← Физика 8 класс
Физика · 8 класс · Температура

Что меняется внутри вещества, когда оно нагревается?

Стакан холодной воды и стакан горячей выглядят почти одинаково: та же прозрачная жидкость, тот же объём. Но на уровне частиц между ними есть важное различие — и именно его описывает температура.

Шаг 1

Снаружи одинаково — внутри по-разному

Перед вами три одинаковых сосуда с водой: очень холодной, комнатной и горячей. Снаружи разницы почти нет. Нажмите кнопку и посмотрите, что происходит внутри.

Три сосуда интерактив
Холодная · 5 °C
Комнатная · 20 °C
Горячая · 80 °C
Частицы движутся во всех трёх сосудах — и в холодном тоже. Различается интенсивность этого движения.
При повышении температуры тепловое движение частиц становится интенсивнее. При понижении — менее интенсивным, но никогда не прекращается совсем.
Шаг 2

Управляйте температурой сами

Здесь одно и то же вещество: число частиц не меняется, меняется только температура. Двигайте ползунок и следите за движением. Обратите внимание: частицы движутся по-разному — одни быстрее, другие медленнее.

Модель теплового движения главный интерактив
−50 °C+100 °C
Движение умеренное
20 °C
Частиц в модели: 90 Быстрых сейчас: Медленных:
Модель учебная: она показывает не настоящие молекулы воды, а сам характер движения. Главное здесь — что при нагревании движение в среднем становится интенсивнее, а разброс скоростей сохраняется.
Шаг 3

Все ли частицы движутся одинаково?

Если температура воды 40 °C, значит ли это, что все её молекулы движутся совершенно одинаково?

Остановим модель и посмотрим на пять отдельных частиц. Длина стрелки показывает, насколько быстро частица движется в этот момент.

Пять частиц крупным планом стоп-кадр
В любой момент одни частицы движутся быстрее, другие медленнее — и через мгновение они поменяются местами. Это и есть хаотическое движение.
Температура характеризует движение огромного количества частиц, а не одной выбранной частицы.

Так с чем же связана температура?

Выберите формулировку, которая описывает температуру правильно.

Кинетическая энергия — это энергия движения. Чем интенсивнее в среднем движутся частицы вещества, тем выше его температура. Поэтому температура связана со средней кинетической энергией хаотического движения частиц — а не со скоростью какой-то одной молекулы.
Шаг 4

Краситель в холодной и горячей воде

Два одинаковых стакана: слева вода 10 °C, справа 70 °C. В оба одновременно капнем краситель.

Как думаете, в каком стакане краситель распространится быстрее?
Опыт с красителем прогноз и проверка
Холодная вода · 10 °C
Горячая вода · 70 °C
Перемешалось слева: 0 % Справа: 0 %
Повышение температуры усиливает тепловое движение частиц, поэтому перемешивание идёт быстрее. Скорость диффузии зависит не только от температуры, но в этом опыте различие даёт именно она.
Шаг 5

Можно ли доверять руке?

Классический опыт. Одну руку на минуту опускают в холодную воду, другую — в горячую. А потом обе переносят в один и тот же сосуд с тёплой водой.

Опыт с тремя сосудами по шагам
Наши ощущения зависят не только от температуры воды, но и от того, в каком состоянии была рука до этого. Поэтому «на ощупь» температуру точно не определить — нужен термометр.
Шаг 6

Что показывает термометр

В стакане вода 60 °C, термометр комнатный — 20 °C. Опустим его в воду и посмотрим, что покажет прибор.

Термометр в воде интерактив
Термометр показывает
20 °C
Вода
60 °C
Термометр холоднее воды. Пока он нагревается, его показание ещё не равно температуре воды.
Термометр не «узнаёт» температуру мгновенно: он сам участвует в теплообмене и должен прийти в тепловое равновесие с телом, температуру которого измеряют.
Шаг 7

Тепловое равновесие

Два одинаковых металлических бруска: один нагрет до 80 °C, другой комнатный — 20 °C. Приведём их в контакт.

Два бруска модель
В этой модели бруски одинаковые
Через некоторое время температуры выравниваются, и направленная передача энергии между брусками прекращается.
Тепловое равновесие — состояние, при котором соприкасающиеся тела имеют одинаковую температуру и направленный теплообмен между ними прекращается.
Шаг 8

Тепловое движение есть везде

Температура бывает не только у газов и жидкостей. Тепловое движение частиц существует во всех трёх состояниях вещества — различается только его характер.

Твёрдое тело

Частицы колеблются около устойчивых положений и почти не меняют соседей.

Жидкость

Частицы беспорядочно перемещаются и постоянно меняют соседей.

Газ

Частицы быстро летят между редкими столкновениями.

При повышении температуры тепловое движение становится интенсивнее во всех трёх случаях.
А при 0 °C частицы останавливаются?
Нет. Ноль градусов Цельсия — это не отсутствие теплового движения, а просто отметка на шкале, привязанная к замерзанию воды. При 0 °C вода может превращаться в лёд, но частицы продолжают двигаться: в кристалле льда они колеблются около своих положений.

В физике есть и другая температурная шкала — шкала Кельвина, у которой ноль выбран иначе: 0 °C = 273,15 K. С ней вы познакомитесь позже.
Не путай

Четыре частые ошибки

Температура — это скорость молекул
Температура связана с интенсивностью хаотического теплового движения и со средней кинетической энергией частиц, а не со скоростью одной молекулы.
При одной температуре все молекулы движутся одинаково
Скорости отдельных частиц различаются: одни быстрее, другие медленнее, и постоянно меняются местами.
При 0 °C молекулы останавливаются
Тепловое движение продолжается. Ноль по Цельсию — просто отметка на шкале, а не остановка частиц.
Рукой можно точно измерить температуру
Ощущения субъективны и зависят от предыдущего состояния руки. Для измерения нужен термометр.
Проверка

Проверьте себя

Семь коротких вопросов. После каждого ответа — короткое пояснение.

Итоговая проверка
Итог

Главное одной схемой

Температура выше
тепловое движение частиц интенсивнее
средняя кинетическая энергия хаотического движения больше
Температура ниже
тепловое движение менее интенсивно
средняя кинетическая энергия меньше
Температура характеризует тепловое состояние тела и связана с движением огромного числа его частиц.
Важно
Температура — не скорость одной молекулы.

Материал подготовил: Безносов М.Н., учитель математики и физики.
Объяснение адаптировано для учеников 8 класса.