проект - МКОУ СОШ с.п. Аушигер
реклама
Республиканская открытая конференция научного объеденения учащихся «Сигма» «Творчество юных» Секция: «Астрономия и физика космоса» Чеченова Тамара, 9 кл., МОУ СОШ с.Аушигер Руководитель: учитель физики Кушхова Г.М. Аушигер - 2009 г. Оглавление Введение …………………………………………….…………..........................3 Самое холодное и горячее место на Земле………………….............................4 Какую максимальную температуру воздуха способен выдержать человек?....4 Луна – самый холодный объект в Солнечной системе ......................................5 Температура Солнца…………………………………………..............................5 Солнечная активность и его влияние на жизнь на Земле…..............................6 Температура на планетах Солнечной системы……………..............................7 Самое холодное место во Вселенной………………………..............................8 Достижим ли абсолютный нуль? ………………………………........................8 Заключение.............................................................................................................9 Выводы...................................................................................................................9 Литература………………………………………………………………………..10 2 Введение «Тепло и холод - это две руки природы, которыми она делает почти всё». Френсис Бекон 1627 год Цель: формирование навыков самостоятельной работы с большим объемом информации (научная литература, Интернет) и умений увидеть проблему и наметить пути ее решения. Объект исследования: Температура во Вселенной. Метод исследования: поисковый. Проблемный вопрос: Каковы температуры космических объектов? Существует ли предел низким и высоким температурам? Актуальность темы: Освоение окружающего мира, развитие представлений о строении и эволюции Вселенной. Какие термодинамические законы в ней действуют. Влияние солнечной активности на погоду и климат Земли, объяснение глобального потепления на Земле. С незапамятных времен пытливый ум человека стремился познать Вселенную. Вселенная – это весь материальный мир. Она включает в себя Землю, Солнце и Луну, другие планеты нашей солнечной системы, миллиарды звезд и все пространство между ними. По звездам, Луне и Солнцу люди еще в глубокой древности вели счет времени, определяли направление в пути. Связь многих земных явлений с явлениями небесными исследовалась одной из старейших наук — астрономией. Она возникла из практических потребностей человека раньше всех других наук. Луна и Солнце вызывают на Земле приливы и отливы. Солнечное излучение и его изменения влияют на процессы в земной атмосфере и на жизнедеятельность организмов. Представление о строении и эволюции Вселенной сейчас обязан иметь каждый человек. [3] Правильное представление о Земле и ее месте в Солнечной системе явилось первым шагом к познанию Вселенной. Астрономы считают началом Вселенной невообразимо мощный взрыв. Это событие называют Большим взрывом (Big Bang). Вся материя Вселенной находилась в форме энергии, сосредоточенной в небольшом пространстве, в 3 котором температура, вероятно, была равна 1032 К. После этого Вселенная начала расширяться и остывать (через 1с температура была уже 1010К). [14] В связи с этим у меня возникает вопрос: Где находится сейчас самое холодное и самое горячее место во Вселенной? Бесконечны ли « + » и « - »? Самое холодное и горячее место на Земле Наша Земля является частью Вселенной. Это третья по удаленности от Солнца планета и она движется со скоростью около 30 км/с вокруг Солнца по эллиптической орбите, мало отличающейся от окружности. Самая высокая температура воздуха на Земле зарегистрирована в Северной Африке, в Ливии, в поселке Аль Азизийя в пустыне 13 сентября 1922 года (в этот день температура поднялась до 58 °С (в тени). Самая низкая естественная температура, зафиксированная на поверхности Земли, составляла -89,2 ºС. Она наблюдалась на станции «Восток» в Антарктиде 21 июля 1983 года. Самые большие перепады температур наблюдается в сибирском городе Верхоянске, где температура зимой опускается до -68 ºС, а летом поднимается до +37 ºС. Перепад достигает 105 ºС. [11] Какую максимальную температуру воздуха способен выдержать человек? В течение короткого времени человек может находиться в сухом воздухе при очень высокой температуре. В 1828 г. был описан случай 14-минутного пребывания мужчины в печи, где температура достигала 170°С. Английские физики Благден и Чентри в порядке аутоэксперимента