velikol.ru
1

Тепло и холод - это две руки природы, которыми она делает почти всё”.

Френсис Бекон

1627 год

Учебный предмет (дисциплины, близкие к теме): физика - тема “Тепловые явления”, интеграция с географией, биологией, историей, астрономией.

Возраст учащихся: 8 класс.

Тип проекта: ролевой, поисковый.

Цель проекта: формирование компетентности в сфере самостоятельной познавательной деятельности:

  • навыков самостоятельной работы с большими объемами информации,

  • умений увидеть проблему и наметить пути ее решения,

  • навыков работы в группе.

Основополагающий вопрос: Бесконечны ли “+” и “-” ?(Имеют ли предел высокие и низкие температуры?)

Спросим у историков, географов, биологов, экспериментаторов, астрономов, физиков.

Продукты проекта: восемь презентаций, выполненных в программе Power Point (работы связаны гиперссылками с общей презентацией, сделанной учителем); коллекция термометров; занимательные демонстрационные опыты.

Первая группа историков

Творческое название работы - “Прародитель современных термометров”.

Проблемный вопрос: какова история создания первого прибора для измерения температуры - термоскопа?

Задание: воссоздать термоскоп, продемонстрировать его работу.

Древние учёные о температуре судили по непосредственному ощущению. Лишь в 1592 году Галилео Галилей сконструировал прибор для измерения температуры – термоскоп. Термоскоп - от греческих слов: “термо” - тепло “скопео” - смотрю. Термоскоп состоял из стеклянного шара с припаянной к нему стеклянной трубкой и стакана с водой.



Попробуем и мы создать термоскоп: нагреем стеклянную колбу, перевернём её, опустим в стакан с водой открытым концом. Термоскоп готов.  По высоте столбика воды в горлышке колбы можно судить об изменениях температуры: при охлаждении воздуха в колбе столбик воды поднимается вверх, а при нагревании – опускается.



Итак:

  • Термоскопу 415 лет, но он работает

  • С помощью термоскопа можно увидеть изменение температуры, но её нельзя измерить

  • Показания зависят от атмосферного давления

  • У прибора нет шкалы

Вся дальнейшая история создания термометра есть история совершенствования термоскопа. Воздух заменили подкрашенным спиртом, а позднее ртутью. Откачав из трубки воздух и запаяв открытый конец, исключили влияние атмосферного давления. Но основным усовершенствованием было создание шкалы.

Вторая группа историков

Творческое название работы: “Шкалы разные нужны, шкалы всякие важны”

Проблемный вопрос: Какие существуют шкалы для измерения температуры, и какова история их создания?

Фаренгейт Габриель Даниель (1686-1736), немецкий физик и стеклодув. Работал в Великобритании и Нидерландах. Изготовил спиртовой (1709) и ртутный (1714) термометры. Предложил температурную шкалу, которая носит его имя - шкала Фаренгейта – это температурная шкала, 1 градус которой (1 °F) равен 1/180 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении. За одну из опорных точек своей шкалы (0 °F) Фаренгейт принял самую низкую температуру, которую мог получить – температуру смеси воды, льда, нашатыря и соли. Второй точкой он выбрал температуру смеси воды и льда. А расстояние между ними разделил на 32 части. Температура человеческого тела по его шкале соответствовала 96 °F, точка кипения воды 212 °F. Шкалу Фаренгейта до сих пор применяют в Англии и США.

Реомюр Рене Антуан (1683-1757), французский естествоиспытатель, зоолог, иностранный почетный член Петербургской Академии Наук. В 1730 году предложил температурную шкалу, которая носит его имя – шкала Реомюра – это температурная шкала, один градус которой равен 1/80 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, т. е. 1 °R = 5/4 °С. Шкала Реомюра практически вышла из употребления.

Цельсий Андерс (1701-1744), шведский астроном и физик. Предложил в1742 году температурную шкалу – шкала Цельсия – это температурная шкала, в которой 1 градус равен 1/100 разности температур кипения воды и таяния льда при атмосферном давлении, но Цельсий принимал за ноль кипение воды, а за 100 градусов – таяние льда.

Известный шведский ботаник Карл Линней пользовался термометром с переставленными значениями постоянных точек. За 00 он принял температуру плавления льда, а за 1000 температуру кипения воды. Таким образом, современная шкала Цельсия по существу является шкалой Линнея.

Приложение 1- презентация по данной теме, выполненная в программе Power Point.

Группа техников

Творческое название работы: “Современные приборы”

Проблемный вопрос: Существуют ли термометры без жидкости?

Задание: собрать коллекцию термометров различного назначения.

