substances are characterized by high reproducibility and immutability, e.g. the temperature of the triple point of water (273,15 K = 0Indeks górny ooC) or the boiling point of water (100Indeks górny ooC) under the pressure of 101325 (1 physical atmosphere).
Because temperature is one of the values that are measured indirectly, i.e. by measuring other values depending on the temperature, the determination of the temperature unit results from the assumed dependence between the selected property of a specific body and the temperature. The relationship between the volume of the liquid and the temperature is used in liquid thermometers. This property is called the thermal expansion of a liquid. Bimetal thermometers are also often used. In this kind of thermometers the length of the body depends on the temperature.
6. How is the absolute temperature scale defined?
The Kelvin scale is the basic unit of temperature in the SI system. In this scale the water triple point was assigned to the value which equals 273,15 K. The absolute zero temperature is assumed to be the zero value on this scale. The unit of temperature in this scale is Kelvin (1 K). The value of T was selected in such a way that between the temperature value in the Kelvin scale and the temperature value in the Celsius scale the following relationship holds:
7. Define the Celsius temperature scale.
The Celsius scale is based on two constant points: – the melting point of the ice at normal pressure and – the boiling point of water at the normal pressure. The unit of temperature in this scale is one degree Celsius ().
Teacher's comment
Initially, the Celsius scale was determined on the basis of the thermal changes in the volume of mercury. Then after many improvements it was transformed into the International Practical Temperature Scale.
8. Compare the Celsius scale with the Kevin scale.
One degree on the Celsius temperature scale is always equal to one Kelvin. The Kelvin scale is similar to the Celsius scale, and the only difference between them is to shift the numerical values in both scales in relation to each other by a constant value.
[Illustration interactive]
[Illustration 1]
9. Define the concept of heat.
Heat in physics is one of the methods of transmitting internal energy to the thermodynamic system by transmitting the energy of the chaotic movement of particles (atoms, molecules, ions). The second method to transfer internal energy is work.
Teacher's comment
Heat also means the amount of internal energy transferred in the heat process. To avoid misunderstandings, to differentiate heat as a physical phenomenon from heat as a physical quantity, it is possible to use the term heat exchange or thermal energy flow to determine the process, and the notion of the amount of heat for physical quantity which determines the change in the internal energy caused by this phenomenon.
10. What is the difference between temperature and heat?
Temperature is a measure of the thermal state of the body (substance). Heat is a form of energy that can be transmitted (given back or received).
Teacher's comment
If there are two bodies of the same temperature and they get in contact, there is no energy flow (i.e. heat). The different temperature of the bodies, after they get in contact, will cause the flow of this energy, because the system will strive to be in the equilibrium state (in this case one body will give some energy, the other will absorb it and the whole system will stabilise after reaching a new temperature - between their initial values).
11. Can we talk about heat even at very low temperatures?
Yes! If only bodies with different temperatures (even very low) are in contact with each other, then the flow of heat occurs.
The physical quantity called temperature is related to the average kinetic energy of atoms and molecules - two bodies have the same temperature if the average kinetic energy of their atoms or molecules is the same. Bodies with higher temperature have a higher value of the average kinetic energy of their atoms and molecules.
On the Kelvin scale (also known as the absolute temperature scale) the temperature is directly proportional to the average kinetic energy of atoms or molecules.
On the Celsius scale, the zero point is the temperature at which water freezes, and 100 degrees is the temperature at which the water boils at normal atmospheric pressure.
Zero Kelvin (also referred to as absolute zero) is the lowest possible temperature in nature; at this temperature the average kinetic energy of atoms and molecules is zero (atoms and molecules are in stillness).
The temperature difference in the Celsius scale and the absolute scale is equal.
Selected words and expressions used in the lesson plan
Nie możemy bezpośrednio zmierzyć energii kinetycznej cząsteczek i wyznaczyć wartości średniej. Jednak, jak zapewne wiesz, istnieją przyrządy pozwalające zmierzyć rzeczywistą wartość temperatury.
Temperatura i jej związek z energią kinetyczną cząsteczek
mbbf8e436a73b96c5_1528449084556_0
Drugi
mbbf8e436a73b96c5_1528449076687_0
IV. Zjawiska cieplne. Uczeń:
1) posługuje się pojęciem temperatury; rozpoznaje, że ciała o równej temperaturze pozostają w stanie równowagi termicznej;
2) posługuje się skalami temperatur (Celsjusza, Kelvina, Fahrenheita); przelicza temperaturę w skali Celsjusza na temperaturę w skali Kelvina i odwrotnie;
3) wskazuje, że nie następuje przekazywanie energii w postaci ciepła (wymiana ciepła) między ciałami o tej samej temperaturze;
4) wskazuje, że energię układu (energię wewnętrzną) można zmienić, wykonując nad nim pracę lub przekazując energię w postaci ciepła;
5) analizuje jakościowo związek między temperaturą a średnią energią kinetyczną (ruchu chaotycznego) cząsteczek.