находились в печи хлебопекарни при температуре 160°С. В Бельгии в 1958 г. был зарегистрирован случай переносимости человеком 5-минутного пребывания в термокамере при температуре 200°С. Температуру 104 °С человек может терпеть 26 мин., 93 °С — 33 мин., 82 °С — 49 мин., а 71 °С — 1 ч; установлено это в ходе экспериментов со здоровыми людьми-добровольцами. [1] Чем же объясняется такая выносливость? Тем, что организм наш фактически не принимает этой температуры, а сохраняет температуру, близкую к нормальной. Он борется с нагреванием посредством обильного выделения пота; испарение пота поглощает значительное количество тепла из того слоя воздуха, который непосредственно прилегает к коже, и тем в достаточной мере понижает его температуру. Единственные необходимые условия состоят в том, чтобы тело не соприкасалось непосредственно с источником тепла и чтобы воздух был сух. [10] Какую минимальную температуру воздуха способен выдержать человек? 4 Это зависит от состояния его здоровья и одежды, но главное — от скорости ветра. В Якутии зимой люди часами находятся на морозе, при температуре воздуха ниже –50 °С, но они при этом соответствующим образом одеты. Минимальная температура, при которой люди кратковременно бывали на воздухе, составляет –88 °С. [1] Луна – самый холодный объект в Солнечной системе Ближайшим небесным телом к Земле является Луна. Температура на поверхности Луны в освещенной ее части +170 0С, а в тени температура – 130 0С. Учёные из NASA, недавно направившие 8 июля 2009 года аппарат LRO на исследование нашего спутника, подсчитали, что температура внутри кратеров близ южного полюса Луны даже ниже, чем на Плутоне, расположенном в 40 раз дальше от Солнца. Оказывается, самое холодное место нашей системы находится близко к Земле. Теперь самым холодным объектом Солнечной системы считается Луна. Самыми холодными были названы кратеры Фаустини (Faustini), Шумейкер (Shoemaker) и Хаворт (Haworth). Почему именно кратеры? Всё просто, внутрь некоторых из них солнечные лучи не попадают никогда из-за теней, отбрасываемых высокими стенками. По данным, полученным температурным датчиком Diviner, астрономы определили, что внутри отдельных кратеров температура не поднимается выше -240 °С (то есть всего лишь до 30 градусов выше абсолютного нуля). Раньше учёные могли об этом лишь догадываться. В 2006 году ученые вычислили, что температура на Плутоне равна -230 °С. Ультранизкие температуры поверхности Луны повышают вероятность нахождения на ней воды. Учёные вычислили, что вода и прочие летучие газы покидают поверхность при температуре выше -220 °С. [8] Температура Солнца В центре Солнечной системы находится Солнце – мощный источник энергии. Это самая ближайшая к нам звезда. Солнце играет исключительную роль в жизни Земли. Весь органический мир нашей планеты обязан Солнцу своим существованием. Солнце – не только источник света и тепла, но и первоначальный источник многих других видов энергии (энергии нефти, угля, воды, ветра). Изучая Солнце, мы узнаем о многих процессах и явлениях, происходящих на других звездах и недоступных непосредственному наблюдению из-за огромных расстояний, которые отделяют нас от звезд. Чтобы выяснить, в каком состоянии находится вещество на Солнце, необходимо прежде всего знать температуру Солнца. Существуют различные способы определения температуры Солнца, все они 5 основаны на физических законах, открытых на Земле и действующих во всей доступной наблюдениям части Вселенной. На поверхности у Солнца температура достигает 6000 0С. При такой температуре вещество находится в газообразном состоянии, причем атомы некоторых химических элементов ионизированы. С глубиной температура растет (в центре достигает около 15 000 000 0С), а вместе с тем увеличивается число ионизированных атомов. Поэтому основное состояние, в котором находится вещество на Солнце, - это плазма, а Солнце – это раскаленный плазменный шар. [4] Солнечная активность и его влияние на жизнь на Земле Как и Земля, Солнце создает внутри и вокруг себя магнитные поля, которые мешают теплу из центра Солнца достигнуть его поверхности. В местах, где возникают эти поля, появляются более холодные, темные участки, называемые солнечными пятнами. Температура пятен составляет около 3700 0С. Одни существуют всего несколько дней, другие же – месяцами. Проявлением солнечной активности являются вспышки, или протуберанцы. Они представляют собой сильные извержения плазмы. Все происходящие климатические процессы