Жидкостный термометр, прибор для измерения температуры, действие которого основано на тепловом расширении жидкости. В зависимости от температурной области применения жидкостные термометры заполняют этиловым спиртом (от -80 до +100 °С) или ртутью (от -35 до +750°С). Первоначально термометры применялись лишь для метеорологических наблюдений. Позднее их стали употреблять для измерения температуры воздуха в жилых помещениях, в медицине, при химических исследованиях и т. д.

В настоящее время используются термометры, действие которых основано на других физических явлениях. Это позволило увеличить точность измерений и расширить область применения приборов.

Электронный термометр более точен, чем обычный комнатный или уличный. Он с точностью до десятых долей показывает температуру и в помещении, и на улице.

Термометр сопротивления - прибор для измерения температуры, действие которого основано на изменении электрического сопротивления металлов и полупроводников с температурой.

Газовый термометр, прибор для измерения температуры, действие которого основано на зависимости давления или объема газа от температуры. Заполненный гелием, азотом или водородом баллон, соединенный при помощи капилляра с манометром, помещают в среду, температуру которой измеряют.

Группа экспериментаторов

Творческое название работы: “Опыт - критерий истины”.

Проблемный вопрос: какие температуры можно получить в лабораторных условиях?

Задание: провести опыты с водой в условиях школьной лаборатории, получить самую высокую и самую низкую температуру. Заснять ход опытов на цифровую камера, оформить результаты в виде презентации. Поставить занимательные демонстрационные опыты.

Исследование кипения воды показало, что 1000С - температура кипения чистой воды при нормальном атмосферном давлении (760 мм рт. ст.). Температура кипения повышалась с ростом внешнего давления, так при атмосферном давлении выше нормального температура кипения чистой воды составила 1010С, а при атмосферном давлении ниже нормального – 960С. Однако добавление в воду соли увеличило температура кипения до 1080С.

На вопрос - можно ли вскипятить воду кипятком – был получен ответ - нет. Был поставлен и проведён опыт по кипячению воды снегом.

Температура смеси снега и соли составила минус180С. Проведён опыт “Примораживание алюминиевого стаканчика к столу”.

Группа биологов

Творческое название работы: “Биология в мире температур”

Проблемный вопрос: Каковы особенности медицинского термометра и с чем это связано? Каковы температуры живых существ?

Задание: Взять интервью у школьного доктора:

  • Как себя чувствует человек при температуре 34 0С и 42 0 С?

  • Когда это бывает?

  • Как помочь человеку при таких обстоятельствах

Это интересно: в 19 веке английские физики Благден и Чентри проводили на себе опыты по определению наибольшей температуры воздуха, которую может выдержать человек. Они проводили целые часы в натопленной печи хлебопекарни. Оказалось, что при постепенном нагревании в сухом воздухе человек способен выдержать не только температуру кипения воды, но и много выше - 160 0С.

Температуры тел некоторых животных: температура тела лошади 38 0С, температура тела коровы 38,5 0С, температура тела утки 41,5 0С.

Температура тела живого организма позволяет судить о его состоянии и во время начать лечение в случае заболевания.

Приложение 2 - презентация по данной теме, выполненная в программе Power Point.

Группа географов

Творческое название работы: “География температур”.

Проблемный вопрос: Где находится самое холодное и самое жаркое место на Земле?

Задание: Рассмотреть планету Земля с точки зрения температуры.

Земную кору сменяет мантия. Ее толщина около 3000 км, а температура примерно равна 2000 — 2500 °С. Мантия состоит из раскаленных горных пород, которые в отдельных ее частях начинают плавиться до полужидкого состояния. Расплавленные горные породы из мантии прорываются на поверхность в виде лавы при извержениях вулканов. На глубине 10км температура достигает 180 0С.

Самый холодный материк – Антарктида, а самый жаркий – Африка, так в Триполи была зарегистрирована температура +580С. Это на 1,30 выше максимальной температуры Долины Смерти.

Антарктида — самая большая в мире холодная пустыня площадью 14 млн. кв. км. Ее покрывают 90 % всех льдов суши. Максимальная толщина льда — 4800 м. В ледниках сосредоточено около 70% мировых запасов пресной воды. Этот самый изолированный материк не имеет коренного населения. Никто еще не жил здесь дольше 18 месяцев. Температура воздуха у земной поверхности -88,30С наблюдалась в августе 1960г. на советской антарктической станции “Восток” в 1922г. Судя по климатическая карте России, в Краснодарском крае температура воздуха летом достигает +43 0С, а в Якутии в Оймяконе зимой температура опускается до -77 0С.

Группа астрономов

Творческое название работы: “Лёд и пламень космоса”.

Проблемный вопрос: Каковы температуры космических объектов?

Космос (греч. kosmos), синоним астрономического определения Вселенной; часто выделяют ближний космос, исследуемый при помощи искусственных спутников Земли, космических аппаратов и межпланетных станций, и дальний космос — мир звезд и галактик.

