ترتبط أحداث العالم المادي ارتباطًا وثيقًاالتغيرات في درجة الحرارة. يتعرف عليها كل شخص في مرحلة الطفولة المبكرة ، عندما يدرك أن الجليد بارد ، والماء المغلي يحترق. في الوقت نفسه ، يأتي الفهم بأن عمليات تغير درجة الحرارة لا تحدث على الفور. في وقت لاحق ، في المدرسة ، يتعلم الطالب ما يرتبط بحركة الحرارة. والعمليات المرتبطة بدرجة الحرارة لها قسم كامل من الفيزياء.
ما هي درجة الحرارة؟
تم تقديم هذا المفهوم العلمي ليحل محل العاديشروط. تظهر كلمات مثل ساخن أو بارد أو دافئ باستمرار في الحياة اليومية. يتحدثون جميعًا عن درجة حرارة الجسم. هذه هي الطريقة التي يتم تعريفها بها في الفيزياء ، فقط مع إضافة أنها كمية قياسية. بعد كل شيء ، درجة الحرارة ليس لها اتجاه ، ولكن فقط قيمة عددية.
في النظام الدولي للوحدات (SI) ، درجة الحرارةتقاس بالدرجات المئوية (ºС). لكن في العديد من الصيغ التي تصف الظواهر الحرارية ، يلزم ترجمتها إلى كلفن (ك). لهذا ، توجد معادلة بسيطة: T = t + 273 ، T هي درجة الحرارة بالكلفن ، و t بالدرجة المئوية. يرتبط مقياس كلفن بمفهوم درجات الحرارة الصفرية المطلقة.
هناك العديد من مقاييس درجة الحرارة. في أوروبا وأمريكا ، على سبيل المثال ، يتم استخدام فهرنهايت (F). لذلك ، يجب أن تكون قادرًا على كتابتها بالدرجة المئوية. للقيام بذلك ، من الضروري طرح 32 من القراءات في F ، ثم تقسيمها على 1.8.
تجربة المنزل
في شرحه ، مطلوب معرفة مفاهيم مثل درجة الحرارة والحركة الحرارية. ومن السهل إجراء هذه التجربة.
بالنسبة له ، عليك أن تأخذ ثلاث حاويات. يجب أن تكون كبيرة بما يكفي لتناسب يديك بسهولة. املأها بالماء بدرجات حرارة مختلفة. في البداية ، يجب أن يكون الجو باردًا جدًا. في الثانية - استعد. صب الماء الساخن في الماء الثالث ، حيث سيكون من الممكن الإمساك بيدك.
الآن التجربة نفسها. اغمس يدك اليسرى في وعاء به ماء بارد ، ويدك اليمنى بأخرى ساخنة. انتظر بضع دقائق. أخرجها واغمرها على الفور في وعاء من الماء الدافئ.
ستكون النتيجة غير متوقعة. ستشعر اليد اليسرى أن الماء دافئ ، بينما تشعر اليد اليمنى بإحساس الماء البارد. هذا يرجع إلى حقيقة أن التوازن الحراري يتم إنشاؤه مبدئيًا مع تلك السوائل التي يتم فيها غمر اليدين في البداية. ثم يختل هذا التوازن بشكل كبير.
المبادئ الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية
يصف جميع الظواهر الحرارية. وهذه العبارات بسيطة للغاية. لذلك ، عند الحديث عن الحركة الحرارية ، يجب معرفة هذه الأحكام.
أول: تتكون المواد من أصغر الجسيمات الموجودة على مسافة ما من بعضها البعض. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون هذه الجسيمات جزيئات وذرات. والمسافة بينهما أكبر بعدة مرات من حجم الجسيم.
ثانيًا: في كل المواد حركة حرارية للجزيئات لا تتوقف أبدًا. في هذه الحالة ، تتحرك الجسيمات بشكل عشوائي (فوضوية).
ثالثًا: تتفاعل الجسيمات مع بعضها البعض. هذا العمل بسبب قوى الجذب والتنافر. تعتمد قيمتها على المسافة بين الجسيمات.
