§ 44. Температура мен жылу энергиясының арасындағы айырмашылық неде?

Жаратылыстану, 5 сынып. Оқулық: Верховцева Л.А. және т.б. (Алматыкітап баспасы, 2023). 5 тарау: Энергия және қозғалыс. 64–69-беттер.

Нені үйренесің

• Температура мен жылу энергиясын ажыратуды.
• Жылудың «қайда кететінін» және жылулық тепе-теңдіктің не екенін түсіндіруді.
• Температураны термометрмен дұрыс өлшеуді.
• Судың суу графигін салуды және оны оқуды.

Ой қозғау

Ойша жауап бер, содан кейін жауабын аш.

• Шай қасықты ыстық шайға салса, оған не болады? Бір минуттан кейін қасықтың сабы жылынады: жылу шайдан қасыққа өтеді.
• Неге солай болады? Шай қасықтан ыстығырақ. Жылу әрдайым ыстығырақ денеден суығырақ денеге беріледі.
• Энергияның қандай түрлерін білесің? Механикалық, жылулық, электрлік (43-параграф).
• Барлық денелер неден тұрады? Үнемі қозғалып тұратын ұсақ бөлшектерден.

Тақырыпты талдаймыз

Температура — күйдің «өлшеуіші»

Температура ($t$) — дененің жылу жағдайын сипаттайтын шама, яғни дененің қаншалықты ыстық немесе суық екенін көрсетеді. Оны Цельсий градусымен (°C) өлшейді. Мұз 0 °C-та ериді, су 100 °C-та қайнайды, адам денесінің қалыпты температурасы — 36,6 °C.

💡 Бірнеше оныншы градусқа ауытқу, мысалы 37,0 °C-қа дейін, әдетте алаңдауға себеп емес.

Жылу энергиясы — «ішінде қанша жылу бар»

Жылу — энергияның бір түрі. Дене жылуды сіңіргенде, оның ішкі энергиясы ұлғаяды, яғни жылу энергиясы өзгереді.

Барлық денелер бөлшектерден тұрады, ал бөлшектер ретсіз қозғалады. Жылу энергиясы — дененің ішіндегі бөлшектердің қозғалысынан болатын энергия. Бөлшектер жылдам қозғалған сайын, температура жоғары болады. Бірақ заттың өзі көп болған сайын, жылу энергиясы да көп болады.

Мысалы, бір кесе қайнаған су мен бір қазан қайнаған судың температурасы бірдей — 100 °C. Бірақ қазандағы жылу энергиясы әлдеқайда көп: онымен көп қарды ерітуге болады, ал кесемен — өте аздап қана.

📌 Температура дененің қаншалықты қыздырылғанын көрсетеді. Жылу энергиясы — денеде қанша жылу жиналғанын көрсетеді. Жылу энергиясы жылы денеден суық денеге температуралары теңескенше беріледі.

Тәжірибе: стақандағы мұз

🧪 1-тәжірибе. Саған қажет: мұз шақпағы, суы бар стақан, термометр.

Тәжірибенің суретінде қызыл көрсеткілер жылудың судан мұзға қалай өтетінін, ал көк көрсеткілер суық еріген судың төмен қалай түсетінін көрсетеді.

Ары қарай не болады? Мұз еріп біткенде, стақандағы суық су бөлмедегі ауадан жылына бастайды. Ақырында барлық су ауаның температурасын қабылдайды — бітті. Одан кейін ештеңе өзгермейді, температура тұрақты болады. Бұл — жылулық тепе-теңдік.

Жылу энергиясы температуралары бірдей болғанша жылы денеден суық денеге беріледі. Дененің жылуын жоғалтқанда, оның ішкі энергиясы азаяды. Мұз толық ерігенде су бірте-бірте жылына бастайды, соңында ол қоршаған ортаның температурасымен бірдей болады.

📌 Жылулық тепе-теңдік — денелердің температурасы теңесіп, олардың арасында жылу енді берілмейтін жағдай.

