Р. Башарұлы, Ш. Шүйіншина, К. Сейфоллина

ФИЗИКА
Жалпы білім беретін мектептiң 8-сыныбына арналған оқулық

8
Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі ұсынған
А. Байтұрсынұлы атындағы Тіл білімі институтының
сарапшыларымен келісілді

Алматы «Атамұра» 2018

ӘОЖ 373.167.1
КБЖ 22.3 я 72
Б 30
Оқулық Қазақстан Республикасының Білім және ғылым министрлігі
бекіткен негізгі орта білім беру деңгейінің 7–9-сыныптарына арналған
«Физика» пәнінің жаңартылған мазмұндағы Типтік оқу
бағдарламасына сәйкес дайындалды.
Шартты белгiлер:

?

– сұрақтар



– жаттығулар



– деңгейлiк тапсырмалар



– практикалық және эксперименттік тапсырмалар



– теориялық зерттеу



– ғылым мен техниканың даму тарихынан



– тереңдетiлген деңгейдегі қосымша материалдар

Башарұлы Р. т.б.
Б 30 Физика: Жалпы білім беретін мектептің 8-сыныбына арналған оқу­лық/
Башарұлы Р., Шүйіншина Ш., Сейфоллина К. – Алматы: Атамұра,
2018. – 224 бет.
ISBN 978-601-331-165-4

ISBN 978-601-331-165-4

ӘОЖ 373.167.1
КБЖ 22.3 я 72

© Башарұлы Р., Шүйіншина Ш.,
Сейфоллина К., 2018
© «Атамұра», 2018

АЛҒЫ СӨЗ
Оқырманға ұсынып отырған бұл оқулық 2017 жылы «Атамұра» баспасынан шыққан 7-сынып физикасының логикалық жалғасы болып
табылады. Өткен жылы біртұтас физика ғылымының механикалық
құбылыстарға байланысты ұғымдары мен заңдарын қарастырған едік.
8-сынып физикасында қазіргі сан алуан техникалардың ғылыми негіздерін құрайтын жылу, электр және жарық құбылыстары жалғасын тауып
зерделенеді. Аталған құбылыстардың сыры 7-сынып физикасындағы
ұғымдар мен заңдарға негізделе отырып ашылады. Сондықтан жаңа
білімді сапалы игеру үшін оқып кеткен бұрынғы физикалық ұғымдар
мен заңдарды үнемі еске түсіріп, қайталап отыру парыз.
Осыған орай теориялық білімді терең меңгеріп, оны практикада
ұтымды қолдану үшін мына қағидалық ұстанымдарды басшылыққа
алып, жұмыс жасауға дағдылану керек.
Біріншіден, бүкіл Шығыс өркениетінің ертедегі ұлы ғұламасы
қытайлық Конфуцийдің: «Кім өткенді қайталап, әрі жаңаны білсе,
ол көсем бола алады», – деген сөзін естеріңде ұстап, бұрынғы алған
білімдеріңе жүгініп, 7-сынып физикасы бойынша өздерің жасаған
қысқаша тірек конспектілеріңді де пайдаланып, оқып кеткен іргелі
ұғымдар мен заңдарды үнемі еске түсіріп отыру қажет.
Екіншіден, адамзаттың бірінші ұстазы атанған бүкіл Батыс өркениетінің ертедегі ұлы ғұламасы элладалық (грекиялық) Аристотельдің:
«Ақыл білімде ғана емес, білімді қолдана алатын біліктілікке де
саяды», – деген сөзін естеріңде ұстап, теориялық сұрақтарға ғана жауап
іздеумен шектелмей, жаттығулар мен тапсырмаларды да, практикалық
зерттеулер мен эксперименттерді де ұқыпты орындауларың қажет. Біздің
ұлы бабамыз әл-Фараби Шығыс пен Батыс ғұламаларының жоғарыда
көрсетілген қағида-ұстанымдарын өз бойына сіңіріп, талмай еңбектенуі
арқасында адамзаттың екінші ұстазы атанды.
Қадірменді ұстаздар, қымбатты шәкірттер! Сұраныстары жоғары талапшыл оқушыларға арналған тереңдетілген материалдар (оларға кейбір
эксперименттік, теориялық зерттеулер де жатады) және тарихи-танымдық деректер міндетті оқу жүктемелері болып табылмайды. Алайда «Нар
жолында жүк қалмас», «Жұмыла көтерген жүк – жеңіл» дейді ғой халқымыз; ақыл қосып, жұмыла жасаған қарекеттеріңе зор сеніммен сәттілік тілейміз.
3

І ТАРАУ

ЖЫЛУ ҚҰБЫЛЫСТАРЫ



ОҚУШЫЛАР МЕҢГЕРУГЕ ТИІСТІ БАҒДАРЛАМАЛЫҚ МАҚСАТТАР:

X XXXX X X X X X X XXX

– молекула-кинетикалық теорияның негізгі қағидаларын
дәлелдейтін мысалдар келтіру және тәжірибені сипаттау;
– температураны өлшеуді жылулық ұлғаю негізінде сипаттау;
– температураны Цельсий, Кельвин шкалаларында өрнектеу;
– дененің ішкі энергиясын өзгерту тәсілдерін сипаттау;
– жылу алмасудың түрлерін салыстыру;
– техникада және тұрмыста жылу алмасу түрлерінің
қолданылуына мысалдар келтіру;
– әртүрлі температураларда тірі ағзалардың бейімделуіне
мысалдар келтіру;
– жылу алмасу процесі кезінде алған немесе берген жылу
мөлшерін анықтау;
– заттың меншікті жылусыйымдылығының мағынасын түсіндіру;
– отынның жануы кезінде бөлінген жылу мөлшерін анықтау;
– жылу құбылыстарындағы энергияның сақталу және айналу
заңын зерттеу;
– тәжірибені жүргізуге әсер ететін факторларды анықтау;
– физика кабинетінде қауіпсіздік ережелерін білу және сақтау;
– жылулық тепе-теңдік теңдеуін есептер шығаруда қолдану.

