אירועי העולם הפיזי קשורים קשר בל יינתקשינויים בטמפרטורה. כל אדם לומד להכיר אותה בילדות המוקדמת, כשהוא מבין שהקרח קר ורוחבים מים רותחים. יחד עם זאת, מגיעה ההבנה שתהליכי שינוי הטמפרטורה אינם מתרחשים באופן מיידי. מאוחר יותר, בבית הספר, התלמיד לומד מה קשור לתנועת חום. והתהליכים הקשורים לטמפרטורה, קטע שלם בפיזיקה מוקצה.
מהי טמפרטורה?
תפיסה מדעית זו הוכנסה להחליף את הרגילתנאים. מילים כגון חם, קר או חם מופיעות כל הזמן בחיי היומיום. כולם מדברים על מידת חום הגוף. כך הוא מוגדר בפיזיקה, רק בתוספת שמדובר בכמות סקלרית. אחרי הכל, לטמפרטורה אין כיוון, אלא רק ערך מספרי.
במערכת היחידות הבינלאומית (SI), טמפרטורהנמדד במעלות צלזיוס (ºС). אך בנוסחאות רבות המתארות תופעות תרמיות, יש צורך לתרגם אותה לקלווין (K). לשם כך יש נוסחה פשוטה: T = t + 273. בה, T היא הטמפרטורה בקלווין, ו- t היא צלזיוס. סולם קלווין קשור למושג טמפרטורות אפס מוחלטות.
יש עוד מספר סולמות טמפרטורה.באירופה ובאמריקה, למשל, משתמשים בפרנהייט (F). לכן הם חייבים להיות מסוגלים לרשום אותם בצלזיוס. לשם כך, יש להפחית את 32 מהקריאות ב- F, ולאחר מכן לחלק אותה ב- 1.8.
ניסוי ביתי
בהסברו, נדרש להכיר מושגים כגון טמפרטורה, תנועה תרמית. וקל לבצע את הניסוי הזה.
בשבילו אתה צריך לקחת שלושה מכולות.הם צריכים להיות גדולים מספיק כדי להתאים את הידיים שלך בקלות. מלא אותם במים בטמפרטורות שונות. בראשון, זה צריך להיות קר מאוד. בשני - התחמם. שופכים מים חמים לשלישית, שבה אפשר יהיה להחזיק יד.
עכשיו החוויה עצמה. טובלים את יד שמאל בכלי מים קרים, ויד ימין עם החמה ביותר. חכה כמה דקות. הוציאו אותם ומיד טבלו אותם בכלי מים חמים.
התוצאה תהיה בלתי צפויה.יד שמאל תרגיש שהמים חמים, ואילו יד ימין תחוש את תחושת המים הקרים. זאת בשל העובדה כי בתחילה נקבע שיווי משקל תרמי עם אותם נוזלים בהם הידיים טובלות בתחילה. ואז האיזון הזה מופרע באופן דרסטי.
עקרונות בסיסיים של התיאוריה הקינטית המולקולרית
הוא מתאר את כל התופעות התרמיות. ואמירות אלה פשוטות למדי. לכן, כאשר מדברים על תנועה תרמית, יש לדעת את ההוראות הללו.
ראשון:חומרים נוצרים על ידי החלקיקים הקטנים ביותר הנמצאים במרחק מה זה מזה. יתר על כן, חלקיקים אלה יכולים להיות הן מולקולות והן אטומים. והמרחק ביניהם גדול פי כמה מגודל החלקיקים.
שנית: בכל החומרים נצפית תנועה תרמית של מולקולות, שלא מפסיקה. במקרה זה החלקיקים נעים באופן אקראי (כאוטי).
שלישית: החלקיקים מתקשרים זה עם זה. פעולה זו נובעת מכוחות המשיכה והדחייה. ערכם תלוי במרחק בין החלקיקים.