Термометр — адал куәгер

Тері алдайды. Бөлмеде темір есіктің тұтқасы ағаш партадан суығырақ сезіледі, ал шынында екеуінің температурасы бірдей: темір қолдан жылуды тезірек тартып алады. Сондықтан температураны термометрмен өлшейді.

📌 Термометр — денемен жылулық байланыста болып, оның температурасын өлшейтін құрал.

Ең қарапайым термометрлер — сұйықтықты. Оларда сынап немесе боялған спирт бар: қыздырғанда сұйықтық кеңейіп, жіңішке түтікпен жоғары көтеріледі, суығанда сығылып, төмен түседі. Термометрдің құрылысында температураны сезетін денелердің әртүрлі қасиеттері пайдаланылған.

⚠️ Өлшеу ережесі. 1) Термометрді температурасын өлшейтін ортаға қой. 2) Оның температурасы бір қалыпқа келгенше күте тұр. 3) Термометрді ортадан қозғамай тұрып көрсеткішін жазып ал. Көзіңді сынап бағанасының деңгейінде ұста.

⚠️ Термометр шыныдан жасалған — түсіріп алма, ұрма. Сынап термометрі сынып кетсе, қолмен ұстама, бірден үлкендерді шақыр.

🌟 Кондитер пештерінде температура 220–280 °C-қа жетеді, металлургияның шынықтыру пештерінде 900–1000 °C-тан асады. Арнайы зертханалық құрылғыларда бір сәт температураны 2 млн градусқа дейін көтерген. Ал Күннің ортасындағы температура оншақты миллион градусқа жетеді!

🌟 Адам ең жоғары температураға қаншалықты шыдай алатынын білу үшін тәжірибе жасалған. Көрсеткіштер таңғаларлықтай: киіммен ол +260 °C-қа, киімсіз +205 °C-қа жақын шыдайды. Салыстыру үшін, қуырылған еттің жылтыр қабыршағының температурасы +168 °C-қа жетеді.

Түсінгеніңді тексер

Өзіңді тексер

• Температура дегеніміз не? Дененің жылу жағдайын сипаттайтын шама, яғни дененің қаншалықты қыздырылғанын көрсетеді.
• Жылу энергиясы дегеніміз не? Дененің ішіндегі бөлшектердің қозғалысынан болатын энергия.
• Температураны қандай құралмен өлшейді? Термометрмен.
• Термометр сұйықтықтың қандай қасиетіне негізделген? Қыздырғанда сұйықтық кеңейеді, суытқанда сығылады.

Жаттығуларды шығарамыз

№ 1

(64-беттегі 1-тәжірибе) Судың температурасын өлше, стақанға мұз сал, ол еріп біткен соң тағы өлше. Нені байқадың? Неге солай болды? Қорытынды жаса.

Қалай ойлаймыз. Су мен мұздың температурасы әртүрлі. Жылу суығырақ жаққа қарай өтеді.

Шешуі. Нәтижелерді кестеге жаз:

(сенің сандарың өзгеше болады). Судың температурасы төмендеді: су жылу энергиясын мұзға берді, мұз соның есебінен ери бастады.

Жауабы: су суыды; жылу жылы денеден суық денеге температуралары теңескенше беріледі.

№ 2

(65-беттегі 2-тәжірибе) Сыныптағы бірнеше затқа қолыңды тигіз (парта, оқулық, қалам және т.б.). Әр заттың температурасын нақты анықтай аласың ба? Ол үшін не істеу қажет?

Қалай ойлаймыз. Қол тек «жылырақ — суығырақ» екенін сезеді, оның өзі де әрдайым дұрыс болмайды.

Шешуі.

1. Температураны сипап қарап дәл анықтау мүмкін емес. Металл зат қатарында жатса да, ағаштан суығырақ сезіледі.
2. Сыныптағы жансыз нысандар баяғыда қоршаған ауамен жылулық тепе-теңдікке келген: олардың температурасы ауаның температурасымен бірдей, мысалы 21 °C.
3. Нақты білу үшін термометр қажет.

Жауабы: сипап қарап анықтау мүмкін емес; термометр керек. Заттардың температурасы сыныптағы ауаның температурасымен бірдей.

