Что нужно знать
Температура — это физическая величина, характеризующая степень нагретости тела и определяющая направление теплообмена между телами. В Международной системе единиц (СИ) температура измеряется в кельвинах (К), а в повседневной жизни часто используется шкала Цельсия (°C). Связь между температурами в этих шкалах выражается формулой T = t + 273, где T — температура в кельвинах, t — температура в градусах Цельсия. Тепловое равновесие — это состояние, при котором соприкасающиеся тела имеют одинаковую температуру и между ними не происходит теплообмена. При контакте тел с разной температурой энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому, пока не установится тепловое равновесие. Температура связана со средней кинетической энергией хаотического движения частиц вещества: чем выше температура, тем больше эта энергия. Например, если положить холодную металлическую ложку в горячий чай, ложка нагреется, а чай немного остынет, пока их температуры не станут одинаковыми. Для измерения температуры используют термометры, действие которых основано на изменении физических свойств веществ при нагревании и охлаждении. Типичная ошибка учеников — считать, что при тепловом равновесии тела обязательно содержат одинаковое количество внутренней энергии, хотя одинаковой должна быть только их температура.
Тест: 11 вопросов
Выберите ответ в каждом вопросе и нажмите «Проверить ответы» — появятся правильные ответы и пояснения.
1. Что характеризует температура тела с точки зрения молекулярно-кинетической теории?
- Среднюю кинетическую энергию хаотического движения частиц
- Объём, занимаемый всеми молекулами
- Массу одной молекулы вещества
- Общее количество частиц в теле
Температура связана со средней кинетической энергией хаотического движения частиц. Чем выше температура, тем интенсивнее тепловое движение частиц.
2. В каких единицах измеряется термодинамическая температура в СИ?
- В джоулях (Дж)
- В кельвинах (К)
- В градусах Цельсия (°C)
- В ваттах (Вт)
Основной единицей измерения температуры в Международной системе единиц является кельвин (К).
3. Что называют тепловым равновесием?
- Состояние, при котором все тела имеют одинаковую массу
- Состояние, при котором все частицы вещества прекращают движение
- Состояние, при котором тела имеют одинаковую температуру и между ними отсутствует теплообмен
- Состояние, при котором тела обладают одинаковой внутренней энергией
При тепловом равновесии температуры взаимодействующих тел одинаковы, поэтому отсутствует направленный теплообмен между ними.
4. В каком направлении происходит передача теплоты при контакте двух тел с разной температурой?
- От тела с меньшей температурой к телу с большей температурой
- В обоих направлениях с обязательным преобладанием передачи от холодного тела
- Только от тела с большей массой к телу с меньшей массой
- От тела с большей температурой к телу с меньшей температурой
При тепловом контакте энергия передаётся от более нагретого тела к менее нагретому до установления теплового равновесия.
5. Какова температура 27 °C в кельвинах? Используйте приближение T = t + 273.
Используем формулу T = t + 273. Подставляем: T = 27 + 273 = 300 К.
6. Какой процесс наблюдается, если холодную металлическую ложку опустить в горячий чай?
- Температура ложки и чая сразу становится равной температуре окружающего воздуха
- Ложка нагревается, а чай охлаждается
- Температура чая и ложки остаётся неизменной
- Ложка охлаждается, а чай нагревается
Теплота передаётся от горячего чая к холодной ложке. В результате температура ложки повышается, а температура чая понижается.
8. Два одинаковых по температуре металлических бруска соприкоснулись. Что произойдёт с их температурами при установлении теплового контакта?
- Температура второго бруска обязательно понизится
- Температура первого бруска обязательно повысится
- Направленного теплообмена между брусками не будет
- Оба бруска обязательно нагреются
Поскольку начальные температуры брусков одинаковы, между ними нет разности температур, вызывающей направленный теплообмен.
9. Температура воды в стакане равна 20 °C, а температура воздуха в комнате — 25 °C. Что произойдёт с водой, если оставить стакан в комнате на достаточно долгое время?
- Температура воды останется равной 20 °C
- Вода постепенно охладится до 0 °C
- Вода нагреется до 100 °C
- Вода постепенно нагреется до температуры воздуха
Воздух имеет более высокую температуру, чем вода, поэтому энергия будет передаваться воде. В результате установится тепловое равновесие с окружающей средой.
10. Температура одного тела равна 15 °C, а другого — 35 °C. Чему равна разность их температур в кельвинах?
Разность температур равна разности значений по шкале Цельсия: ΔT = 35 - 15 = 20 К. Изменение температуры в градусах Цельсия численно равно изменению в кельвинах.
11. Два тела находятся в тепловом равновесии. Масса первого тела в два раза больше массы второго. Какое утверждение обязательно верно?
- Средняя кинетическая энергия частиц первого тела в два раза больше
- Температуры обоих тел одинаковы
- Внутренняя энергия обоих тел одинакова
- Первое тело обязательно содержит в два раза больше теплоты
Главный признак теплового равновесия — равенство температур. Масса и внутренняя энергия тел при этом могут различаться.
12. Температура воздуха утром составляла 12 °C, а днём повысилась до 22 °C. На сколько кельвинов изменилась температура воздуха?
Изменение температуры вычисляется как ΔT = T2 - T1. ΔT = 22 - 12 = 10 К. Разность температур в градусах Цельсия и кельвинах имеет одинаковое числовое значение.