Температура на поверхности луны, в освещенной ее части +170С, а в тени температура – 1300 С.

Для искусственных спутников и космических кораблей, перегрев которых происходит в основном за счет излучения, характерна резкая смена температуры обшивки – во время прохождения в тени Земли она опускается до – 1000 С, а при выходе из тени возрастает до + 1200 С . Чтобы поддерживать в кабине космонавтов постоянную температуру (от 100 до 220 С ), двойную оболочку корабля заполняют газом – азотом.

На поверхности у солнца температура достигает 6 тысяч градусов. В недрах солнца температура согласно расчетам около 15 миллионов градусов. Температура пятен составляет около 3700 градусов.

Как ближайшая к Солнцу планета, Меркурий получает от центрального светила в 10 раз больше энергии, чем Земля. Большая продолжительность дня и ночи приводит к тому, что температуры на “дневной” и на “ночной” сторонах поверхности Меркурия могут изменяться примерно от 3200С до -1200 С. Но уже на глубине нескольких десятков сантиметров значительных колебаний температуры нет, что является следствием весьма низкой теплопроводности пород. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) — около 5000С, это больше чем на Меркурии, потому что у Венеры плотная атмосфера, которая удерживает тепло. Суровы и температурные условия на Марсе. Вблизи полудня на экваторе температура достигает 100-30 0С. К вечеру она падает до -600 С и даже до -1000 С. Средняя температура на Марсе -700 С., на Юпитере -1300 С, на Сатурне -1700 С, на Уране -1900 С, на Нептуне -2000 С. Температура на планете Плутон, до которой свет от Солнца идет более пяти часов, низка — ее среднее значение порядка -2300 С.

Температуры большинства звезд заключены в пределах от 3000 до 30 000 градусов. Горячие, голубоватые звезды имеют температуру около 30 000 градусов. У многих звезд встречаются температуры около 100 000 градусов. У холодных — красных звезд — поверхностные слои нагреты примерно до 2 — 3 тысячи градусов. Но в центре звезд температура достигает более десяти миллионов градусов.

Приложение 3 - презентация по данной теме, выполненная в программе Power Point.

Группа Физиков-теоретиков

Творческое название работы: “Стремление к абсолютному”.

Проблемные вопросы: Что такое абсолютный нуль температур? Достижим ли он? Что такое криотехнологии?

Что мы знаем о температуре теоретически? Температура- мера средней кинетической энергии движения молекул.

Что будет если скорость молекул уменьшать? Температура будет уменьшаться.

Абсолютный нуль температур - температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Абсолютный нуль температуры, начало отсчета температуры по термодинамической температурной шкале – шкале Кельвина. Абсолютный нуль расположен на 273,16 °С ниже температуры замерзания воды, для которой принято значение 0 °С.

Температуры некоторых жидких газов: кислород минус 183 0С, азот минус 196 0С, водород минус 253 0С, гелий минус 269 0 С.

Физика сверхнизких температур называется криогенной физикой. Основные проблемы, решаемые Криогенной физикой: сжижение газов (азота, кислорода, гелия и др.), их хранение и транспортировка в жидком состоянии; конструирование холодильных машин, создающих и поддерживающих температуру ниже 120 К (-1530 С); охлаждение до криогенных температур электротехнических устройств, электронных приборов, биологических объектов; разработка аппаратуры и оборудования для проведения научных исследований при криогенных температурах .

Применение криогенных температур в ряде областей науки и техники привело к возникновению целых самостоятельных направлений, например криоэлектроники, криобиологии.

Достижим ли абсолютный нуль?

Американские исследователи работали с парами натрия, температура которых была лишь на миллионные доли градуса выше абсолютного нуля. Достичь же абсолютный нуль температур (-273,160 С), согласно законам физики, невозможно.

Итак, мы нашли предел только низким температурам.

Приложение 4 - презентация по данной теме, выполненная в программе Power Point.

Проект заканчивается ответом на основополагающий вопрос и обсуждением следующих вопросов:

  • Что нового узнали?

  • С какими трудностями столкнулись?

  • Ему вы учились?

  • Что тебе пригодится и далее?

Литература

  1. Горев Л.А. Занимательные опыты по физике.- М.:Просвещение,1987

  2. Кириллова И. Г. Книга для чтения по физике.- М.: Просвещение, 1996

  3. Колтун М. Мир физики.- М.: Детская литература, 1995

  4. Райт М. Что, как и почему? Удивительный мир техники.- М.: Астель АСТ, 2001

  5. Сёмке А.И. Занимательные материалы к урокам физики 8 класс. - М.: НЦ ЭНАС, 2006