§ 44. В чём заключаются различия между температурой и тепловой энергией?

Естествознание, 5 класс. Учебник: Верховцева Л. А. и др. (Алматыкітап баспасы, 2023). Глава 5: Энергия и движение. Страницы 64–69.

Чему научишься

• Отличать температуру от тепловой энергии.
• Объяснять, куда «уходит» тепло и что такое тепловое равновесие.
• Правильно измерять температуру термометром.
• Строить график остывания воды и читать его.

Разминка

Ответь в уме, потом открой ответ.

• Что будет с чайной ложкой, если положить её в чашку горячего чая? Через минуту ручка станет тёплой: тепло от чая перейдёт в ложку.
• Почему так происходит? Чай горячее ложки. Тепло всегда переходит от более горячего тела к более холодному.
• Какие виды энергии ты знаешь? Механическая, тепловая, электрическая (§ 43).
• Из чего состоят все тела? Из мельчайших частиц, которые всё время движутся.

Разбираемся

Температура — «градусник» состояния

Температура ($t$) — величина, которая показывает тепловое состояние тела: насколько оно горячее или холодное. Её измеряют в градусах Цельсия (°C). Лёд тает при 0 °C, вода кипит при 100 °C, нормальная температура тела человека — 36,6 °C.

💡 Отклонение на несколько десятых градуса, например до 37,0 °C, обычно не повод для тревоги.

Тепловая энергия — «сколько тепла внутри»

Все тела состоят из частиц, а частицы беспорядочно движутся. Тепловая энергия — энергия этого движения. Чем быстрее движутся частицы, тем выше температура. Но тепловой энергии будет тем больше, чем больше самого вещества.

Пример. Чашка кипятка и кастрюля кипятка имеют одну температуру — 100 °C. Но в кастрюле тепловой энергии в разы больше: ею можно растопить много снега, а чашкой — совсем чуть-чуть.

📌 Температура показывает, насколько тело нагрето. Тепловая энергия — сколько тепла в нём запасено. Тепловая энергия переходит от тёплых тел к холодным, пока их температуры не сравняются.

Опыт: лёд в стакане

🧪 Опыт 1. Понадобятся: стакан воды комнатной температуры, кусочек льда, термометр.

На рисунке к опыту красные стрелки показывают, как тепло от воды идёт ко льду, а синие — как холодная талая вода опускается вниз.

Что будет дальше? Когда лёд растает, холодная вода в стакане начнёт нагреваться от воздуха в комнате. В конце концов вся вода примет температуру воздуха — и всё. Больше ничего не меняется, температура постоянна. Это тепловое равновесие.

📌 Тепловое равновесие — состояние, когда тела сравнялись по температуре и тепло между ними больше не переходит.

Термометр — честный свидетель

Кожа обманывает. Металлическая ручка двери кажется холоднее деревянной парты, хотя в классе у них одна температура: металл просто быстрее забирает тепло у руки. Поэтому температуру измеряют термометром.

Самые простые термометры — жидкостные. В них ртуть или подкрашенный спирт: при нагревании жидкость расширяется и поднимается по тонкой трубке, при охлаждении сжимается и опускается.

⚠️ Правила измерения. 1) Помести термометр в то, что измеряешь. 2) Подожди, пока столбик перестанет двигаться. 3) Снимай показания, не вынимая термометр. Глаз держи на уровне столбика.

⚠️ Термометр стеклянный — не роняй, не стучи им. Ртутный градусник, если разбился, не трогай руками и сразу позови взрослых.

🌟 В кондитерской печи бывает 220–280 °C, в металлургических печах — до 1000 °C. А в центре Солнца — около 15 миллионов градусов!

Проверь, как понял

Проверь себя

• Что такое температура? Величина, которая показывает тепловое состояние тела — насколько оно нагрето.
• Что такое тепловая энергия? Энергия движения частиц, из которых состоят тела.
• Каким прибором измеряют температуру? Термометром.
• На каком свойстве жидкости работает термометр? При нагревании жидкость расширяется, при охлаждении сжимается.

Решаем упражнения

№ 1

(опыт 1 из текста параграфа) Измерь температуру воды, брось в стакан лёд, после таяния измерь снова. Что заметил? Почему? Сделай вывод.

Как думать. У воды и льда разные температуры. Тепло пойдёт туда, где холоднее.

Решение. Запиши результаты в таблицу:

(числа у тебя будут свои). Температура воды понизилась: вода отдала тепловую энергию льду, лёд на неё растаял.

Ответ: вода остыла; тепло переходит от тёплого тела к холодному, пока их температуры не сравняются.

№ 2

(опыт 2 из текста параграфа) Потрогай парту, учебник, ручку. Можешь ли ты точно определить их температуру? Что для этого нужно?

Как думать. Рука чувствует только «теплее — холоднее», и то не всегда верно.

Решение.

1. Точно определить температуру на ощупь нельзя. Металлический предмет кажется холоднее, чем деревянный, хотя они лежат рядом.
2. Неживые предметы в классе давно пришли в тепловое равновесие с воздухом: их температура равна температуре воздуха, например 21 °C.
3. Чтобы узнать точно, нужен термометр.

Ответ: на ощупь нельзя; нужен термометр. Температура предметов равна температуре воздуха в классе.

№ 3

(задание без номера в учебнике: «Какие виды термометров ты знаешь?») Каким термометром из показанных можно измерить температуру кипящей воды? А в морозильной камере? Почему? На рисунке: ртутный медицинский, электронный, биметаллический (круглая шкала со стрелкой и металлическим щупом), спиртовой, термоэлектрический (металлический стержень с проводом) и инфракрасный («пистолет») термометры.