4

Бұл тарауда оқушылар терең игеруге міндетті алдыңғы бетте
көрсетілген бағдарламалық оқу мақсаттарының мазмұны мен мағыналары
ашылады; сонымен қатар әр оқушының есінде ұзақ сақталуға тиісті мына
физикалық ұғымдар қалыптастырылады: «жылулық қозғалыс», «температура», «ішкі энергия», «жылуөткізгіштік», «жылу беру», «жылу мөлшері»,
«отын энергиясы», «отынның меншікті жану жылуы».
Тараудағы физика терминдерінің қазақ, орыс және ағылшын
тілдеріндегі минимумы
Қазақша

Орысша

Ағылшынша

Жылулық қозғалыс

Тепловое движение

Thermal motion

Температура

Температура

Temperature

Ішкі энергия

Внутренняя энергия

Internal energy

Жылу берілу

Теплопередача

Heat transfer

Жылуөткізгіштік

Теплопроводность

Thermal conductivity

Жылу мөлшері

Количество теплоты

Quantity of heat

Отын энергиясы

Энергия топлива

Energy of fuel

§1.

ЖЫЛУЛЫҚ ҚОЗҒАЛЫС.
БРОУНДЫҚ ҚОЗҒАЛЫС. ДИФФУЗИЯ

1. Жылулық құбылыстарға байланысты көптеген сұрақтар адамзат баласын ертеден-ақ толғандырды. Мысалы, неліктен нақты бір
зат әртүрлі агрегаттық күйде (қатты, сұйық, газ күйінде) бола алады?
Бір күйдегі (мысалы, сұйық күйдегі) заттың кейде «жылы», кейде
«ыстық», кейде «салқын», кейде «суық» болуын қалай түсіндіруге болады? Жылу бір ортадан екінші ортаға қалай тарайды? Міне, осындай
сұрақтардың дұрыс жауабын табу, сөйтіп, жылулық құбылыстардың
табиғатын түсіндіру ұзақ ғасырларға созылды. Тек ХІХ ғасырда ғана зат
құрылысының молекулалық-кинетикалық теориясы қалыптасқаннан
кейін жоғарыдағы сұрақтарға дұрыс жауап алу мүмкіншілігі туды.
Молекулалық-кинетикалық теория 7-сыныпта айтқанымыздай,
мына үш қағидаға негізделеді: 1) заттар атомдар мен молекулалардан
5

тұрады; 2) атомдар мен молекулалар үздіксіз бейберекет қозғалады;
3) атомдар мен молекулалар үнемі өзара әрекеттеседі.
Молекулалық-кинетикалық теория денелердің әртүрлі жылулық
күйлерін олардың молекулаларының әртүрлі жылдамдықпен қозғалатындығы арқылы түсіндіреді. Молекулалардың жылдамдығы өскен
сайын дененің температурасы жоғарылайды да, ал олардың жылдамдығы азайған сайын температура төмендей береді. Сөйтіп, кез келген заттың бойындағы жылу мөлшері сол заттың молекулаларының
жылдамдықтарына тәуелді өзгеріп отырады. Сондықтан атомдар мен
молекулалардың ретсіз хаостық қозғалысын қысқаша жылулық қозғалыс
деп те атай береді.
Жылулық қозғалыс деп молекулалар мен атомдардың хаостық
қозғалыстарын айтады.
2. Молекулалардың хаостық қозғалыстарын дәлелдейтін көптеген
деректер мен мысалдар келтіруге болады. Солардың ішіндегі ең
көрнектісі – броундық қозғалыс және диффузия құбылыстары болып
табылады. 1827 жылы ағылшын ботанигі Роберт Броун өсімдіктердің
суға араласқан тозаңын (сурет 1.1, а) оптикалық микроскоптармен зерттей отырып, тозаң бөлшектерінің су ішінде үнемі ретсіз қозғалатынын
анықтады (сурет 1.1, ә).
Броундық қозғалыс деп сұйықтың немесе газдың ішіндегі бөгде
бөлшектердің ретсіз бейберекет қозғалысын айтады.
Алайда Броун өзі ашқан құбылыстың не себептен орын алатынын
түсіндіріп бере алмады. Молекулалық-кинетикалық теория қағидаларына
сүйеніп, броундық қозғалыстың қыр-сырын оңай түсіндіре аламыз.
Сұйықтың немесе газдың молекулалары бейберекет үздіксіз қозғалыстар
жасай отырып, бөгде бөлшектерді жан-жағынан соққылайды (сурет 1.1, а).
а)



6

ә)

Сурет 1.1: а) су молекулалары арасындағы бөгде тозаң бөлшегі;
ә) тозаңның хаостық қозғалыстары