mbbf8e436a73b96c5_1528449068082_0
45 minut
mbbf8e436a73b96c5_1528449523725_0
Przedstawienie zależności pomiędzy temperaturą a średnią energią kinetyczną cząsteczek ciała.
mbbf8e436a73b96c5_1528449552113_0
1. Przedstawienie skali bezwzględnej temperatur.
2. Wskazanie sposobu przeliczania temperatury z jednej skali temperatur do drugiej.
3. Wskazanie różnic pomiędzy temperaturą a ciepłem.
mbbf8e436a73b96c5_1528450430307_0
Uczeń:
- przedstawia zależność pomiędzy temperaturą a średnią energia kinetyczną cząsteczek ciała,
- odróżnia ciepło od temperatury.
mbbf8e436a73b96c5_1528449534267_0
1. Metoda odwróconej klasy.
2. Pogadanka, praca z podręcznikiem.
mbbf8e436a73b96c5_1528449514617_0
1. Praca samodzielna uczniów z książką.
2. Wykorzystanie Internetu do wyszukiwania potrzebnych informacji.
mbbf8e436a73b96c5_1528450127855_0
Przypomnienie zadań z pracy domowej.
1. Co to jest temperatura?
2. Od czego zależy temperatura ciała?
3. Jak zachowują się cząsteczki ciała, kiedy temperatura ciała wzrasta ?
4. Czy istnieje najniższa możliwa temperatura ciała?
5. Do czego służą skale temperatur?
6. Jak jest definiowana skala bezwzględna temperatur?
7. Zdefiniuj skalę temperatur Celsjusza.
8. Porównaj ze sobą skalę Celsjusza ze skalą Kevina.
9. Zdefiniuj pojęcie ciepła.
10. Czym się różni temperatura od ciepła?
11. Czy nawet w bardzo niskich temperaturach można mówić o cieple?
mbbf8e436a73b96c5_1528446435040_0
Proszę przygotuj odpowiedzi na podane pytania.
1. Co to jest temperatura?
Temperatura to jedna z podstawowych wielkości fizycznych opisujących stan ciała. Temperatura jest związana ze średnią energią kinetyczną ruchu i drgań wszystkich cząsteczek tworzących dany układ i jest miarą tej energii.
Komentarz nauczyciela
Mówimy, że temperatura jest miarą energii kinetycznej cząsteczek, dokładniej – miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek ciała.
Nie bez powodu mówimy o średniej energii kinetycznej. Zderzające się ze sobą cząsteczki lub atomy mają różne energie, w dodatku zmieniające się w wyniku zderzeń. Cząsteczka uderzywszy w inną, o mniejszej prędkości, powoduje wzrost jej prędkości, a zatem i energii. Sama zaś energię „traci” i porusza się wolniej. Nie zmienia to jednak całkowitej sumy oraz wartości średniej energii.
2. Od czego zależy temperatura ciała?
Pod względem mikroskopowym, temperatura zależy od ruchu cząsteczek, z których złożone jest ciało.
Komentarz nauczyciela
Nie możemy bezpośrednio zmierzyć energii kinetycznej cząsteczek i wyznaczyć wartości średniej. Jednak, jak zapewne wiesz, istnieją przyrządy pozwalające zmierzyć rzeczywistą wartość temperatury.
3. Jak zachowują się cząsteczki ciała, kiedy temperatura ciała wzrasta?
Temperatura rośnie, kiedy wzrasta energia cząstek będących w ruchu. Ruch może być związany z przemieszczaniem się cząsteczki (np. w gazie), z drganiami atomów, cząsteczek (np. w krysztale).
4. Czy istnieje najniższa możliwa temperatura ciała?
Zero w skali Kelvina, zwane też zerem bezwzględnym lub absolutnym, jest najniższą możliwą temperaturą w przyrodzie i odpowiada sytuacji, gdy ustaje wszelki ruch atomów i cząsteczek, z których zbudowana jest materia. Cząsteczki mają wtedy zerową energię kinetyczną.
Komentarz nauczyciela
W rzeczywistości osiągnięcie temperatury zera kelwinów jest niemożliwe. W każdej innej sytuacji temperatura w skali Kelvina jest wielkością wprost proporcjonalną do średniej energii kinetycznej atomów lub cząsteczek.
5. Do czego służą skale temperatur?
Skale temperatur są to uporządkowane wartości temperatur (pojętych jako określone stany cieplne) przedstawione w postaci liczby i jednostki temperatury.
Zdefiniowanie skali temperatur wymaga:
1) Przyjęcia co najmniej jednej temperatury jako punktu podstawowego skali i przyporządkowanie tej temperaturze określonej wartości. (np. przy normalnym ciśnieniu, w temperaturze 0oC woda zmienia swój stan skupienia z ciekłego na stały i odwrotnie).
2) Określenia przyjętej jednostki temperaturowej.