تأكيد الحكم الأول من ICB
دليل على أن الأجسام مصنوعة من جزيئاتالتي توجد بينها فجوات ، يخدم تمددها الحراري. لذلك ، عندما يتم تسخين الجسم ، يزداد حجمه. يحدث هذا بسبب إزالة الجزيئات من بعضها البعض.
تأكيد آخر لما ورد أعلاه هوتعريف. أي تغلغل جزيئات مادة ما بين جسيمات مادة أخرى. علاوة على ذلك ، تبين أن هذه الحركة متبادلة. يستمر الانتشار بشكل أسرع كلما تباعدت الجزيئات. لذلك ، في الغازات ، سيحدث الاختراق المتبادل أسرع بكثير من السوائل. وفي المواد الصلبة ، يستغرق الانتشار سنوات.
بالمناسبة ، تشرح العملية الأخيرة أيضًا الحركة الحرارية. بعد كل شيء ، يحدث الاختراق المتبادل للمواد في بعضها البعض دون أي تدخل من الخارج. ولكن يمكن تسريعها عن طريق تسخين الجسم.
تأكيد الحكم الثاني من ICB
دليل واضح على وجودالحركة الحرارية هي الحركة البراونية للجسيمات. يتم أخذها في الاعتبار للجسيمات المعلقة ، أي لتلك التي تكون أكبر بكثير من جزيئات المادة. يمكن أن تكون هذه الجسيمات بقع من الغبار أو الحبوب. ومن المفترض أن يتم وضعها في الماء أو الغاز.
سبب الحركة المضطربة للمرجحالجسيمات في حقيقة أن الجزيئات تعمل عليها من جميع الجوانب. عملهم غير منتظم. يختلف حجم التأثيرات في كل لحظة من الزمن. لذلك ، يتم توجيه القوة الناتجة بطريقة أو بأخرى.
إذا تحدثنا عن معدل الحركة الحرارية للجزيئات ، فهناك اسم خاص لها - جذر متوسط التربيع. يمكن حسابها باستخدام الصيغة:
ت = √ [(3kT) / م0].
في ذلك ، T هي درجة الحرارة في كلفن ، م0 هي كتلة جزيء واحد ، k هو ثابت بولتزمان (k = 1.38 * 10-23 ي / ك).
تأكيد الحكم الثالث من ICB
تجذب الجسيمات وتتنافر. في شرح العديد من العمليات المرتبطة بالحركة الحرارية ، تبين أن هذه المعرفة مهمة.
بعد كل شيء ، تعتمد قوى التفاعل على المجموعحالة المادة. لذلك ، لا تحتوي الغازات عليها عمليًا ، حيث تتم إزالة الجزيئات كثيرًا بحيث لا يظهر تأثيرها. في السوائل والمواد الصلبة ، تكون محسوسة وتضمن الحفاظ على حجم المادة. في الأخير ، فإنها تضمن أيضًا الحفاظ على الشكل.
إثبات وجود قوى الجذب والتنافر هو ظهور قوى مرنة أثناء تشوه الأجسام. لذلك ، مع الاستطالة ، تزداد قوى الجذب بين الجزيئات ، ومع الانضغاط ، تتنافر. لكن في كلتا الحالتين ، يعيدون الجسم إلى شكله الأصلي.
متوسط طاقة الحركة الحرارية
يمكن كتابته من المعادلة الأساسية لـ MKT:
(pV) / N = (2E) / 3.
في هذه الصيغة ، p هو الضغط ، V هو الحجم ، N هو عدد الجزيئات ، و E هو متوسط الطاقة الحركية.
من ناحية أخرى ، يمكن كتابة هذه المعادلة على النحو التالي:
(pV) / N = kT.
إذا قمت بدمجها ، فستحصل على المساواة التالية:
(2E) / 3 = كيلو طن.
يتبع منه الصيغة التالية لمتوسط الطاقة الحركية للجزيئات:
E = (3 كيلو طن) / 2.
من هذا يمكن أن نرى أن الطاقة تتناسب معدرجة حرارة المادة. أي عندما يرتفع الأخير ، تتحرك الجسيمات بشكل أسرع. هذا هو جوهر الحركة الحرارية ، والتي توجد طالما أن هناك درجة حرارة غير الصفر المطلق.