Соққылайтын молекулалардың сандары да, бағыттары да, әрекет күштері де әртүрлі болғандықтан, сұйықтың немесе газдың ішіндегі бөгде
бөлшектер де ретсіз қозғалыстар жасайды.
Сонымен, броундық қозғалысты туғызатын себеп – молекулалардың
жылулық қозғалысы деп берік сеніммен айта аламыз. Броундық қозғалыс
та жылулық қозғалыс қатарына жатады.
3. Заттардың құрамындағы бөлшектердің (молекулалар мен атомдардың) ретсіз қозғалыс жасайтындығының, яғни молекулалық-кинетикалық теорияның ақиқаттығының тағы бір нақты айғағына диффузия
құбылысы жатады.
Диффузия деп бір заттың бөлшектерінің екінші заттың бөлшектерінің араларына өтіп, бір-бірімен өзара араласып таралуын айтады.
Диффузияның жылдамдығы заттардың агрегаттық күйлеріне тәуелді өзгеріп отырады. Расында да, диффузия қатты денелерде, сұйықтарда
және газдарда әртүрлі жылдамдықпен жүреді. Қатты денелерде диффузия тым баяу жүреді. Ал газдағы диффузия сұйықтағы диффузиядан
бірнеше есе артық жылдамдықпен өтеді. Расында да, қант пен тұздың
суда еруін едәуір уақыт тосатын болсақ, әтір немесе бензиннің иісі бөлме
ішіндегі ауаға әп-сәтте тарайды.
4. Диффузияның жылдамдығы заттардың агрегаттық күйлеріне
ғана емес, температурасына да тәуелді өзгереді. Расында да, қант немесе тұз салқын суға қарағанда ыстық суда тез ериді. Тұзды тез сіңіртіп,
қиярды немесе қызанақты ұзағырақ сақтау үшін оларды қайнаған
тұзды суға салады. Әртүрлі металдардың түйісетін жапсарын балқу
температурасына дейін қыздырғанда олар бір-бірімен ажырамастай болып бірігіп қалады. Мұның бәрі температура өскен са­йын диффузия
құбылысы қарқындылығының артқандығын көрсетеді. Өйткені заттың
бойындағы жылу мөлшері мен сол заттың молекулаларының қозғалыс
жылдамдықтары арасында тығыз байланыс бар. Температура артқан
са­йын молекулалардың да жылдамдығы еселеп арта түседі. Сондықтан
температурасы жоғары ортада әртүрлі заттардың молекулалары бір-бірінің арасына жылдам өтеді.
5. Қатты денелердің атомдары тым тығыз орналасқандықтан ондай
ортада диффузия өте баяу өтеді. Мысалы, металдар кристалл денелер
болып табылады. Кристалдық денелер поликристалды (сурет 1.2, а)
және монокристалды (сурет 1.2, ә) денелерге бөлінеді. Металдардың
бөлшектері кристалдық тордың түйіндерінде үздіксіз тербелістер жасап қозғалады. Кристалдық торлардың барлық түйіндерінде атомдар орналасқан болса, онда мұндай кристалдарда бөгде бөлшектердің
7

а)

ә)

Сурет 1.2: а) Табиғи висмут – поликристалдық дене; ә) монокристалдық дене

енуіне орын қалмайды да, диффузия байқалмайды. Ал кристалдық
торлардың кейбір түйіндері бос болса, ондай ақауы бар кристалдарға
бөгде бөлшектер ене алады да, диффузия құбылысы жүреді.
Ақауы бар қатты денелерге поликристалдық (сурет 1.2, а және
сурет 1.3) денелер мысал бола алады. Поликристалдың құрамындағы
дәнек деп аталатын жеке-жеке бағдарланған микрокристалдардың бірбіріне жанас­қан шегараларында ақаулар (бос орындар) мейлінше көп
болады. Ондай бос орындарға басқа заттардың атомдары мен молекулалары өте алады.
Ал ақаулары аз бір бағытта ғана бағдарланған таза монокристалда (сурет 1.2,
ә) диффузия құбылысы байқалмайды. Монокристалдардың мұндай қасиеттері көптеген
аса маңызды техникалық қондырғылар жасау үшін қолданылады. Сондықтан монокристалдық материалдарды жасауға да және оларды «өсіріп» шығаратын технологияСурет 1.3. Поликристалдық
ларға да үлкен мән беріледі.
құрылым
6. Диффузияның зор пайдасымен қоса, зияны да жетерлік. Пайдасына келер болсақ, диффузия тіршілік иелерінің өмірінде айрықша
рөл атқарады. Мысалы: оттек (О2) диффузия арқылы өкпеге өтіп, адам
ағзасындағы барлық мүшелерін сауықтырады. Ал зиянды өнім болып
табылатын көмірқышқыл газы (СО2), керісінше, диффузия жәрдемімен
ағзалардан сыртқа шығарылады. Тағамдардағы қоректік заттар мен
дәрумендер диффузия арқылы адамдар мен жануарлар ағзасындағы
жасушаларға жеткізіледі, ал зиянды қалдықтар мен өнімдер сыртқа
шығарылады. Өсімдіктердің өз тамырлары немесе жапырақтары арқылы
қорек алулары да диффузия құбылысына негізделген. Диффузия арқылы
8

бал аралары әр гүлдің ауаға тараған иістерінен бірнеше километрге
дейінгі аралықтан дәл тауып, шырын жинай алады.
Диффузия құбылысының практикадағы қолданыс аясы да кең. Мысалы: металдарды балқытып, бір-біріне жалғау немесе әр түсті қымбат
металдармен өрнектеп қақтау, сондай-ақ дәнекерлеп жамау сияқты
жұмыстар да диффузияға негізделген. Ерітінділер мен әртүрлі қоспалар
алу да, кез келген денелер мен заттарды бір-бірімен желімдеп жапсыру
да диффузия құбылыстарының пайдалы жағын сипаттайды. Қант зауыттарында ауылшаруашылық өнімдерінің (қызылша мен сәбіздің, тәтті тамырлар мен тростниктердің) белгілі бөліктерін кесіп алып суға салады.
Олардың бойындағы қантты ерітіп бөліп алу технологиялары да диффузия құбылыстарына сүйенеді.
Диффузия құбылысының тигізетін зияны да зор. Химия өнеркәсібінде,
радиоактивті заттарды өңдейтін қондырғыларда, жылу электр стансыларында, іштен жанатын қозғалтқыштарда, мұнай өңдейтін зауыттарда
денсаулыққа аса зиянды әртүрлі өнімдер мен қалдықтар сыртқы ортаға
шығарылады. Олар диффузия арқылы дем алатын ауаға, ішетін суға,
жейтін тағамдарға тарап, адамдар мен жан-жануарлардың ағзаларында
қатерлі өзгерістер туғызып, зор зардап шектіреді. Ал оларға темекінің
түтіні, арақ пен есірткінің дәмі қосылса, адамды жылдам аздырып, оның
өмір жасын бірнеше ондаған жылдарға қысқартады.

