низькотемпературні чудеса

1. «Тепло і холод - це дві руки природи, якими вона робить майже все». Френсіс Бекон, 1627г.
2. Перша група істориків
3. Друга група істориків
4. Група техніків
5. Група експериментаторів
6. Група біологів
7. Група географів
8. Група астрономів
9. Група Фізиків-теоретиків
10. Підведення підсумків

(Http://festival.1september.ru/articles/504642)

«Тепло і холод - це дві руки природи, якими вона робить майже все».
Френсіс Бекон, 1627г.

Навчальний предмет (дисципліни, близькі до теми): Фізика - тема «Теплові явища», інтеграція з географією, біологією, історією, астрономією.

Вік учнів: 8 клас.

Тип проекту: Рольовий, пошуковий.

Мета проекту: Формування компетентності в сфері самостійної пізнавальної діяльності:

• навичок самостійної роботи з великими обсягами інформації,
• умінь побачити проблему і намітити шляхи її вирішення,
• навичок роботи в групі.

Тема дослідження: Термометрія.

Продукти проекту: Вісім презентацій від дослідницьких груп, виконаних в програмі PowerPoint (роботи пов'язані гіперпосиланнями із загальною презентацією, зробленої вчителем); колекція термометрів; цікаві демонстраційні досліди.

Навчальний клас ділиться на пошукові групи, кожна з яких отримує індивідуальне завдання.

Перша група істориків

Творче назва роботи: «Прародитель сучасних термометрів».

Проблемне питання: Яка історія створення першого приладу для вимірювання температури - термоскопа?

Завдання: Відтворити термоскоп, продемонструвати його роботу.

Стародавні вчені про температуру судили по безпосередньому відчуттю. Лише в 1592 році Галілео Галілей сконструював прилад для вимірювання температури - термоскоп. Термоскоп - від грецьких слів: «термо» - тепло «скопео» - дивлюся. Термоскоп складався з скляної кулі з припаяної до нього скляною трубкою і склянки з водою.

Спробуємо і ми створити термоскоп: нагріємо скляну колбу, перевернемо її, опустимо в стакан з водою відкритим кінцем. Термоскоп готовий. По висоті стовпчика води в шийці колби можна судити про зміни температури: при охолодженні повітря в колбі стовпчик води піднімається вгору, а при нагріванні - опускається.

Отже:

• Термоскопу 415 років, але він працює.
• За допомогою термоскопа можна побачити зміна температури, але її не можна виміряти.
• Показання залежать від атмосферного тиску.
• У приладу немає шкали.

Вся подальша історія створення термометра є історія вдосконалення термоскопа. Повітря замінили підфарбованим спиртом, а пізніше ртуттю. Відкачавши з трубки повітря і запаявши відкритий кінець, виключили вплив атмосферного тиску. Але основним удосконаленням було створення шкали.

Друга група істориків

Творче назва роботи: «Шкали різні потрібні, шкали всякі важливі».

Проблемне питання: Які існують шкали для вимірювання температури, і яка історія їх створення?

Фаренгейт Габріель Даніель (1686-1736), німецький фізик і склодув. Працював в Великобританії і Нідерландах. Виготовив спиртової (1709) і ртутний (1714) термометри. Запропонував температурну шкалу, яка носить його ім'я - шкала Фаренгейта - це температурна шкала, 1 градус якої (1 ° F) дорівнює 1/180 різниці температур кипіння води і танення льоду при атмосферному тиску. За одну з опорних точок своєї шкали (0 ° F) Фаренгейт прийняв найнижчу температуру, яку міг отримати - температуру суміші води, льоду, нашатирю і солі. Другою точкою він вибрав температуру суміші води і льоду. А відстань між ними розділив на 32 частини. Температура людського тіла по його шкалі відповідала 96 ° F, точка кипіння води 212 ° F. Шкалу Фаренгейта досі застосовують в Англії і США.

