Che cos'è: movimento di calore? A quali concetti è associato?

Gli eventi del mondo fisico sono inestricabilmente legaticambiamenti di temperatura. Ogni persona la conosce nella prima infanzia, quando si rende conto che il ghiaccio è freddo e l'acqua bollente brucia. Allo stesso tempo, si capisce che i processi di cambiamento di temperatura non avvengono istantaneamente. Più tardi, a scuola, lo studente impara cosa questo è associato al movimento di calore. E i processi associati alla temperatura hanno un'intera sezione della fisica.

Cos'è la temperatura?

Questo concetto scientifico è stato introdotto per sostituire l'ordinariotermini. Parole come caldo, freddo o caldo appaiono costantemente nella vita di tutti i giorni. Parlano tutti del grado di calore corporeo. È così che viene definita in fisica, solo con l'aggiunta che è una quantità scalare. Dopo tutto, la temperatura non ha direzione, ma solo un valore numerico.

Nel sistema internazionale di unità (SI), temperaturamisurato in gradi Celsius (ºС). Ma in molte formule che descrivono i fenomeni termici, è necessario tradurlo in Kelvin (K). Per questo c'è una semplice formula: T = t + 273. In essa, T è la temperatura in Kelvin e t è in Celsius. La scala Kelvin è associata al concetto di zero temperature assolute.

Ci sono molte altre scale di temperatura.In Europa e in America, ad esempio, viene utilizzato Fahrenheit (F). Pertanto, devi essere in grado di scriverli in Celsius. Per fare ciò, è necessario sottrarre 32 dalle letture in F, quindi dividerlo per 1,8.

Esperimento domestico

Nella sua spiegazione, è necessario conoscere concetti come temperatura, movimento termico. Ed è facile eseguire questo esperimento.

Per lui devi prendere tre contenitori.Dovrebbero essere abbastanza grandi da adattarsi facilmente alle tue mani. Riempili con acqua di diverse temperature. Nel primo dovrebbe essere molto freddo. Nel secondo - riscaldato. Versare l'acqua calda nella terza, nella quale sarà possibile tenere una mano.

Ora l'esperienza stessa. Immergi la mano sinistra in un contenitore di acqua fredda e la mano destra con quella più calda. Aspetta un paio di minuti. Tirateli fuori e immergeteli subito in un contenitore di acqua tiepida.

Il risultato sarà inaspettato.La mano sinistra sentirà che l'acqua è calda, la destra avvertirà la sensazione dell'acqua fredda. Ciò è dovuto al fatto che l'equilibrio termico viene inizialmente stabilito con quei liquidi in cui le mani sono inizialmente immerse. E poi questo equilibrio è drammaticamente disturbato.

Principi di base della teoria cinetica molecolare

Descrive tutti i fenomeni termici. E queste affermazioni sono abbastanza semplici. Pertanto, in una conversazione sul movimento termico, è necessario conoscere queste disposizioni.

Primo:le sostanze sono formate dalle particelle più piccole situate a una certa distanza l'una dall'altra. Inoltre, queste particelle possono essere sia molecole che atomi. E la distanza tra loro è molte volte maggiore della dimensione delle particelle.

Secondo: in tutte le sostanze c'è un movimento termico delle molecole, che non si ferma mai. In questo caso, le particelle si muovono casualmente (caoticamente).

Terzo: le particelle interagiscono tra loro. Questa azione è dovuta alle forze di attrazione e repulsione. Il loro valore dipende dalla distanza tra le particelle.

Conferma della prima disposizione dell'ICB

Prova che i corpi sono fatti di particelletra cui ci sono spazi vuoti, la loro espansione termica serve. Quindi, quando il corpo viene riscaldato, le sue dimensioni aumentano. Ciò accade a causa della rimozione delle particelle l'una dall'altra.

Un'altra conferma di quanto sopra èdiffusione. Cioè, la penetrazione di molecole di una sostanza tra le particelle di un'altra. Inoltre, questo movimento risulta essere reciproco. La diffusione avviene tanto più velocemente quanto più lontane sono le molecole. Pertanto, nei gas, la penetrazione reciproca avverrà molto più velocemente che nei liquidi. E nei solidi, la diffusione richiede anni.

A proposito, quest'ultimo processo spiega anche il movimento termico. Dopotutto, la reciproca penetrazione delle sostanze l'una nell'altra avviene senza alcuna interferenza dall'esterno. Ma può essere accelerato riscaldando il corpo.

Conferma della seconda disposizione dell'ICB

Una prova evidente che c'èil moto termico è il moto browniano delle particelle. È considerato per le particelle sospese, cioè per quelle che sono significativamente più grandi delle molecole della sostanza. Queste particelle possono essere granelli di polvere o granuli. E dovrebbero essere posti in acqua o gas.

Causa del movimento disordinato del ponderatoparticelle nel fatto che le molecole agiscono su di esso da tutti i lati. La loro azione è disordinata. L'entità degli impatti in ogni momento del tempo è diversa. Pertanto, la forza risultante è diretta in un modo o nell'altro.

Se parliamo della velocità del movimento termico delle molecole, allora c'è un nome speciale per questo: il quadrato medio. Può essere calcolato utilizzando la formula:

v = √ [(3kT) / m₀].

In esso, T è la temperatura in Kelvin, m₀ È la massa di una molecola, k è la costante di Boltzmann (k = 1,38 * 10^-23 J / K).

Conferma della terza disposizione dell'ICB

Le particelle si attraggono e si respingono. Questa conoscenza risulta essere importante per spiegare molti processi associati al movimento termico.

Dopo tutto, le forze di interazione dipendono dall'aggregatostato della materia. Quindi, i gas praticamente non li hanno, poiché le particelle vengono rimosse così tanto che il loro effetto non si manifesta. In liquidi e solidi sono percettibili e garantiscono la conservazione del volume della sostanza. In questi ultimi garantiscono anche il mantenimento della forma.

Prova dell'esistenza delle forze di attrazione ela repulsione è la comparsa di forze elastiche durante la deformazione dei corpi. Quindi, con l'allungamento, le forze di attrazione tra le molecole aumentano e con la compressione, la repulsione. Ma in entrambi i casi, riportano il corpo alla sua forma originale.

Energia media del moto termico

Può essere scritto dall'equazione di base del MKT:

(pV) / N = (2E) / 3.

In questa formula, p è la pressione, V è il volume, N è il numero di molecole ed E è l'energia cinetica media.

D'altra parte, questa equazione può essere scritta in questo modo:

(pV) / N = kT.

Se li combini, ottieni la seguente uguaglianza:

(2E) / 3 = kT.

Da esso segue la seguente formula per l'energia cinetica media delle molecole:

E = (3kT) / 2.

Da ciò si può vedere che l'energia è proporzionale atemperatura della sostanza. Cioè, quando quest'ultimo sale, le particelle si muovono più velocemente. Questa è l'essenza del moto termico, che esiste fintanto che c'è una temperatura diversa dallo zero assoluto.