?

Сұрақтар

1. Молекулалық-кинетикалық теорияның негізгі қағидалары қалай тұжырымдалады?
2. Жылулық қозғалыс деп қандай қозғалыстарды айтады?
3. Броундық қозғалыс деп қандай қозғалысты айтамыз? Броундық қозғалысты неліктен жылулық қозғалыс деп атайды?
4. Диффузия деп қандай құбылысты атайды, ол нені дәлелдейді?
5. Диффузияның жылдамдығы қандай жағдайлар мен шамаларға тәуелді
өзгереді?
6. Металдардағы диффузия құбылысының ерекшеліктерін түсіндіріңдер.
Неліктен монокристалдарда диффузия құбылысы байқалмайды?
7. Диффузияның пайдалы және зиянды жақтары қандай?
Эксперименттік зерттеу

Микроскоп арқылы сұйық ішіндегі графит үгіндісі бөлшегінің броундық
қозғалысын мына жағдайлар үшін зерттеңдер:
1. Броундық бөлшектің әр 30 секунд сайын жаңа орнын анықтап, оның
қозғалыс траекториясының суретін салыңдар.

9

2. Сұйықтың температурасы өзгергенде броундық бөлшектің қозғалыс
жылдамдығының қалай өзгеретінін байқаңдар.
3. Тұтқырлығы әртүрлі сұйықтардағы броундық бөлшектің қозғалыс
жылдамдығының қалай өзгеретінін байқаңдар.
4. Зерттеу барысын әр тапсырма бойынша сипаттап жазыңдар.
5. Қорытындыда мына сұрақтарға жауап жазыңдар: зерттеу нәтижелері
нені көрсетті? Байқаған құбылыстарыңды қалай түсіндіруге болады?

§2.

ТЕМПЕРАТУРА. ТЕМПЕРАТУРАНЫ ӨЛШЕУ
ТӘСІЛДЕРІ. ТЕМПЕРАТУРАЛЫҚ ШКАЛАЛАР

1. Бізге бала кезімізден «жылы», «суық», «ыстық», «температура»,
«термометр» деген сөздер таныс. Ауырып қалған баланың анасы оның
маңдайына алақанын төсеп, бетінен сүйіп, «ыстығың көтерілген екен»
деп айтады. Немесе термометрмен баласының қызуын өлшеп, «температураң біраз жоғарылапты» дейді. Екі жағдайда да ыстықтау дене мен
салқынырақ денелердің арасында жылу алмасу орын тебеді. Бірінші
жағдайда ыстығы жоғары баланың маңдайынан біраз жылу ананың
салқынырақ алақанына өтеді, оны баланың да, ананың да сезім мүшелері
айғақтайды. Екінші жағдайда сезімтал ана алақанының рөлін термометр
атқарады. Бұл жағдайда да қызуы жоғары баланың жылуы салқынырақ
термометрге беріліп, оның ішіндегі сұйықтың көлемі ұлғаяды; сөйтіп,
термометр шкаласының көрсеткіші жоғарылайды. Міне, осындай денелер туралы олар жылу берілу нәтижесінде жылумен немесе энергиямен
алмасады деп айтады.
Жылуды алатын дененің температурасына қарағанда, жылуды беретін
дененің температурасы жоғарырақ болады. Жылу алмасу барысында екі
дененің де көлемі (V), қысымы (p), температурасы (Т) өзгереді.
2. Сонымен, жылулық құбылыстарды сипаттайтын негізгі физикалық
шамалардың бірі – температура болып табылады.
Температура деп заттың жылулық күйін сипаттайтын физикалық шаманы айтады.
Температура молекулалардың жылулық қозғалысының орташа
кинетикалық энергиясына және газ қысымына тура пропорционал болатынын тәжірибелер айғақтайды. Ендеше, температура молекулалардың
орташа кинетикалық энергиясының да, газ қысымының да сандық
өлшемі болып табылады. Температураның физикалық мағынасы, міне,
осыларға саяды.
10

3. Термометрлер деп температураларды өлшеуге арналған аспаптарды айтады. Практикада кең қолданылатын термометрлердің көпшілігі температура өзгерістеріне сезімтал заттардың қасиеттерін пайдалануға негізделген. Мысалы, газдар мен сұйықтар және қатты денелер
жылудың әсерінен көлемдерін ұлғайтады. Оған мектеп зертханаларындағы қарапайым құрал – болат шар мен болат сақина арқылы оңай
көз жеткізе аламыз (сурет 1.4, а). Бөлме температурасында болат шар
сақинадан оңай өтеді. Ал сол шарды қыздырсақ, сақинадан өтпей тұрып
қалады.
а)

ә)

б)