на планете зависят от активности нашего светила – Солнца. Поэтому даже самые малые изменения активности Солнца непременно сказываются на погоде и климате Земли. [3] До сих пор учёные со 100% уверенностью не могут сказать, что вызывает климатические изменения. Основываясь на проведенных в Пулковской обсерватории исследованиях, российские ученые пришли к выводу, что решающее влияние на изменение климата Земли оказывает не человеческая деятельность, а изменение интенсивности солнечной светимости. Наблюдающееся в настоящее время глобальное потепление климата Земли обусловлено необычайно высоким и длительным (практически в течение всего ХХ века) повышением интегрального потока солнечного излучения. Этот вывод подтверждает и обнаруженное специалистами NASA параллельное глобальное потепление марсианского климата в промежутке с 1999 по 2005 год. На Марсе также происходило глобальное потепление, но уже без парникового эффекта и без участия "марсиан". Эти параллельные глобальные потепления, наблюдаемые одновременно как на Марсе, так и на Земле, могут быть только прямым следствием воздействия только одного и того же фактора - долговременного изменения интенсивности солнечного излучения. Об этом заявил заведующий лабораторией космических 6 исследований Главной (Пулковской) астрономической обсерватории РАН Хабибулло Абдусаматов. [15] Потепление оказывает влияние на флоре и фауне. Ученые выяснили, что изменение температуры вызвало миграцию растений и животных по направлению к полюсам. Температура на планетах Солнечной системы 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 320 0С до -120 0С. Но уже на глубине нескольких температуры десятков нет, сантиметров что является значительных следствием колебаний весьма низкой теплопроводности пород. Температура на поверхности Венеры (на уровне среднего радиуса планеты) — около 500 0С, 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 10-30 0С. К вечеру она падает до -60 0С и даже до -100 0С. Средняя температура на Марсе -70 0С., на Юпитере -130 0С, на Сатурне -170 0С, на Уране -190 0С, на Нептуне -200 0С. Температура на планете Плутон, до которой свет от Солнца идет более пяти часов, низка — ее среднее значение порядка -230 0С. [7] Кроме больших и малых планет, вокруг Солнца движутся кометы. Основные части комет: голова, ядро и хвост. Вещество кометы сосредоточено в основном в ее ядре, которое состоит из смеси замерзших газов и пылинок, металлических и каменных частиц разных размеров. Когда комета приближается к Солнцу, ядро постепенно прогревается, из него выделяются газы и пыль, которые окутывают ядро и образуют голову и хвост кометы. При сближении космических аппаратов с ядром кометы Галлея удалось определить по инфракрасному излучению его температуру. Она оказалась равной 100 0С. [4] Температуры большинства звезд заключены в пределах от 3000 до 30000 0С. 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. Самые горячие из известных звезд — центральные звезды планетарных туманностей. Было обнаружено, 7 что их поверхностные температуры доходят до 250 000 K (это более чем в 30 раз превосходит температуру нашего Солнца). Примером планетарной туманности с такой горячей центральной звездой служит туманность NGC 2240. При таких высоких температурах большая часть энергии излучения приходится на ультрафиолетовый диапазон спектра, так что на изображениях туманности в оптическом диапазоне центральная звезда часто не видна. [13] Самое холодное место во Вселенной - туманность Бумеранг Шведские астрономы утверждают, что им удалось обнаружить самое холодное место во Вселенной. Согласно их данным, туманность в форме бумеранга, что входит в состав созвездия Центавра, и является таким местом. Туманность Бумеранг находится на расстоянии 5 000 световых лет от Земли. Основное вещество в данной туманности разреженный - газ, масштабных разрушениях планет Специалисты сообщают, что, расположение туманности и свидетельствующий в этой учитывая разреженность о системе. особенное структуры вещества, температура туманности составляет в среднем -272 ºС, что всего на 1 градус выше нижнего предела температур - абсолютного нуля. Вероятнее всего, это облако охлаждается в результате того же процесса, что и в домашних компрессионных холодильниках - в результате быстрого расширения газа. Температура туманности была определена при помощи 15-метрового телескопа, расположенного на одном из высокогорных плато в Чили. Астрономы сообщают, что