Wydarzenia ze świata fizycznego są ze sobą nierozerwalnie związanezmiany temperatury. Każda osoba poznaje ją we wczesnym dzieciństwie, kiedy zdaje sobie sprawę, że lód jest zimny, a wrząca woda się pali. Jednocześnie przychodzi zrozumienie, że procesy zmiany temperatury nie zachodzą natychmiast. Później w szkole uczeń dowiaduje się, co wiąże się z ruchem ciepła. A procesom związanym z temperaturą przydzielona jest cała sekcja fizyki.
Co to jest temperatura?
Ta naukowa koncepcja została wprowadzona w celu zastąpienia zwykłegowarunki. Słowa takie jak ciepło, zimno czy ciepło nieustannie pojawiają się w życiu codziennym. Wszyscy mówią o stopniu nagrzania ciała. Tak to definiuje się w fizyce, tylko z tym, że jest wielkością skalarną. W końcu temperatura nie ma kierunku, a jedynie wartość liczbową.
W międzynarodowym układzie jednostek (SI) temperaturamierzona w stopniach Celsjusza (ºС). Ale w wielu formułach opisujących zjawiska termiczne wymagane jest przetłumaczenie tego na kelwin (K). W tym celu istnieje prosty wzór: T = t + 273. W nim T jest temperaturą w kelwinach, at jest w stopniach Celsjusza. Skala Kelvina jest związana z pojęciem temperatur zera absolutnego.
Istnieje kilka innych skal temperatur.Na przykład w Europie i Ameryce używa się Fahrenheita (F). Dlatego muszą być w stanie zapisać je w stopniach Celsjusza. Aby to zrobić, należy odjąć 32 od odczytów w F, a następnie podzielić przez 1,8.
Domowy eksperyment
W jego wyjaśnieniu wymagana jest znajomość takich pojęć, jak temperatura, ruch termiczny. A doświadczenie jest łatwe do osiągnięcia.
Dla niego musisz wziąć trzy pojemniki.Powinny być wystarczająco duże, aby łatwo dopasować się do dłoni. Napełnij je wodą o różnych temperaturach. W pierwszej powinno być bardzo zimno. W drugim - rozgrzany. Do trzeciego wlej gorącą wodę, w której będzie można trzymać rękę.
Teraz samo doświadczenie. Zanurz lewą rękę w pojemniku z zimną wodą, a prawą w najgorętszą. Poczekaj kilka minut. Wyjmij je i natychmiast zanurz w pojemniku z ciepłą wodą.
Wynik będzie nieoczekiwany.Lewa ręka poczuje, że woda jest ciepła, prawa poczuje zimną wodę. Wynika to z faktu, że równowaga termiczna jest najpierw ustalana z tymi płynami, w których ręce są początkowo zanurzone. A potem ta równowaga zostaje drastycznie zakłócona.
Podstawowe zasady teorii kinetyki molekularnej
Opisuje wszystkie zjawiska termiczne. A te stwierdzenia są dość proste. Dlatego w rozmowie o ruchu termicznym te przepisy muszą być znane.
Pierwszy:substancje są tworzone przez najmniejsze cząsteczki znajdujące się w pewnej odległości od siebie. Ponadto cząsteczki te mogą być zarówno cząsteczkami, jak i atomami. A odległość między nimi jest wielokrotnie większa niż wielkość cząstek.
Po drugie: we wszystkich substancjach występuje ruch termiczny cząsteczek, który nigdy się nie zatrzymuje. W tym przypadku cząsteczki poruszają się losowo (chaotycznie).
Po trzecie: cząsteczki oddziałują ze sobą. To działanie jest spowodowane siłami przyciągania i odpychania. Ich wartość zależy od odległości między cząstkami.
Potwierdzenie pierwszego postanowienia ICB
Dowód, że ciała są zbudowane z cząstek,między którymi znajdują się szczeliny, służy ich rozszerzalności cieplnej. Tak więc, gdy ciało jest ogrzewane, jego rozmiar wzrasta. Dzieje się tak z powodu usuwania cząstek od siebie.
Kolejnym potwierdzeniem powyższego jestdyfuzja. Oznacza to przenikanie cząsteczek jednej substancji między cząstkami drugiej. Co więcej, ruch ten okazuje się wzajemny. Dyfuzja zachodzi tym szybciej, im dalej od siebie znajdują się cząsteczki. Dlatego w gazach wzajemna penetracja będzie przebiegać znacznie szybciej niż w cieczach. W ciałach stałych dyfuzja trwa latami.
Nawiasem mówiąc, ten ostatni proces wyjaśnia również ruch termiczny. Wszakże wzajemne przenikanie substancji do siebie odbywa się bez ingerencji z zewnątrz. Ale można to przyspieszyć, ogrzewając ciało.
Potwierdzenie drugiego postanowienia ICB
Wyraźny dowód, że takruch termiczny to ruch Browna cząstek. Uwzględnia się go w przypadku cząstek zawieszonych, to znaczy tych, które są znacznie większe niż cząsteczki substancji. Cząsteczki te mogą być drobinami kurzu lub ziarenkami. I mają być umieszczone w wodzie lub gazie.
Przyczyna nieuporządkowanego ruchu zważonegocząsteczki w tym, że cząsteczki działają na nią ze wszystkich stron. Ich działanie jest nieregularne. Wielkość wpływów w każdym momencie jest inna. Dlatego wynikowa siła jest skierowana w jedną lub drugą stronę.
Jeśli mówimy o szybkości ruchu termicznego cząsteczek, to jest dla niego specjalna nazwa - średnia kwadratowa. Można to obliczyć za pomocą wzoru:
v = √ [(3kT) / m0n.
W nim T to temperatura w kelwinach, m0 Jest masą jednej cząsteczki, k jest stałą Boltzmanna (k = 1,38 * 10-23 J / K).
Potwierdzenie trzeciego postanowienia ICB
Cząsteczki przyciągają się i odpychają. W wyjaśnianiu wielu procesów związanych z ruchem termicznym wiedza ta okazuje się ważna.
W końcu siły interakcji zależą od agregatustan skupienia. Tak więc gazy praktycznie ich nie mają, ponieważ cząsteczki są usuwane tak bardzo, że ich efekt się nie objawia. W cieczach i ciałach stałych są wyczuwalne i zapewniają zachowanie objętości substancji. W tym drugim przypadku gwarantują również utrzymanie formy.
Dowód na istnienie sił przyciągania iodpychanie to pojawienie się sił sprężystych podczas deformacji ciał. Tak więc wraz z wydłużeniem siły przyciągania między cząsteczkami rosną, a wraz z kompresją - odpychanie. Ale w obu przypadkach przywracają ciału pierwotny kształt.
Średnia energia ruchu termicznego
Można to zapisać z podstawowego równania MKT:
(pV) / N = (2E) / 3.
W tym wzorze p to ciśnienie, V to objętość, N to liczba cząsteczek, a E to średnia energia kinetyczna.
Z drugiej strony równanie to można zapisać w ten sposób:
(pV) / N = kT.
Jeśli je połączysz, uzyskasz następującą równość:
(2E) / 3 = kT.
Z tego wynika następujący wzór na średnią energię kinetyczną cząsteczek:
E = (3kT) / 2.
Z tego widać, że energia jest proporcjonalna dotemperatura substancji. Oznacza to, że gdy ten ostatni się unosi, cząsteczki poruszają się szybciej. Na tym polega istota ruchu termicznego, który istnieje tak długo, jak długo istnieje temperatura inna niż zero absolutne.