№ 3

(66-беттегі сұрақ) Термометрдің қандай түрлерін білесің? Суретке қара. Қайнаған судың температурасын қандай термометрмен өлшеуге болады? Мұздатқыш камераның температурасын ше? Неге? Суретте: сынапты медициналық, электронды, бейметалл (шкаласы дөңгелек, нұсқары және металл щупы бар), спиртті, термоэлектрлі (қосылған сымы бар металл өзек) және инфрақызыл (пирометр, «тапанша» түріндегі) термометрлер.

Қалай ойлаймыз. Әр термометрдің шкаласына қара. Медициналық термометр шамамен 35–42 °C-қа арналған. Спирт 78 °C-та-ақ қайнайды, сондықтан спиртті термометр қайнаған суға жарамайды.

Шешуі.

• Қайнаған су (100 °C): бейметалл (ас үйдегі, щупты), термоэлектрлі, инфрақызыл — олардың шкаласы 100 °C-тан жоғары.
• Мұздатқыш камера (шамамен −18 °C): спиртті (спирт тек өте қатты аязда, шамамен −114 °C-та қатады), бейметалл, инфрақызыл, щупты электронды көше термометрі.
• Медициналық (сынапты және электронды) — тек дене температурасына арналған.

Жауабы: қайнаған суды — бейметалл, термоэлектрлі, инфрақызыл термометрмен; мұздатқышты — спиртті, бейметалл, инфрақызыл термометрмен.

№ 4

(66–67-беттердегі 3-тәжірибе) Термометрді ыстық суы бар стақанға сал, сынап бағанасы тоқтағанша күт, температураны жаз. Термометрді судан шығармай, 5 минут сайын қайталап температураны өлше. Көрсеткіштерді кесте түрінде жаз. Алынған мәліметтер бойынша судың суу уақытына байланысты температураның өзгеру графигін құр. Су қашан тез суыды: тәжірибенің басында ма немесе соңында ма? Неге екенін түсіндір. Қорытындыны дәптерге жаз.

🧪 Саған керек: термометр, ыстық суы бар лабораториялық стақан, сағат. Шыны ыдыспен және ыстық сумен жұмыс істеу ережесін есіңде сақта: стақанды қолда ұстама, үстелге қой.

Нәтиже үлгісі:

Қалай ойлаймыз. Әр 5 минутта температура қанша төмендейтінін салыстыр: $80 - 68 = 12$, $68 - 59 = 9$, $59 - 53 = 6$, $53 - 49 = 4$, $49 - 46 = 3$.

Шешуі. Басында график тік төмен түседі, сосын жатықтана береді. Су ең тез тәжірибенің басында суиды, себебі ол кезде ол ауадан әлдеқайда ыстық. Судың және ауаның температураларының айырмасы аз болған сайын, жылу баяу кетеді.

Жауабы: тәжірибенің басында тезірек, себебі ол кезде судың және ауаның температураларының айырмасы ең үлкен болды.

👨‍👩‍👧 Ата-анаға. Тәжірибені ас үйде оңай қайталауға болады: бір кесе ыстық (қайнамаған) су және кез келген ас үйдегі немесе көше термометрі. Бала сандарды өзі жазып, графикті тор көзге өзі салсын.

№ 5

(66-беттен кейінгі тапсырма: М.В. Ломоносовтың «Күзгі Күн» өлеңі, 1-сұрақ) Қалай ойлайсың, неге ақын «Өзегі мұңлы ұлы жарық қимай ұзақ қарады» деп айтады?

Жауап үлгісі.

• Күзгі күн сәулесі бозғылт және дерлік жылытпайды: өсімдіктер ұйқыға кетеді, табиғат «тына» бастайды.
• «Қимай ұзақ қарады» — күн көктемге дейін қоштасып жатқандай: күн қысқарады, күн аласа тұрады.
• Ақын күнді әлі қарап тұрған, бірақ жылыта алмайтын адаммен салыстырады.

Жауабы: жарық түседі, бірақ жылу дерлік бермейді, сондықтан «өзегі мұңлы»; күз — жаздың жылуымен қоштасу.