Реомюр Рене Антуан (1683-1757), французький натураліст, зоолог, іноземний почесний член Петербурзької Академії Наук. У 1730 році запропонував температурну шкалу, яка носить його ім'я - шкала Реомюра - це температурна шкала, один градус якої дорівнює 1/80 різниці температур кипіння води і танення льоду при атмосферному тиску, т. Е. 1 ° R = 5/4 ° С . Шкала Реомюра практично вийшла з ужитку.

Цельсій Андерс (1701-1744), шведський астроном і фізик. Запропонував в1742 році температурну шкалу - шкала Цельсія - це температурна шкала, в якій 1 градус дорівнює 1/100 різниці температур кипіння води і танення льоду при атмосферному тиску, але Цельсій брав за нуль кипіння води, а за 100 градусів - танення льоду.

Відомий шведський ботанік Карл Лінней користувався термометром з переставленими значеннями постійних точок. За 0 ° С він прийняв температуру плавлення льоду, а за 100 ° С температуру кипіння води. Таким чином, сучасна шкала Цельсія по суті є шкалою Ліннея.

Група техніків

Творче назва роботи: «Сучасні прилади».

Проблемне питання: Чи існують термометри без рідини?

Завдання: Зібрати колекцію термометрів різного призначення.

Рідинний термометр, прилад для вимірювання температури, дія якого заснована на тепловому розширенні рідини. Залежно від температурної області застосування рідинні термометри заповнюють етиловим спиртом (від -80 до + 100 ° С) або ртуттю (від -35 до + 750 ° С). Спочатку термометри застосовувалися лише для метеорологічних спостережень. Пізніше їх стали вживати для вимірювання температури повітря в житлових приміщеннях, в медицині, при хімічних дослідженнях і т.д.

В даний час використовуються термометри, дія яких заснована на інших фізичних явищах. Це дозволило збільшити точність вимірювань і розширити сферу застосування приладів.

Електронний термометр більш точний, ніж звичайний кімнатний або вуличний. Він з точністю до десятих часток показує температуру і в приміщенні, і на вулиці.

Термометр опору - прилад для вимірювання температури, дія якого заснована на зміні електричного опору металів і напівпровідників з температурою.

Газовий термометр, прилад для вимірювання температури, дія якого заснована на залежності тиску або об'єму газу від температури. Заповнений гелієм, азотом або воднем балон, з'єднаний за допомогою капіляра з манометром, поміщають в середу, температуру якої вимірюють.

Група експериментаторів

Творче назва роботи: «Досвід - критерій істини».

Проблемне питання: Які температури можна отримати в лабораторних умовах?

Завдання: Провести досліди з водою в умовах шкільної лабораторії, отримати найвищу і найнижчу температуру. Зняти хід дослідів на цифрову камеру, оформити результати у вигляді презентації. Поставити цікаві демонстраційні досліди.

Дослідження кипіння води показало, що 100 ° С - температура кипіння чистої води при нормальному атмосферному тиску (760 мм рт. Ст.). Температура кипіння підвищувалася з ростом зовнішнього тиску, так при атмосферному тиску вище нормального температура кипіння чистої води становила 101 ° С, а при атмосферному тиску нижче нормального - 96 ° С. Однак додавання в воду солі збільшило температура кипіння до 108 ° С.

На питання - чи можна закип'ятити воду окропом - була отримана відповідь - немає. Був поставлений і проведений досвід по кип'ятіння води снігом.

Температура суміші снігу і солі склала мінус 18 ° С. Проведено досвід «пріморажіванія алюмінієвого стаканчика до столу».

Група біологів

Творче назва роботи: «Біологія в світі температур».

Проблемне питання: Які особливості медичного термометра і з чим це пов'язано? Які температури живих істот?

