Передплатна кампанія з січня 2019 закінчино! Що робити далі?

Подробиці...

Бажаєте зекономити на передплаті?

Пропонуємо вам стати учасником програми лояльності «120 балів»!

 

Дізнатися більше

Теплові явища. 8 клас

В. І. Мазаєва, Гімназія № 71, м. Запоріжжя


 Історичні довідки

1. Закон збереження й перетворення енергії
Р. Майєр першим сформулював закон збереження й перетворення енергії з позицій лікаря-дослідника. Його увагу привернули явища, які виникали в організмі людини. Він помітив різницю в кольорі венозної крові людей у країнах помірного й тропічного поясів і дійшов висновку, що «температурна різниця» між організмом і довкіллям повинна перебувати в кількісному відношенні з різницею в кольорі обох видів крові, тобто артеріальною й венозною. Ця різниця в кольорі є вираженням розміру споживання кисню, або інтенсивності процесу згоряння, яке виникає в організмі. Усвідомлюючи ці спостереження на основі принципу, що «нічого не виникає з нічого й нічого не перетворюється в ніщо й що причина дорівнює дії», уже в 1841 р. Р. Майєр висловив основну ідею закону збереження й перетворення енергії.
 
Ряд досліджень Р. Майєра присвячено виявленню енергетичних процесів у рослинах і тваринах. Він вважав, що джерелом механічних і теплових ефектів у живому організмі слугують хімічні процеси, які відбуваються в ньому в результаті поглинання кисню та їжі.
 
Він першим цілком обумовлено висловив думку, що між життєдіяльністю рослин і сонячним світлом повинен існувати кількісний зв’язок, тобто застосував ідею закону збереження енергії до процесу фотосинтезу (створенню органічних речовин — вуглеводів із вуглекислого газу й води за участі сонячного випромінювання).
 
2. Вимірювання теплового стану тіл почав Галілей. 1597 року він демонстрував на своїх лекціях перший термометр, або, як його називали, термоскоп. Останній являв собою скляну трубку з розширенням у верхній частині, опущеній у посудину з рідиною. Нагрівання або охолодження трубки спричиняло зміну висоти стовпчика рідини. Цей пристрій, природно, міг тільки фіксувати нагрівання або охолодження. Можна сказати, що це була комбінація термометра з барометром, якою не можливо було вимірювати ні температуру, ні тиск. Але сама ідея була плодотворною.
 
3. 1702 року Гійом Амонтон удосконалив термометр Галілея: U-подібну трубку заповнювали ртуттю, один кінець був закритий, другий з’єднували з балоном, який містив повітря. Це був перший газовий термометр. Температуру вимірювали по висоті стовпчика ртуті.
 
4 Вирішальним етапом були роботи німецького фізика Габріеля Фаренгейта (1686–1736). Його ртутні й спиртові термометри мали ту форму, яку застосовують і зараз. Але найважливішим було введення термометричної шкали. Вона мала три фіксовані точки: 0° відповідав температурі суміші льоду, води й нашатирю, 96° — температурі тіла здорової людини (під пахвою або в роті). Як контрольна температура для звіряння різних термометрів служила температура танення льоду, рівна за шкалою Фаренгейта 32°.
 
5.1694 року один із членів Італійської академії дослідів — так називалась Італійська академія наук — Карло Ревальдіні запропонував застосовувати за градуювання термометра як фіксовані точки температуру танення льоду й кипіння води. 1742 року астроном Цельсій звернув увагу на зручність цих фіксованих точок і запропонував стоградусну шкалу з точкою 0°, яка відповідає кипінню води, і 100° — її замерзанню. 1750 року другий німецький астроном Мартин Штрьомер (1707–1770) змінив напрямок шкали, і вона завоювала найбільшу популярність. Усього було запроповано 19 термометричних шкал. У практиці збереглися тільки вказані шкали — Фаренгейта й Цельсія — Штрьомера. Остання поступово стала міжнародною.
 
6.1848 року видатний англійський учений Вільям Томсон вказав, що запропоновані температурні шкали є довільними в тому змісті, що відлікована температура залежить від вибору тіла, теплове розширення якого служить для вимірювання. Томсон запропонував абсолютну шкалу температур — таку шкалу, яка не залежить від фізичних властивостей речовини
 
7. 1780 року французькі вчені Антуан Лавуазьє (1743–1794) і П’єр Лаплас (1749–1827) запропонували прилад для вимірювання питомих теплоємностей, які назвали калориметром.
 
8. 1750 року петербурзький фізик Георг Ріхман (1711–1753), який працював разом із М. В. Ломоносовим, установив на досліді: якщо змішати рівні кількості води, які мають різну температуру, то температура суміші буде дорівнювати середньоарифметичному температур частин. Ці  досліди повторив 1772 року Йоганн Вільке в Германії. Вільке ввів одиницю вимірювання кількості теплоти — калорію як кількість теплоти, необхідну для зміни температури одиниці маси води на один градус. Вона збереглася до сьогодні.
 

Елементи біофізики під час вивчення розділу «Теплові явища»

Пристосування тварин до різних температур
 
1. Через властивості цитоплазми кліток усі живі істоти здатні жити за температури між 0 і 50 °C. Більшість місць проживання на поверхні нашої планети має температуру саме в цих межах, для кожного виду вихід за ці межі означає загибель від холоду або спеки. Однак є види, які можуть пристосуватися до екстремальних температур і витримувати їх протягом тривалого часу. Наприклад, є бактерії й синьо-зелені водорості, які населяють джерела з температурою понад 85 °C. Тварини менш стійкі. Раковини амеби трапляються за 58 °C, личинки багатьох двокрилих можуть жити за температури близько 50 °C. Мешкаючи високо в горах, щетинохвістки, ногохвістки й кліщі виживають за температури вночі близько −10 °C. Полярні води з температурою 0 °C населені багатою й різноманітною фауною, годуючись мікроскопічними водоростями.
 