особенность данной туманности заключается еще и в том, что ее температура ниже, чем -270 ºС (такую температуру имеет фон Вселенной в наши дни). На данный момент обнаруженная туманность является единственным объектом, обладающим более низкой температурой, чем фон Вселенной. [12] Достижим ли абсолютный нуль? Понятие абсолютного нуля было введено в 1848 году английским ученым У. Томсоном (Кельвином). Абсолютный нуль – это минимальный теоретический предел температуры, которую может иметь физическое тело, температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Абсолютный нуль расположен на 273,15 °С ниже температуры замерзания воды, для которой принято значение 0 °С. Практически, температура является приблизительной мерой энергии, заключенной в объекте, поэтому абсолютный нуль показывает, что тело ничего не излучает, и никакой энергии из этого объекта извлечь нельзя. 8 Температуры некоторых жидких газов: кислород минус 183 °С, азот минус 196 °С, водород минус 253 °С, гелий минус 269 °С. Достичь же абсолютный нуль температур 0 °К или (-273,15 °С), согласно законам физики, невозможно. Но, несмотря на это, ученые пытаются подобраться как можно ближе к абсолютному нулю температуры, актуальный рекорд был поставлен в 2003 году в лаборатории Массачусетского института технологии. Американские исследователи работали с парами натрия, температура которых была лишь на миллионные доли градуса выше абсолютного нуля. Одной из причин, почему ученые настолько стремятся получить абсолютный нуль — попытка понять, что происходит и происходило с нашей Вселенной, какие термодинамические законы в ней действуют. При этом исследователи понимают, что извлечение всей энергии до последнего из атома практически недостижимо. Итак, мы нашли предел только низким температурам. Наукой определена самая низкая достижимая температура — минус 273,15 ºС, но практически такая температура недостижима. Заключение Мы не можем видеть края Вселенной, поэтому невозможно сказать, есть ли чтонибудь за ее пределами. Ученые даже не могут сказать, есть ли у Вселенной границы в нашем понимании. Необходимость и польза познания Вселенной несомненны. Мир стремительно развивается и идет вперед. Человек проник в космическое пространство, и нет никаких оснований думать, что найдутся непреодолимые трудности, которые остановят его на этом пути. Человек уже был на Луне, попадет он и на другие планеты, как попал на необитаемые острова, ступил на льды полюсов, дно океана, покорил вершины неприступных гор. Предела человеческому познанию нет! Что такое Вселенная? Из чего она возникает? Во что она переходит? В свободе она возникает. В свободе существует, и в свободе растворяется. Упанишады Выводы Выполнив данную работу, я пришла к следующим выводам: 1. самым холодным объектом в Солнечной системе является Луна; 2. даже самые малые изменения активности Солнца сказываются на погоде и климате Земли и на самочувствие живых существ; 9 3. температура на планетах Солнечной системы неодинакова, причем перепады температур за сутки достигают до 130 ºС; 4. туманность Бумеранг является единственным объектом, обладающим более низкой температурой, чем фон Вселенной. 5. человеческий организм может выдержать такую высокую температуру, как 160 ºС; 6. существует предел низким температурам (- 273,15 ºС или 1 К). Литература 1. Агаджанян Н.А., Катков А.Ю. Резервы нашего организма. – М.: «Знание», 1990. 2. Вместе познаем мир. http://potomy.ru/ 3. Воронцов-Веляминов Б.А. Очерки о Вселенной. – М.: Наука, 1980. 4. Дагаев М.М. и др. Астрономия. – М.: Просвещение, 1983. 5. Иген В., Чемпиона Н. Детская энциклопедия. 1001 вопрос и ответ. – М.: Издательский дом «ОНИКС 21 век», 2003. 6. Колтун М. Мир физики.- М.: Детская литература, 1995. 7. Левитан Е.П. Астрономия: Учебн. Для 11 кл. общеобразоват. Учреждений. – 4-е изд. – М.: Просвещение, 2000. 8. Мировые новости. http://www.membrana.ru/lenta/?9669 9. Новиков И.Д. Как взорвалась Вселенная. – М.: Наука, 1988. 10. Перельман Я. И. Занимательная физика. Изд. «Тезис». – Екатеринбург, 1994. 11. Рекорды Земли. http://astrolab.ru/cgi-bin/manager2.cgi?id=51&num=897. 12. R. Sahai и J. Trauger. Холодный ветер из туманности Бумеранг. – http://www.astronet.ru/db/msg/1186798. 13. Самая горячая звезда. http://www.astrolab.ru/cgi-bin/manager2.cgi?id=35&num= 14. Хапачев Ю.П. Концепции современного естествознания: Курс лекций. – Нальчик, Каб.-Балк. Ун-т, 2000. 15. http://www.rian.ru/science/20070108/58645571.html. 10