Завдання: Взяти інтерв'ю у шкільного лікаря:

• Як почувається людина при температурі 34 ° С і 42 ° С?
• Коли це буває?
• Як допомогти людині при таких обставинах

Це цікаво: У 19 столітті англійські фізики Благден і Чентрі проводили на собі досліди з визначення найбільшої температури повітря, яку може витримати людина. Вони проводили цілі годинник в натопленій печі хлібопекарні. Виявилося, що при поступовому нагріванні в сухому повітрі людина здатна витримати не тільки температуру кипіння води, а й багато вище - 160 ° С.

Температури тел деяких тварин: Температура тіла коня 38 ° С, температура тіла корови 38,5 ° С, температура тіла качки 41,5 ° С.

Температура тіла живого організму дозволяє судити про його стан і під час почати лікування в разі захворювання.

Група географів

Творче назва роботи: «Географія температур».

Проблемне питання: Де знаходиться найхолодніше і найспекотніший місце на Землі?

Завдання: Розглянути планету Земля з точки зору температури.

Земну кору змінює мантія. Її товщина близько 3000 км, а температура приблизно дорівнює 2000-2500 ° С. Мантія складається з розпечених гірських порід, які в окремих її частинах починають плавитися до напіврідкого стану. Розплавлені гірські породи з мантії прориваються на поверхню у вигляді лави при виверженнях вулканів. На глибині 10 км температура досягає 180 ° С.

Найхолодніший материк - Антарктида, а самий жаркий - Африка, так в Тріполі була зареєстрована температура + 58 ° С. Це на 1,30 вище максимальної температури Долини Смерті.

Антарктида - найбільша в світі холодна пустеля площею 14 млн. Кв. км. Її покривають 90% всіх льодів суші. Максимальна товщина льоду - 4800 м. У льодовиках зосереджено близько 70% світових запасів прісної води. Цей самий ізольований материк не має корінного населення. Ніхто ще не жив тут довше 18 місяців. Температура повітря у земної поверхні -88,3 ° С спостерігалася в серпні 1960 року на радянській антарктичній станції «Схід» в 1922 р Судячи з кліматична карті Росії, в Краснодарському краї температура повітря влітку досягає + 43 ° С, а в Якутії в Оймяконе взимку температура опускається до -77 ° С.

Група астрономів

Творче назва роботи: «Лід і полум'я космосу».

Проблемне питання: Які температури космічних об'єктів?

Космос (грец. Kosmos), синонім астрономічного визначення Всесвіту; часто виділяють ближній космос, досліджуваний за допомогою штучних супутників Землі, космічних апаратів і міжпланетних станцій, і далекий космос - світ зірок і галактик.

Температура на поверхні Місяця, в освітленій її частини + 17 ° С, а в тіні температура -130 ° С.

Для штучних супутників і космічних кораблів, перегрів яких відбувається в основному за рахунок випромінювання, характерна різка зміна температури обшивки - під час проходження в тіні Землі вона опускається до -100 ° С, а при виході з тіні зростає до + 120 ° С. Щоб підтримувати в кабіні космонавтів постійну температуру (від 10 ° С до 22 ° С), подвійну оболонку корабля заповнюють газом - азотом.

На поверхні у Сонця температура сягає 6 тисяч градусів. У надрах Сонця температура згідно з розрахунками близько 15 мільйонів градусів. Температура плям становить близько 3700 градусів.

Як найближча до Сонця планета, Меркурій одержує від центрального світила в 10 разів більше енергії, ніж Земля. Велика тривалість дня і ночі призводить до того, що температури на «денний» і на «нічний» сторонах поверхні Меркурія можуть змінюватися приблизно від 320 ° С до -120 ° С. Але вже на глибині декількох десятків сантиметрів значних коливань температури немає, що є наслідком дуже низьку теплопровідність порід. Температура на поверхні Венери (на рівні середнього радіуса планети) - близько 500 ° С, це більше ніж на Меркурії, тому що у Венери щільна атмосфера, яка утримує тепло. Суворі і температурні умови на Марсі. Поблизу полудня на екваторі температура досягає 10-30 ° С. До вечора вона падає до -60 ° С і навіть до -100 ° С. Середня температура на Марсі -70 ° С, на Юпітері -130 ° С, на Сатурні -170 ° С, на Урані -190 ° С, на Нептуні -200 ° С. Температура на Плутоні, до якої світло від Сонця йде більш п'яти годин, низька - її середнє значення порядку -230 ° С.