2. Для того щоб зберегти температуру тіла сталою, тварина повинна або зменшити втрати тепла ефективним захистом, або збільшити виробництво тепла. Це досягається цілком різноманітними способами. Передусім важливий захисний покрив, чи то шерсть, пір’я, чи жировий шар. Захисна роль покровів тварин, а також одягу людини полягає в тому, що вони затримують конвекційні потоки, які сповільнюють випаровування, послаблюють або зовсім припиняють випромінювання тепла. Захисна роль шерстяного покрову добре відома. Завдяки ньому їздовий собака може, наприклад, спати на снігу за температури −50 °C. З наближенням зими хутро стає густішим і довшим. Не менш ефективне й пір’я. Пір’я й шерсть не просто пасивні оболонки. Розпушивши їх, птахи й тварини створюють повітряну подушку з гарними теплоізоляційними властивостями. Добре відома й захисна роль жиру. Не дивлячись на те, що в китів, тюленів, моржів гола шкіра, яка має товщину 2–3 мм, вони годинами плавають у крижаній воді. Під шкірою в них міститься товстий шар жиру, який добре затримує витік тепла. Жирові запаси імператорського пінгвіна досягають 10–15 кг за загальної маси 35 кг.
 
3. Кінчики лап і носа тварин не можуть бути покриті шерстю, пір’ями або жиром, оскільки інакше вони не виконували б своїх основних функцій. Існують різні механізми для збереження тепла в незахищених місцях, які діють за рахунок теплообміну в пучках кровоносних судин, де дотикаються вени й артерії. Виявляється, що вуха, хвіст, лапи тим коротші, чим холодніший клімат. Гарним прикладом цього слугує лисиця-фенек Сахари, яка має довгі кінцівки й величезні вуха; лисиця європейської зони більш приземкувата, її вуха набагато коротші; у песця, який мешкає в Арктиці, дуже маленькі вуха й коротка морда (рис. 1).
 
4. Температура лапи (або плавця) відрізняється від температури тіла. Вона дорівшоє температурі середовища. Наприклад, температура тіла білої куріпки може перевищувати температуру її ніжок на 38 °C. Це дуже важливо. Адже якби ніжки, доторкаючись до снігу, були теплими, то сніг під ними розтанув і птаха могла б примерзнути. Окрім того, зниження температури кінцівок знижує тепловіддачу.
 
5. Добре відомий прийом захисту від холоду — зимова сплячка. Багато ссавців здатні при цьому значно знижувати інтенсивність обміну речовин. Температура їхнього тіла може впасти до 0 °C. Переставши рухатися, вони втрачають запасені резерви дуже повільно. Такі бабак, соня, кажани, бурий ведмідь.
 
6. Боротьбу з перегріванням ведуть в основному шляхом збільшення випаровування. Усі бачили, як у спеку собака висолоплює язик, тому що на тілі в нього мало потових запоз. У деяких тварин у спеку змінюється обмін речовин.
 
Випаровування в житті рослин
 
1. Рослини видобувають потрібну їм воду з ґрунту за допомогою коренів. Лишайники, серед яких є засухостійкі форми, можуть адсорбувати водяну пару. Нижчі рослини здатні поглинати воду всією поверхнею. Кількість води, яку споживає рослина протягом усього життя, залежить здебільшого від клімату. У жаркому сухому кліматі рослини споживають не менше, а іноді навіть більше води, ніж у вологому. У рослин засушливих місцевостей розвинена коренева система й менша площа листової поверхні. Менше за все витрачають воду рослини сирих, тінистих тропічних лісів, берегів водоймищ, тому в них тонке широке листя, погано розвинена коренева система.
 
2. Дуже багато рослин можуть переносити тривалі перерви у водопостачанні в стані повного висихання. З вищих рослин до цього здатні лише деякі представники скельної й пустельної флори. У рослин засушливих місцевостей, де води в ґрунті дуже багато, а повітря гаряче й сухе, спостерігають різноманітні пристосувальні прийоми. Кактуси, які ростуть у пустелях, мають товсті м’ясисті зелені стволи й колючки замість листя. У них незначна поверхня за великого об’єму, товсті, покриті восковим нальотом покрови, які погано пропускають водяну пару, нечисленні, майже завжди закриті устячка. У зв’язку з цим навіть у сильну спеку кактуси випаровують мало води. Багато рослин пустелі (ковил, перекотиполе, верес) мають жорстке шкірясте листя. За нестачі води листя скручується в трубку, устячко при цьому опиняється всередині. Часто листя рослин засушливих місцевостей буває покрите шаром світлих волосків, які вберігають рослини від перегрівання й знижують інтенсивність випаровування.
 
3. Для успішного фотосинтезу хлорофілоносні клітини наземних рослин повинні мати добрий контакт з атмосферою, забезпечуючи їх вуглекислим газом. Однак це тісне прилягання призводить до того, що вода з клітин випаровується. Потрібна для фотосинтезу енергіїя Сонця сприяє також нагріванню листя й збільшенню процесу випаровування.
Далі буде...
 
 

Сподобалась тема?
Бажаєте отримувати сучасні педагогічні матеріали вчасно та легко?

Найкращий спосіб бути поінформованим про освітні новини та мати завжди поряд актуальні та сучасні розробки уроків — передплатити журнал!

Інструкція, як оформити передплату на http://osnova.com.ua/help/8/

Dounload PDF

Відгуки читачів