Сурет 1.4: а) болат шар мен сақина; ә) биметалл; б) металл термометр

Әртүрлі металдардың ұлғаюлары да әртүрлі болады. Мысалы, бірбіріне темір шегемен тойтарылып бекітілген көлемдері мен пішіндері
бірдей болат пен мыстан жасалған биметалды алайық (сурет 1.4, ә).
Олардың бөлме температурасындағы (Т0) көлемдері бірдей бола тұрса да,
температура өскенде (Т1 > Т0) болатқа қарағанда мыс молырақ ұлғайып,
көбірек иіледі, ал температура кемісе (Т1 < Т0) – керісінше көлемін жылдам азайтады. Қос металдың осындай қасиеттеріне негіздеп металл термометрлер жасалады (сурет 1.4, б).
Тұрмыста қолданыс тапқан термометрлерде көбіне температураға
сезімтал сұйықтар (су, спирт немесе сынап) пайдаланылады. Мұндай термометрлерде (сурет 1.5, а – жоғарғысы сынапты термометр) сұйық көлемі
кішігірім баллонға толтырыла құйылады. Баллондағы сұйық қабырғасы
мөлдір ұзын түтікшемен жалғасады. Баллон мен түтікше бөліктерге
бөлінген шкалаға бекітіледі.
4. Соңғы жылдары заманауи цифрлық технологияға негізделген термометрлер де көптеп шығарыла бастады (сурет 1.5 – сынапты термометрден басқалары). Ондай цифрлы термометрлер екі түрге бөлінеді. Олардың
температураны денеге жанастырып өлшейтін түрлері де бар, денеге
11

а)

ә)

Сурет 1.5. Әртүрлі термометрлер

жанас­тырмай өлшейтін түрлері де бар. Соңғы түрлеріне инфратермометрлер жатады (сурет 1.5, ә).
5. Термометрді градуирлеу үшін, яғни бөліктерге сәйкес келетін
өлшеу нәтижелерін көрсететін сандарды анықтау үшін баллондағы
сұйықтың көлемі температураға пропорционал өзгереді деп есептеледі.
Мұндай жағдайда температураның кез келген шкаласын салуға болады.
Солардың бірі – тұрмыста кең қолданылатын швед астрономы А. Цельсийдің құрметіне аталған Цельсий шкаласы. Бұл шкалада екі негізгі
(бас­ты) нүкте таңдап алынған: мұздың еру нүктесіне сәйкес келетін шкала бөлігін (0оС) деп, ал қалыпты атмосфералық қысымдағы судың қайнау
нүктесіне сәйкес келетін бөлікті (100оС) деп белгілеген. Бұл екі бөліктің
арасын бірдей 100 бөлікке бөледі. Цельсий шкаласында таза судың қайнау
нүктесі мен қату нүктесі айырымының жүзден бір үлесі бір градусқа тең
деп алынады. Шкаладағы нөл (0оС) нүктеден жоғары жатқан бөліктер оң
(+оС), яғни жылы температураға, төмен жатқан бөліктер теріс (–оС), яғни
суық температураға сәйкес келеді деп есептелген.
6. Температураны өлшеудегі ала-құлалықтар мен қиындықтарды
ескеріп, ғылыми еңбектері үшін лорд мәртебесін иеленген ағылшындық
У. Кельвин 1848 жы­лы температураның жаңа шкаласын ұсынды. Терең
ғылыми пайымдауларға негізделген бұл шкаланы абсолют температуралық шкала немесе термодинамикалық шкала, ал кейде Кельвин
шкаласы деп атай береді. Әдетте оны (К) таңбасымен белгілейді.
Кельвин шкаласының негізіне температура төмендеген сайын газдың
көлемі де азайып, бірте-бірте сұйық, одан кейін қатты күйлерден өтіп,
ақыр соңында көлем «нөлге» ұмтылады деген ғылыми гипотеза алын­ған.
12

Мұндай жағдайда температура да төмендей отырып «нөлге» жетеді деп
пайымдалады. Температураның осы «нөлдік» мәнін «абсолют нөл» деп
атайды. Осындай пайымдауларға негізделіп жасалған температураның
шкаласын «абсолют шкала» деп атайды.
7. «Абсолют нөл» градуста (0К) Ғаламдағы барлық денелер мен
заттар ең аз шекті көлемге (нөлге) жетуге тырысады. (Мұндай болжамдық пайымдау 7-сынып физикасында айтылғандай, Ғалам бұдан
15 миллиардтай жыл бұрын көлемі шексіз аз нүктедей ғана нәрсенің
«Үлкен жарылысынан» пайда болды деген ғылыми болжамды растайды). Алайда Ғаламдағы денелер нөлден де кіші теріс (–) көлем
қабылдай алмайды, яғни диаметрі нөлден кіші дене жасай алмаймыз. Ендеше, абсолют шкала бойынша температура да нөлден кіші
бола алмайды. Сөйтіп, Кельвин шкаласы бойынша Ғаламдағы ең
төмен температура «абсолют нөл» (0К) болып табылады (сурет 1.6, ә).
Оған Цельсий шкаласының (сурет 1.6, а) минус 273,15оС нүктесі
сәйкес келеді (0К ≈ 273 оС). Ал Кельвин шкаласының плюс 273,15оК
нүктесіне Цельсий шкаласының нөл нүктесі сәйкес келеді (273,15К ≈
≈ 0оС).
а)

– 273

ә)

V

0

100

t, 0С

V

0

273 373

Т, К

Сурет 1.6. Заттың көлемі мен температурасы арасындағы сызықтық
байланыс: а) Цельсий шкаласы бойынша; ә) Кельвин шкаласы бойынша

8. Халықаралық бірліктер жүйесінде (ХБЖ) температураның өлшем
бірлігіне Кельвин алынған; қысқаша К әрпімен белгіленеді. Кельвин
және Цельсий шкалалары бөліктерінің құны бірдей (1К = 1оС).
Цельсий шкаласындағы t температура мен Кельвин шкаласындағы
Т температура арасындағы байланыс мына формуламен анықталады:
Т = (t + 273)К немесе t = (Т – 273)оС.
13

?