Komentarz nauczyciela
Za punkty podstawowe skali temperatur przyjmuje się najczęściej temperatury zmiany stanu skupienia substancji czystych np. wody. Najczęściej wybiera się punkty i substancje odznaczające się dużą odtwarzalnością i niezmiennością. Przykładem może być skala Celsjusza oparta na punktach charakterystycznych dla wody. Woda przy normalnym ciśnieniu 101325 , w temperaturze 0°C zmienia swój stan skupienia z ciekłego na stały i odwrotnie, a w temperaturze 100°C wrze.
Temperaturę mierzymy metodą pośrednią tzn. mierząc inne wielkości zależne od temperatury. W termometrach cieczowych wykorzystuje się zależność objętości cieczy od temperatury – właściwość tę nazywamy rozszerzalnością termiczną cieczy. Używane są też często termometry bimetaliczne, w których od temperatury zależy długość jakiegoś ciała.
6. Jak jest definiowana skala bezwzględna temperatur?
Skala Kelvina - jest podstawową jednostką temperatury układu SI, powstała przez przyporządkowanie punktowi potrójnemu wody wartości równej 273,15 K. Za wartość zerową tej skali przyjęto temperaturę zera absolutnego. Jednostką temperatury w tej skali jest kelwin (1K). Wartość T dobrano w taki sposób aby między wartością temperatury w skali Kelvina a wartością temperatury w skali Celsjusza zachodził związek.
7. Zdefiniuj skalę temperatur Celsjusza.
Skala Celsjusza - jest oparta na dwóch punktach stałych: - temperaturze topnienia lodu przy ciśnieniu normalnym i - temperaturze wrzenia wody przy ciśnieniu j.w. Jednostką temperatury w tej skali jest jeden stopień Celsjusza ().
Komentarz nauczyciela
Początkowo skala Celsjusza była określana na podstawie cieplnych zmian objętości rtęci, następnie po wielu udoskonaleniach przekształcono ją w Międzynarodową Praktyczną Skalę Temperatur.
8. Porównaj ze sobą skalę Celsjusza ze skalą Kevina.
Jeden stopień na skali temperatur Celsjusza jest zawsze równy jednemu kelwinowi. Skala Kelvina jest podobna do skali Celsjusza i jedyna różnica między nimi polega na przesunięciu wartości liczbowych w obydwu skalach względem siebie o stałą wartość.
[Ilustracja 1]
9. Zdefiniuj pojęcie ciepła.
Ciepło w fizyce – jeden ze sposobów przekazywania energii wewnętrznej układowi termodynamicznemu poprzez przekazywanie energii chaotycznego ruchu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów) Drugim sposobem na przekazywanie energii jest praca.
Komentarz nauczyciela
Ciepło oznacza również ilość energii wewnętrznej przekazywanej w procesie cieplnym. Aby uniknąć nieporozumień, dla odróżnienia przepływu ciepła jako zjawiska fizycznego od ciepła jako wielkości fizycznej można używać określenia wymiana cieplna lub cieplny przepływ energii na określenie procesu, a ilość ciepła na wielkość fizyczną określającą zmianę energii wewnętrznej wywołaną tym zjawiskiem.
10. Czym się różni temperatura od ciepła?
Temperatura to miarą średniej energii kinetycznej cząsteczek danego ciała (substancji). Ciepło zaś jest formą energii, która może być przekazywana (oddawana przyjmowana).
Komentarz nauczyciela
Jeśli masz dwa ciała o tej samej temperaturze, to po ich zetknięciu nie nastąpi przepływ energii (czyli ciepła). Różne temperatury ciał po ich zetknięciu spowodują przepływ tej energii, bo układ będzie dążył do stanu równowagi (w tym przypadku jedno ciało odda część energii, drugie przyjmie ją a cały układ ustabilizuje się osiągając nową temperaturę - pomiędzy wartościami początkowymi).
11. Czy nawet w bardzo niskich temperaturach można mówić o cieple?
Tak! Jeżeli tylko stykają się ze sobą ciała o różnych temperaturach (nawet bardzo niskich) to zawsze wtedy będziemy mieli do czynienia z przepływem ciepła.
mbbf8e436a73b96c5_1528450119332_0
Wielkość fizyczna zwana temperaturą związana jest ze średnią energią kinetyczną atomów i cząsteczek – dwa ciała mają taką samą temperaturę, jeśli średnia energia kinetyczna ich atomów lub cząsteczek jest taka sama. Ciała o wyższej temperaturze mają większą wartość średniej energii kinetycznej atomów i cząsteczek.
W skali Kelvina (zwanej też bezwzględną skalą temperatur) oraz w skali Celsjusza, temperatura jest wprost proporcjonalna do średniej energii kinetycznej atomów lub cząsteczek.
W skali Celsjusza punktem zerowym jest temperatura, w której woda zamarza, a 100 stopni oznacza temperaturę, w której woda wrze przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym.
Zero kelwinów (inaczej zero bezwzględne) jest najniższą możliwą temperaturą w przyrodzie, w tej temperaturze średnia energia kinetyczna atomów i cząsteczek jest równa zero (atomy i cząsteczki są w bezruchu).
Różnica temperatur ma taką samą wartość zarówno skali Celsjusza, jak i w skali bezwzględnej.