Как думать. Посмотри на шкалу каждого термометра. Медицинский рассчитан примерно на 35–42 °C. Спирт закипает уже при 78 °C, поэтому спиртовой термометр для кипятка не годится.

Решение.

• Кипящая вода (100 °C): биметаллический (кухонный, со щупом), термоэлектрический, инфракрасный — у них шкала выше 100 °C.
• Морозильная камера (около −18 °C): спиртовой (спирт замерзает только при очень сильном морозе, около −114 °C), биметаллический, инфракрасный, электронный уличный термометр со щупом.
• Медицинские (ртутный и электронный) — только для температуры тела.

Ответ: кипяток — биметаллическим, термоэлектрическим, инфракрасным; морозилку — спиртовым, биметаллическим, инфракрасным.

№ 4

(опыт 3 из текста параграфа) Опусти термометр в стакан с горячей водой, дождись, пока столбик остановится, запиши температуру. Пять раз через каждую минуту снова измерь, не вынимая термометр. Построй график остывания. Когда вода остывала быстрее — в начале или в конце? Почему?

🧪 Понадобятся: лабораторный стакан с горячей водой, термометр, часы. Помни правила работы со стеклом и горячей водой: стакан не держи в руках, ставь на стол.

Пример результатов:

Как думать. Сравни, на сколько падает температура за каждую минуту: $80 - 72 = 8$, $72 - 66 = 6$, $66 - 61 = 5$, $61 - 57 = 4$, $57 - 54 = 3$.

Решение. В начале график круто идёт вниз, потом становится пологим. Вода остывает быстрее всего в начале, пока она намного горячее воздуха. Чем меньше разница температур воды и воздуха, тем медленнее уходит тепло.

Ответ: быстрее — в начале опыта, потому что разница температур воды и воздуха тогда была самой большой.

👨‍👩‍👧 Родителю. Опыт легко повторить на кухне: чашка горячей (не кипящей) воды и любой кухонный или уличный термометр. Пусть ребёнок сам записывает числа и рисует график по клеточкам.

№ 5

(задание без номера в учебнике: стихотворение М. Ю. Лермонтова «Солнце осени», вопрос 1) Почему поэт называет луч осеннего солнца «мёртвым», а сам свет — «прощальным взглядом»?

Пример ответа.

• Осенний луч бледный и почти не греет: растения засыпают, природа «замирает».
• «Прощальный» — солнце будто прощается до весны: день короче, солнце стоит низко.
• Поэт сравнивает солнце с человеком, который ещё смотрит, но уже не может согреть.

Ответ: луч светит, но почти не даёт тепла, поэтому он «мёртвый»; осень — прощание с летним теплом.

№ 6

(задание без номера в учебнике: стихотворение Лермонтова, вопрос 2) Почему осенью солнце светит, но греет меньше?

Как думать. Посвети фонариком на стол прямо, а потом наискосок. Где пятно ярче?

Пример ответа.

1. Осенью солнце поднимается невысоко, лучи падают наклонно. Та же энергия расходится на бо́льшую площадь земли — каждый метр получает меньше тепла.
2. Наклонные лучи проходят более толстый слой воздуха, часть энергии теряется.
3. День становится короче: земля меньше часов нагревается, а ночью дольше остывает.

Ответ: солнце стоит ниже, лучи падают наклонно, а день короче — поэтому тепла приходит меньше.

№ 7

(задание без номера в учебнике: творческое «Как сделать комнатный термометр своими руками») Собери термометр из бутылки по инструкции, неделю наблюдай за ним в своей комнате и расскажи о результатах в классе.

🧪 Понадобятся: стеклянная бутылка, вода, краска (например, пищевой краситель), прозрачная трубочка, крышка, пластилин, дрель со сверлом.

Как это работает. Все вещества при нагревании расширяются. Воздух расширяется сильнее воды и выталкивает воду в трубочку. Чем тоньше трубочка, тем чувствительнее термометр.

⚠️ Дрелью работает только взрослый. Такой термометр годится только для комнаты: на морозе вода замёрзнет. Он немного реагирует ещё и на атмосферное давление, поэтому показания приблизительные.

Образец отчёта. «Неделю мой термометр стоял на столе у окна. Утром вода в трубочке стояла ниже всего, днём, когда солнце светило в окно, поднималась на 2–3 см. В выходные, когда включили обогреватель, столбик был выше обычного. Значит, самодельный термометр замечает, как меняется температура, но точные градусы лучше смотреть по настоящему».

Ответ: термометр работает за счёт расширения воздуха и воды при нагревании.

№ 8

(задание без номера в учебнике: игра «Да — нет») Согласен ли ты с утверждениями?

Ответ: нет; да; да; нет.

№ 9

(задание без номера в учебнике: самооценка «Человечки») Закрась человечка: полностью — если всё понял, наполовину — если частично, только ножки — если мало. Что нужно повторить дома?

Как думать. Проверь себя по шпаргалке ниже: можешь ли без подсказки объяснить каждое слово?

Пример ответа. «Я понял, что такое температура и тепловое равновесие — закрашиваю человечка полностью. Не до конца разобрался, почему у ведра воды больше тепловой энергии, чем у стакана. Дома перечитаю раздел про тепловую энергию и повторю опыт со льдом».

Ответ: у каждого свой.

Шпаргалка

• Температура — «насколько горячо», тепловая энергия — «сколько тепла».
• При одинаковой температуре у большего тела больше тепловой энергии.
• Термометр: поместить, подождать, снять показания, не вынимая.
• Горячая вода остывает быстрее в начале, потом медленнее.

Мини-тест