Сұрақтар

1. Қандай жағдайларға байланысты жылу алмасу құбылысы орын алады? Жылу алмасу процесінде денелердің күйін сипаттайтын қандай
физикалық шамалар өзгереді?
2. Температура ұғымының физикалық мағынасын қандай жолмен ашуға
болады? Температура ұғымы қалайша тұжырымдалады?
3. Қандай жағдайда денелер жылулық тепе-теңдікте тұр дейміз?
Молекулалық-кинетикалық көзқарас тұрғысынан жылулық тепе-теңдік
нені білдіреді?
4. Температураны өлшеу әдісі не нәрсеге негізделеді?
5. Термометр деп қандай аспапты атайды? Оның жұмысы заттардың
қандай қасиеттеріне негізделген? Заттардың температураға байланысты
көлемдерін өзгертуге қандай мысалдар келтіре аласыңдар?
6. Цельсий шкаласында қандай нүктелер негізгі нүктелер деп аталады,
олар қалай таңдалған?
7. Температураның физикалық мағынасы нені білдіреді және қалай
тұжырымдалады?
8. Абсолют температуралық шкала деп қандай шкаланы айтады? Абсолют
шкаланы кім енгізді, енгізуге не себеп болды, қалай негіздеді, өлшем
бірлігі қалай аталады?
9. Кельвин және Цельсий шкалаларының арасындағы байланыс қандай
формуламен өрнектеледі? Байланыс графигін салып түсіндіріңдер.
Жаттығу 1.1

1. Сау адамның абсолют температурасы қандай болады?
2. Мұздың еру температурасын абсолют шкалада анықтаңдар.
3. Дененің температурасы 15оС-ден 75оС-ге өссе, оның құрамындағы
бөлшектердің орташа кинетикалық энергиясы қаншаға артады? Неге?
4. Жабық ыдыстағы газдың температурасы 100оС-ден –100оС-ге дейін
төмендеді. Газдың қысымы қалай және неше есеге өзгерді?
5. Қатты сутектің балқу температурасы –259оС, ал қайнау температурасы
–253оС. Үш орынды санға дейінгі дәлдікпен осы температуралардың абсолют мәндерін табыңдар.
Практикалық тапсырма

1. Медициналық және зертханалық термометрлерді сақтықпен салыстырыңдар. Олардың жұмыс істеу принципін түсіндіріңдер; шкалаларының төменгі және жоғарғы шектерін анықтаңдар; бөліктерінің
құнын табыңдар.
2. Медициналық термометрмен денелеріңнің температурасын өлшеңдер.
Әуелі термометрді саусақтарыңның арасына 2–3 минут қысып, содан
кейін осынша уақыт қолтықтарыңның астына қысып ұстаңдар.

14

§3.

ІШКІ ЭНЕРГИЯ. ІШКІ ЭНЕРГИЯНЫ
ӨЗГЕРТУ ТӘСІЛДЕРІ

1. 7-сынып физикасын оқығанда дененің «механикалық энергиясы»
ұғымымен танысқан едік. Механикалық энергия (Е) тұтас дененің
кинетикалық (Ек) және потенциалдық (Еп) энергияларының қосындысынан тұратынын білеміз:
Е = Ек + Еп.
Механикалық энергия және оның түрлері: кинетикалық энергия да,
потенциалдық энергия да салыстырмалы шамалар болып табылады.
Расында да, 7-сынып физикасында көрсеткеніміздей, санақ жүйесін
таңдауымызға қарай дененің механикалық энергиясы аз да, көп те, тіпті
нөлге де теңелуі мүмкін.
Алайда дененің механикалық энергиясының нөлге теңелуі табиғаттың іргелі әмбебап заңы – энергияның сақталу және бір түрден екінші
түрге айналу заңын теріске шығара алмайды. Ендеше, механикалық
энергия біз білмейтін энергияның басқа бір түріне айналады деген
қорытынды жасай аламыз. Физикада энергияның бұл түрін ішкі энергия
деп атайды. Енді ішкі энергияның табиғаты мен физикалық мағынасын
ашуға тоқталайық.
2. Егер болат шарикті үлкен биіктіктен шомбал болаттың бетіне
құлатсақ, соғылғаннан кейін оның температурасының біршама көтерілгенін сезінеміз. Осындай мысалдарды көптеп келтіруге болады. Егер
болат шардың орнына болат балға алып, темір шегені төске салып
ұзағырақ соққыласақ, екеуінің де әсіресе шегенің едәуір қызатынын
білеміз.
Жоғарыдағы мысалдар денелердің қозғалыстары мен әрекеттесулері
салдарынан
олардың
температураларының
жоғарылайтындығын
айғақтайды. Ал температураның жоғарылауы, алдыңғы тақырыпта
айтқанымыздай, бөлшектердің (молекулалар мен атомдардың) орташа кинетикалық энергиясының өскендігін білдіреді. Ендеше, денелердің
механикалық энергиясы мүлдем жоғалып кетпейді, сол денелердің
бойындағы бөлшектердің кинетикалық және потенциалдық энергияларын молайтуға жұмсалады. Денелердегі атомдар мен молекулалардың
кинетикалық және потенциалдық энергияларын ішкі энергия дейді де, U
әрпімен белгілейді. Сонымен, ішкі энергияға оның физикалық мағынасын
ашатын мынадай анықтама бере аламыз:
15