Температури більшості зірок укладені в межах від 3000 до 30000 градусів. Гарячі, блакитні зірки мають температуру близько 30000 градусів. У багатьох зірок зустрічаються температури близько 100000 градусів. У холодних - червоних зірок - поверхневі шари нагріті приблизно до 2-3 тисячі градусів. Але в центрі зірок температура сягає понад десяти мільйонів градусів.

Група Фізиків-теоретиків

Творче назва роботи: «Прагнення до абсолютного».

Проблемні питання: Що таке абсолютний нуль температур? Чи досяжний він? Що таке кріотехнології? Чи існує верхня межа температури?

Що ми знаємо про температуру теоретично? Температура - міра середньої кінетичної енергії руху молекул.

Що буде якщо швидкість молекул зменшувати? Температура буде зменшуватися.

Абсолютний нуль температур - температура, при якій припиняється тепловий рух молекул. Абсолютний нуль температури, початок відліку температури по термодинамічної температурної шкали - шкалою Кельвіна. Абсолютний нуль розташований на 273,16 ° С нижче температури замерзання води, для якої прийнято значення 0 ° С.

Температури кипіння деяких рідких газів: кисень мінус 183 ° С, азот мінус 196 ° С, водень мінус 253 ° С, гелій мінус 269 ° С.

Фізика наднизьких температур називається кріогенної фізикою. Основні проблеми, які вирішуються кріогенної фізикою: скраплення газів (азоту, кисню, гелію і ін.), Їх зберігання та транспортування в рідкому стані; конструювання холодильних машин, що створюють і підтримують температуру нижче 120 К (-153 ° С); охолодження до кріогенних температур електротехнічних пристроїв, електронних приладів, біологічних об'єктів; розробка апаратури та обладнання для проведення наукових досліджень при кріогенних температурах.

Застосування кріогенних температур в ряді областей науки і техніки призвело до виникнення цілих самостійних напрямів, наприклад кріоелектроніки, кріобіології.

Чи досяжний абсолютний нуль? Американські дослідники працювали з парами натрію, температура яких була лише на мільйонні частки градуса вище абсолютного нуля. Досягти ж абсолютний нуль температур (-273,16 ° С), згідно із законами фізики, неможливо.

Підведення підсумків

Проект закінчується обговоренням таких питань:

• Що нового дізналися?
• З якими труднощами зіткнулися?
• Йому ви вчилися?
• Що тобі стане в нагоді і далі?

На заключному етапі розробки продуктами діяльності учнів повинні стати доповіді і презентації, що відповідають на всі представлені питання. Підсумкова перевірка результатів діяльності будується в формі конференції, на якій учні повністю відповісти на всі запитання теми та представлять результати своєї роботи.

____________________________________________________________________________

Література, рекомендована учням для роботи:

1. Горев Л.А. Цікаві досліди з фізики. - М.: Просвещение, 1987.
2. Кирилова І.Г. Книга для читання з фізики. - М .: Просвещение, 1996..
3. Колтун М. Світ фізики. - М .: Дитяча література, 1995.
4. Райт М. Що, як і чому? Дивовижний світ техніки. - М .: Астеліт АСТ, 2001..
5. Сёмке А.І. Цікаві матеріали до уроків фізики 8 клас. - М .: НЦ ЕНАС, 2006.
6. Матеріали, представлені в розділі «Радимо почитати» .

За матеріалами інтернет-сторінки http://festival.1september.ru/articles/504642