Τα γεγονότα του φυσικού κόσμου είναι άρρηκτα συνδεδεμένα με τις αλλαγές της θερμοκρασίας. Κάθε άτομο το εξοικειώνεται στην πρώιμη παιδική ηλικία, όταν συνειδητοποιεί ότι ο πάγος είναι κρύος και το βραστό νερό καίει. Ταυτόχρονα, κατανοείται ότι οι διαδικασίες αλλαγής της θερμοκρασίας δεν συμβαίνουν αμέσως. Αργότερα, στο σχολείο, ο μαθητής μαθαίνει ότι αυτό συνδέεται με τη θερμική κίνηση. Και ένα ολόκληρο τμήμα της φυσικής είναι αφιερωμένο σε διαδικασίες που σχετίζονται με τη θερμοκρασία.
Τι είναι η θερμοκρασία;
Αυτή είναι μια επιστημονική ιδέα που εισήχθη για να αντικαταστήσει τους καθημερινούς όρους. Στην καθημερινή ζωή εμφανίζονται συνεχώς λέξεις όπως ζεστό, κρύο ή ζεστό. Όλοι μιλούν για τον βαθμό θέρμανσης του σώματος. Έτσι ορίζεται στη φυσική, μόνο με την προσθήκη ότι είναι βαθμωτό μέγεθος. Εξάλλου, η θερμοκρασία δεν έχει κατεύθυνση, αλλά μόνο αριθμητική τιμή.
Στο Διεθνές Σύστημα Μονάδων (SI), η θερμοκρασία μετριέται σε βαθμούς Κελσίου (ºС). Αλλά σε πολλούς τύπους που περιγράφουν θερμικά φαινόμενα, απαιτείται η μετατροπή του σε Kelvin (K). ΓιαΥπάρχει ένας απλός τύπος για αυτό: T \u003d t + 273. Σε αυτό, το T είναι η θερμοκρασία σε Kelvin και το t είναι σε Κελσίου. Η έννοια της θερμοκρασίας απόλυτου μηδέν σχετίζεται με την κλίμακα Kelvin.
Υπάρχουν πολλές άλλες κλίμακες θερμοκρασίας. Στην Ευρώπη και την Αμερική, για παράδειγμα, χρησιμοποιείται το Fahrenheit (F). Επομένως, πρέπει να μπορούν να γράφουν σε βαθμούς Κελσίου. Για να το κάνετε αυτό, αφαιρέστε το 32 από τις ενδείξεις του F και, στη συνέχεια, διαιρέστε το με το 1, 8.
Πείραμα στο σπίτι
Στην εξήγησή του, πρέπει να γνωρίζετε έννοιες όπως η θερμοκρασία, η θερμική κίνηση. Και είναι εύκολο να ολοκληρώσετε αυτήν την εμπειρία.
Θα χρειαστούν τρία δοχεία. Θα πρέπει να είναι αρκετά μεγάλα ώστε τα χέρια να χωράνε εύκολα μέσα τους. Γεμίστε τα με νερό διαφορετικής θερμοκρασίας. Στο πρώτο πρέπει να κάνει πολύ κρύο. Στο δεύτερο - θερμαινόμενο. Ρίξτε ζεστό νερό στο τρίτο, ένα στο οποίο θα μπορείτε να κρατάτε ένα χέρι.
Τώρα η ίδια η εμπειρία. Βουτήξτε το αριστερό σας χέρι σε ένα δοχείο με κρύο νερό, δεξιά - με το πιο ζεστό. Περιμένετε μερικά λεπτά. Τα βγάζετε και τα βυθίζετε αμέσως σε ένα δοχείο με ζεστό νερό.
Το αποτέλεσμα θα είναι απροσδόκητο. Το αριστερό χέρι θα αισθάνεται ότι το νερό είναι ζεστό, ενώ το δεξί θα αισθάνεται κρύο νερό. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι η θερμική ισορροπία εγκαθίσταται πρώτα με εκείνα τα υγρά στα οποία είναι αρχικά βυθισμένα τα χέρια. Και τότε αυτή η ισορροπία διαταράσσεται έντονα.
Κύρια δόγματα της μοριακής κινητικής θεωρίας
Περιγράφει όλα τα θερμικά φαινόμενα. Και αυτές οι δηλώσεις είναι πολύ απλές. Επομένως, σε μια συζήτηση για τη θερμική κίνηση, αυτές οι διατάξεις πρέπει να είναι γνωστέςαπαιτείται.
Πρώτον: οι ουσίες σχηματίζονται από τα μικρότερα σωματίδια που βρίσκονται σε κάποια απόσταση μεταξύ τους. Επιπλέον, αυτά τα σωματίδια μπορεί να είναι και μόρια και άτομα. Και η απόσταση μεταξύ τους είναι πολλές φορές μεγαλύτερη από το μέγεθος των σωματιδίων.
Δεύτερο: σε όλες τις ουσίες υπάρχει μια θερμική κίνηση μορίων, η οποία δεν σταματά ποτέ. Τα σωματίδια κινούνται τυχαία (χαοτικά).
Τρίτο: τα σωματίδια αλληλεπιδρούν μεταξύ τους. Αυτή η δράση οφείλεται στις δυνάμεις έλξης και απώθησης. Η τιμή τους εξαρτάται από την απόσταση μεταξύ των σωματιδίων.