Ішкі энергия деп заттарды құрайтын барлық бөлшектердің кинетикалық энергиялары мен олардың өзара әрекеттесулерінің потенциалдық энергияларының қосындысын атайды: U = Eк + En.
Заттардың ішкі энергиялары, оларды кез келген санақ денесімен салыстыра қарасақ та, ешқашан нөлге теңеліп «жоғалып» кетпейді. Бұл
ішкі энергияның басты ерекшелігі болып табылады. Таңдап алынған
кейбір санақ жүйесінде дене тыныштықта тұрса, оның механикалық
энергиясы нөлге теңелуі мүмкін, алайда сол дененің ішкі энергиясы
ешқашан да нөлге теңелмейді. Өйткені жылулық қозғалыс ешқашан
жойылмайды.
3. Зерттеулер дененің ішкі энергиясының температураға тәуелді
өзгеретінін көрсетеді. Температура – дене молекулаларының орташа
кинетикалық энергиясын сипаттайтын физикалық шама екенін білдік.
Ендеше, температураның өзгеруі, біріншіден, дене құрамындағы бөлшектердің кинетикалық энергиясын өзгертеді. Кинетикалық энергияның өзгеруі, өз кезегінде, дененің ішкі энергиясын өзгертуге әкеледі.
Екіншіден, температура өзгергенде бөлшектердің арақашықтығы өзгереді. Олай болса, олардың потенциалдық энергиялары да өзгереді.
Бөлшектердің потенциалдық энергияларының өзгерістері де заттардың
ішкі энергияларының өзгеруіне әкеледі. Сөйтіп, кез келген дененің немесе заттың ішкі энергиясы оның температурасына тәуелді өзгереді
деген қорытынды жасаймыз.
4. Дененің ішкі энергиясын өзгертудің екі түрлі тәсілі бар. Олардың
бірі – жұмыс істеу, ал екіншісі – жылу алмасу тәсілі деп аталады.
Соңғы тәсілді кейде жылу берілу деп те атайды.
Дененің ішкі энергиясын жұмыс істеу тәсілі арқылы өзгертуге болатынын төмендегі тарихи тәжірибе айғақтайды. XVIII ғасырдың соңында
ағылшынның инженер-физигі Бен­джа­мин Рум­форд зеңбірек ұңғысын
бұрғылау барысында металдардың температурасының қандай шамаға
өсетінін білу үшін арнайы тәжірибе жасады. Ол заманда металдарды
жонатын, тесіп кесетін қуатты станоктар жоқ еді. Сондықтан шомбал
металдан ауыр зеңбіректердің ұңғыларын бұрғылап, стволдарын жасау
үшін аттардың күшін қолданатын (сурет 1.7).
Рум­форд зеңбірек ұңғысын тесетін бұрғының үстіне ауыр жүк орналастырып, аттарға 30 минут жұмыс істеткен соң ұңғыдағы температураның күрт көтерілгенін тіркейді. Ол металл цилиндр мен бұрғыны үлкен ыдыстағы суға батырып, тәжірибесін қайыра жалғастырады.
Аттардың күшімен 2,5 сағат бұрғылау жұмысының барысында бірнеше
тонна болатын су қайнай бастаған. Бұл тәжірибе денелерге сыртқы
16

Сурет 1.7. Рум­форд тәжірибесі

күштер жұмыс істегенде олардың ішкі энергиясының өсетінін көрсетеді.
5. Дененің өзі жұмыс істегенде ішкі энергиясы азаяды. Оны мынадай
тәжірибе жасап көз жеткізуге болады. Шыны ыдыстың ішіне көлеміне
қарай судың бірнеше тамшысын тамызып, аузын резеңке тығынмен
тығыздап жабамыз. Сорғы жәрдемімен ыдыстың ішіне ауаны молырақ
жіберсек, белгілі бір уақытта тығын сыртқа қарай атқып шығады
да, ыдыстың іші тұманданып кетеді. Бұл құбылысты энергетикалық
тұрғыдан былайша түсіндіруге болады. Ыдыстың ішіне ауа айдағанда
қысым артады да, ауаның ішкі энергиясы өседі. Ауаның F қысым күшінің
әрекетінен тығын ыдыс аузынан ? жылдамдықпен атқып шығады. Ендеше, ыдыс ішіндегі ауаның қысым күшінің істеген А жұмысы есебінен
сыртқа атқып шыққан тығынның кинетикалық энергиясы ∆Ек шамасына
өседі: А = ∆Ек = m ? 2/2. Оның есесіне ыдыстағы ауаның ішкі энергиясы
соншама шамаға азаяды да, температурасы төмендеп салқындайды. Осылайша, «Сұр бұлт түсі суық қаптайды аспан, күз болып дымқыл тұман
жерді басқан...» деп Абай айтқандай, салқындаған ыдыс ішінде де тұман
пайда болады. Бұл тәжірибе заттың өзі жасаған жұмысы есебінен оның
ішкі энергиясы кеміп, салқындайтынын дәлелдейді.
6. Жылу алмасу тәсілімен ішкі энергияның өзгеретінін күнделікті
өмірлік тәжірибе растайды.
Жылу алмасу деп температурасы жоғары денеден температурасы төмен денеге энергияның ауысуын айтады.
Жылу алмасу тәсілімен ішкі энергияны өзгертудің үш түрі бар.
Оларды жылуөткізгіштік, конвекция және сәуле шығару деп атайды.
2 – 3477

17

?

Сұрақтар

1. Механикалық энергияның қандай түрлерін білесіңдер, неліктен оларды
салыстырмалы ұғымдар деп айтады?
2. Ішкі энергия деп қандай шаманы айтады?
3. Ішкі энергия қандай физикалық шамаға тәуелді өзгереді?
4. Ішкі энергияны қандай тәсілдермен өзгертуге болады?
5. Жұмыс істеу арқылы ішкі энергияны өзгертуге болатынын қандай
тәжірибелер растайды?
6. Жылу алмасу деп қандай процесті айтады және оның қандай түрлері
бар?
Жаттығу 1.2

1. Дененің температурасы 0оС болса, оның ішкі энергиясы бар ма? Ал
дененің температурасы 0 К болса ше? Неге?
2. Үйкеліс күші есебінен энергияның қандай түрленулері орын алады?
Мысалдар келтіріңдер.
3. Ерте-ерте, ертеде адамдар бір денені екінші денеге үйкелеу арқылы от
жағуды үйренді. Мұнда қандай процестер орын алады, не себепті от
тұтанады?
4. Токарь станогында металдарды өңдегенде (жонғанда немесе тескенде)
бұрғыға немесе кескішке үнемі май араласқан сұйықтық шүмектеп
құйылып тұрады. Неге?
5. Дененің ішкі энергиясының механикалық энергияға түрленетіндігіне
мысалдар келтіріңдер.
6. Шыныдан немесе темірден жасалған берік құтыға толтыра су құйып, аузын жауып аязға қойсақ, жарылып кетеді. Бұл нені білдіреді? Құтыны
жаруға жұмсалған жұмыс қандай энергияның есебінен атқарылды?
7. Конькимен мұз бетінде сырғанақ тебу мұздай жылтыр шыны бетіндегі
сырғанақ тебуден әлдеқайда жеңіл. Себебін түсіндіріңдер.