№ 6

(өлеңге қатысты 2-сұрақ) Неге күзде Күн жарқырап тұрғанымен, жаздағыдан аз жылытады?

Қалай ойлаймыз. Қол шамның жарығын үстелге тік, содан кейін қиғаштай түсір. Қайда дақ жарығырақ?

Жауап үлгісі.

1. Күзде Күн аласа көтеріледі, сәулелер қиғаш түседі. Сол энергия жердің үлкенірек ауданына таралады — әр шаршы метр аз жылу алады.
2. Қиғаш сәулелер ауаның қалыңырақ қабатынан өтеді, энергияның бір бөлігі жоғалады.
3. Күн қысқарады: жер аз сағат жылынады, ал түнде ұзағырақ суиды.

Жауабы: Күн төмен тұрады, сәулелер қиғаш түседі, ал күн қысқа — сондықтан жылу аз келеді.

№ 7

(67-бет: «Иә-жоқ» ойыны) Әрбір сөйлемнің қасына, егер келіссең, «иә» деген жауапты таңда, келіспесең, «жоқ» жауабын таңда.

Жауабы: жоқ; иә; иә; жоқ.

№ 8

(68-бет: «Өз қолыңмен бөлмелік термометр жасау») Нұсқау бойынша бөлмелік термометр құрастыр. Бір аптаның ішінде бөлмендегі температураның өзгерісін бақыла. Тәжірибе нәтижесін сыныпқа ұсын.

🧪 Саған керек: шыны бөтелке, су, түтікше, қақпақ, ермексаз, бояу, бұрғылы тескіш.

Қалай жұмыс істейді. Барлық заттар қыздырғанда кеңейеді. Ауа судан күштірек кеңейеді де, суды түтікшеге итереді. Түтікше жіңішке болған сайын, термометр сезімтал болады.

⚠️ Бұрғымен тек ересек адам жұмыс істейді. Мұндай термометр тек бөлмеде ғана пайдалануға жарайды: аязда су қатып қалады. Ол атмосфералық қысымға да аздап әсер етеді, сондықтан көрсеткіштері шамалас.

Есеп үлгісі. «Бір апта бойы термометрім терезе жанындағы үстелде тұрды. Таңертең түтікшедегі су ең төмен тұрды, күндіз терезеге күн түскенде 2–3 см көтерілді. Демалыс күндері жылытқыш қосқанда, бағана әдеттегіден жоғары болды. Демек, өзім жасаған термометр температураның қалай өзгеретінін байқайды, бірақ нақты градусты нағыз термометрден қараған дұрыс».

Жауабы: термометр қыздырғанда ауа мен судың кеңеюі арқылы жұмыс істейді.

№ 9

(69-бет: «Адам» — сабақ барысындағы өзінің жетістігін бағалау) Егер сабақтың тақырыбын игерсең, адамды толық бояу; жартылай игерсең, жартысын бояу; жеткіліксіз игерсең, тек аяқтарын бояу. Өз жұмысыңа талдау жаса. Үлкен жетістікке жету үшін үйде саған нені қайталау керек?

Қалай ойлаймыз. Төмендегі жадынама бойынша өзіңді тексер: әр сөзді көмексіз түсіндіре аласың ба?

Жауап үлгісі. «Мен температура мен жылулық тепе-теңдіктің не екенін түсіндім — адамды толық боядым. Неге шелектегі судың жылу энергиясы стақандағыдан көп екеніне толық түсінбедім. Үйде жылу энергиясы туралы бөлімді қайта оқып, мұзбен тәжірибені қайталаймын». Немесе: «Бүгін мен кейбір сұрақтарға жауап бере алмадым… Үйде маған … қажет».

Жауабы: әркімнің өзінікі.

Жадынама

• Температура — «қаншалықты ыстық», жылу энергиясы — «қанша жылу бар».
• Температура бірдей болғанда, үлкен дененің жылу энергиясы көп болады.
• Термометр: қой, күт, көрсеткішін қозғамай жазып ал.
• Ыстық су басында тез, кейін баяу суиды.

Шағын тест