אישור ההוראה הראשונה של ה- ICB
הוכחה לכך שגופים עשויים חלקיקים,ביניהם יש פערים, ההתרחבות התרמית שלהם משרתת. לכן, כאשר הגוף מחומם, גודלו גדל. זה קורה עקב הסרת חלקיקים זה מזה.
אישור נוסף לאמור לעיל הואריכוך. כלומר חדירת מולקולות של חומר אחד בין חלקיקי חומר אחר. יתר על כן, תנועה זו מתגלה כהדדית. הדיפוזיה מתרחשת ככל שהמולקולות רחוקות יותר מהן. לכן, בגזים חדירה הדדית תתרחש הרבה יותר מהר מאשר בנוזלים. ובמוצקים, דיפוזיה לוקחת שנים.
אגב, התהליך האחרון מסביר גם את התנועה התרמית. הרי חדירה הדדית של חומרים זה לזה מתרחשת ללא כל הפרעה מבחוץ. אבל אפשר להאיץ אותו על ידי חימום הגוף.
אישור ההוראה השנייה של ה- ICB
הוכחה ברורה לכך שישתנועה תרמית היא התנועה הבראונית של חלקיקים. הוא נחשב לחלקיקים מושעים, כלומר לאלה שהם גדולים משמעותית ממולקולות החומר. חלקיקים אלה יכולים להיות כתמי אבק או גרעינים. והם אמורים להיות מונחים במים או בגז.
הסיבה לתנועה לא יציבה של המשוקלליםחלקיקים בעובדה שמולקולות פועלות עליה מכל הצדדים. הפעולה שלהם לא יציבה. גודל ההשפעות בכל רגע הוא שונה. לכן הכוח שנוצר מכוון בצורה זו או אחרת.
אם אנחנו מדברים על קצב התנועה התרמית של מולקולות, אז יש לזה שם מיוחד - ריבוע ממוצע השורש. ניתן לחשב זאת באמצעות הנוסחה:
v = √ [(3kT) / מ '0u
בו, T היא הטמפרטורה בקלווין, מ '0 האם המסה של מולקולה אחת, k הוא קבוע בולצמן (k = 1.38 * 10-23 J / K).
אישור ההוראה השלישית של ה- ICB
חלקיקים מושכים ודוחים. בהסבר רבים מהתהליכים הקשורים לתנועה תרמית, ידע זה מתברר כחשוב.
אחרי הכל, כוחות האינטראקציה תלויים במצטברמצב צבירה. אז לגזים כמעט ואין אותם, מכיוון שהחלקיקים מוסרים עד כדי כך שהשפעתם לא באה לידי ביטוי. בנוזלים ובמוצקים הם מורגשים ומבטיחים שמירה על נפח החומר. באחרונה הם גם מבטיחים שמירה על הכושר.
הוכחה לקיומם של כוחות המשיכה ודחייה היא הופעת כוחות אלסטיים במהלך דפורמציה של גופים. אז, עם התארכות, כוחות המשיכה בין המולקולות גדלים, ועם דחיסה, הדחייה. אבל בשני המקרים, הם מחזירים את הגוף לצורתו המקורית.
אנרגיה ממוצעת של תנועה תרמית
ניתן לכתוב אותו מהמשוואה הבסיסית של MKT:
(pV) / N = (2E) / 3.
בנוסחה זו, p הוא הלחץ, V הוא הנפח, N הוא מספר המולקולות ו- E היא האנרגיה הקינטית הממוצעת.
מצד שני, ניתן לכתוב משוואה זו כך:
(pV) / N = kT.
אם אתה משלב אותם, אתה מקבל את השוויון הבא:
(2E) / 3 = kT.
מתוכו עולה הנוסחה הבאה לאנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות:
E = (3kT) / 2.
מכאן ניתן לראות כי האנרגיה פרופורציונלית לטמפרטורת החומר. כלומר, כאשר האחרונים עולים, החלקיקים נעים מהר יותר. זוהי מהות התנועה התרמית, המתקיימת כל עוד יש טמפרטורה שאינה אפס מוחלט.