§4.

ЖЫЛУӨТКІЗГІШТІК. КОНВЕКЦИЯ. СӘУЛЕ ШЫҒАРУ

1. Жылу алмасудың бірінші түріне жылуөткізгіштік құбылысы жатады. Жылуөткізгіштік деп дене бөлшектерінің жылулық қозғалыстары мен өзара әрекеттесулері барысында энергияның дененің қызған бөлігінен салқын бөлігіне қарай берілуін айтады.
Жылудың бір ортадан екінші ортаға жылуөткізгіштік жолымен
берілетіндігіне көптеген тәжірибелер арқылы көз жеткізе аламыз.
Қазанда қайнап жатқан сүтті темір ожаумен ұзағырақ араластыратын
18

Мыс

Шыны

Сурет 1.8. Заттардың жылуөткізгіштігі әртүрлі

болсақ, ожау сабының бірте-бірте қатты қызғанын сезінеміз. Ал ағаш
ожаумен мейлінше ұзақ араластыруға болады.
Денелердің жылуөткізгіштігінің әртүрлі болатындығын дәлелдейтін
тағы бір тәжірибе жасайық. Жылуөткізгіштіктері зерттелетін ұзындықтары да, диаметрлері де бірдей мыс, шыны таяқшаларын штативке
бекітейік (сурет 1.8). Таяқшалардың бойына бірдей кішірек шегелерді
бірдей аралықта балауызбен жапсырайық. Таяқшалардың бекітілмеген
ұштарын түйістіріп, спиртовкамен қыздыратын болсақ, мыс таяқшалардағы шегелердің шыныға жапсырылған шегелерге қарағанда жылдам түсе бастағанын байқаймыз. Осылайша, мыстың шыныға қарағанда
жылуды жақсы өткізетініне куә боламыз.
Тәжірибелерден мынадай қорытынды туындайды: біріншіден, энергия (жылу) қызған денеден салқын денеге қарай беріледі; екіншіден,
әртүрлі денелердің жылуөткізгіштігі де әртүрлі болады.
2. Жылуөткізгіштік заттың агрегаттық күйіне байланысты өзгеріп отырады. Шынында да, қатты денеге қарағанда сұйықтардың, ал
сұйықтарға қарағанда газдардың молекулалары тым алшақ орналасады. Сондықтан бір-бірімен жиі әрекеттесе алмайды да жылуды көрші
бөлшектерге кешігіп жеткізеді. Осылайша, заттың атомдары мен молекулалары алшағырақ орналасқан сайын жылуөткізгіштік нашарлай
береді. Сөйтіп, жылуөткізгіштіктің табиғаты атомдық-молекулалық сипат алады, яғни жылуөткізгіштіктің әртүрлі болуы зат бөлшектерінің арақашықтықтары мен өзара әрекеттесу ерекшеліктеріне байланысты түсіндіріледі.
3. Жылу алмасудың екінші түріне конвекция жатады.
Конвекция деп сұйықтар мен газ қабаттарының ағыны арқылы
жылу энергиясының берілуін айтады.
19

Энергияның ыстық ортадан салқын ортаға сұйықтар мен газ қабаттарының ағыны арқылы берілетінін тәжірибе жасап көз жеткізе аламыз.
Колбадағы суды төменгі жағынан спиртовкамен қыздырсақ, оның ішінде
әуелі көпіршіктер, одан кейін иірімді ағыстар пайда бола бастайды да,
артынан судың барлық бөлігі бірдей қайнайды (сурет 1.9, а).
Конвекция құбылысының пайда болуын Архимед заңы негізінде және
денелердің жылулық ұлғаюлары арқылы түсіндіре аламыз. Температура жоғарылағанда сұйықтың көлемі ұлғаяды да, қысымы төмендейді.
Тығыздығы азайған сұйықтың қызған бөлігі Архимед күшінің әрекетінен
жоғары көтеріледі де, тығыздығы жоғары сұйықтың салқын бөлігі төмен
түседі.
Газдардағы конвекция (сурет 1.9, ә–б) сұйықтардағы конвекция
құбылысына ұқсас. Сондықтан газдардағы конвекция құбылысы да Архимед заңы мен газ көлемінің жылулық ұлғаюы негізінде түсіндіріледі.
Газдардағы конвекция табиғи түрде орындалуы үшін жылу көздерін
үйдің еденіне жақын, ал желдеткіш қақпағын терезенің жоғарғы жағына
орналас­тырады. Желдеткіш қақпағын ашқанда тығыздығы үлкен суық
ауа төмен, үйдің еденіне қарай қозғалады да, бөлменің жоғарғы жағындағы тығыздығы кем жылы ауа сыртқа шығып, биіктей береді.
а)

ә)

б)

Сурет 1.9. Сұйықтағы және газдағы конвекция құбылысы

4. Атмосферада пайда болатын жел мен құйындар, алапат дауылдар мен тайфундар табиғи конвекцияның айқын көрінісі болып табылады. Атмосфералық конвекция құбылысында ыстық