Επιβεβαίωση της πρώτης διάταξης του ICB
Απόδειξη ότι τα σώματα αποτελούνται από σωματίδια με κενά μεταξύ τους είναι η θερμική τους διαστολή. Έτσι, όταν το σώμα θερμαίνεται, το μέγεθός του αυξάνεται. Αυτό συμβαίνει λόγω της απομάκρυνσης των σωματιδίων το ένα από το άλλο.
Μια άλλη επιβεβαίωση των όσων ειπώθηκαν είναι η διάχυση. Δηλαδή τη διείσδυση μορίων μιας ουσίας ανάμεσα στα σωματίδια μιας άλλης. Επιπλέον, αυτή η κίνηση είναι αμοιβαία. Η διάχυση προχωρά όσο πιο γρήγορα, τόσο πιο μακριά βρίσκονται τα μόρια. Επομένως, στα αέρια, η αμοιβαία διείσδυση θα συμβεί πολύ πιο γρήγορα από ότι στα υγρά. Και στα στερεά, η διάχυση διαρκεί χρόνια.
Με την ευκαιρία, η τελευταία διαδικασία εξηγεί επίσης τη θερμική κίνηση. Εξάλλου, η αμοιβαία διείσδυση ουσιών μεταξύ τους συμβαίνει χωρίς καμία εξωτερική παρέμβαση. Αλλά μπορεί να επιταχυνθεί θερμαίνοντας το σώμα.
Επιβεβαίωση της δεύτερης θέσης του MKT
Φωτεινή απόδειξη ότι υπάρχειΗ θερμική κίνηση είναι η κίνηση Brown των σωματιδίων. Θεωρείται για τα αιωρούμενα σωματίδια, δηλαδή για εκείνα που είναι σημαντικά μεγαλύτερα από τα μόρια μιας ουσίας. Αυτά τα σωματίδια μπορεί να είναι σωματίδια σκόνης ή κόκκοι. Και υποτίθεται ότι τοποθετούνται σε νερό ή αέριο.
Ο λόγος για την τυχαία κίνηση ενός αιωρούμενου σωματιδίου είναι ότι τα μόρια δρουν σε αυτό από όλες τις πλευρές. Η δράση τους είναι ακανόνιστη. Το μέγεθος των επιπτώσεων σε κάθε χρονική στιγμή είναι διαφορετικό. Επομένως, η δύναμη που προκύπτει κατευθύνεται είτε προς τη μία είτε την άλλη κατεύθυνση.
Αν μιλάμε για την ταχύτητα της θερμικής κίνησης των μορίων, τότε υπάρχει ένα ειδικό όνομα για αυτό - ρίζα μέσο τετραγωνικό. Μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τον τύπο:
v=√[(3kT)/m0].
Σε αυτό, T είναι η θερμοκρασία σε Kelvin, m0 είναι η μάζα ενός μορίου, k είναι η σταθερά Boltzmann (k=1, 3810 -23 J/K).
Επιβεβαίωση της τρίτης διάταξης του ICB
Τα σωματίδια έλκονται και απωθούν. Κατά την εξήγηση πολλών διαδικασιών που σχετίζονται με τη θερμική κίνηση, αυτή η γνώση αποδεικνύεται σημαντική.
Εξάλλου, οι δυνάμεις της αλληλεπίδρασης εξαρτώνται από τη συνολική κατάσταση της ύλης. Άρα, τα αέρια πρακτικά δεν τα έχουν, αφού τα σωματίδια απομακρύνονται τόσο πολύ που δεν εκδηλώνεται η επίδρασή τους. Στα υγρά και τα στερεά είναι αντιληπτά και εξασφαλίζουν τη διατήρηση του όγκου της ουσίας. Στο τελευταίο, εγγυώνται και τη διατήρηση του σχήματος.
Απόδειξη ύπαρξης δυνάμεων έλξης και απώθησης είναι η εμφάνιση ελαστικών δυνάμεων κατά την παραμόρφωση των σωμάτων. Έτσι, με την επιμήκυνση, οι δυνάμεις έλξης μεταξύ των μορίων αυξάνονται, και μεσυμπίεση - απώθηση. Αλλά και στις δύο περιπτώσεις, επαναφέρουν το σώμα στο αρχικό του σχήμα.
Μέση ενέργεια θερμικής κίνησης
Μπορεί να γραφτεί από τη βασική εξίσωση MKT:
(pV)/N=(2E)/3.
Σε αυτόν τον τύπο, p είναι πίεση, V είναι όγκος, N είναι ο αριθμός μορίων, E είναι η μέση κινητική ενέργεια.
Από την άλλη πλευρά, αυτή η εξίσωση μπορεί να γραφτεί ως εξής:
(pV)/N=kT.
Αν τα συνδυάσετε, θα έχετε την ακόλουθη ισότητα:
(2E)/3=kT.
Από αυτό ακολουθεί ο ακόλουθος τύπος για τη μέση κινητική ενέργεια των μορίων:
E=(3kT)/2.
Από εδώ είναι σαφές ότι η ενέργεια είναι ανάλογη με τη θερμοκρασία της ουσίας. Δηλαδή, όταν το τελευταίο αυξάνεται, τα σωματίδια κινούνται πιο γρήγορα. Αυτή είναι η ουσία της θερμικής κίνησης, η οποία υπάρχει όσο υπάρχει θερμοκρασία διαφορετική από το απόλυτο μηδέν.
