Begivenheder i den fysiske verden er uløseligt forbundet med ændringer i temperatur. Hver person bliver bekendt med det i den tidlige barndom, når han indser, at isen er kold, og kogende vand brænder. Samtidig kommer forståelsen af, at temperaturændringsprocesserne ikke sker øjeblikkeligt. Senere i skolen lærer eleven, at dette hænger sammen med termisk bevægelse. Og en hel del af fysikken er dedikeret til processer relateret til temperatur.
Hvad er temperatur?
Dette er et videnskabeligt koncept, der er introduceret til at erstatte dagligdags udtryk. I hverdagen dukker der konstant ord som varmt, koldt eller varmt op. Alle taler om graden af opvarmning af kroppen. Sådan er det defineret i fysik, kun med den tilføjelse, at det er en skalær størrelse. Temperaturen har jo ingen retning, men kun en numerisk værdi.
I det internationale enhedssystem (SI) måles temperaturen i grader Celsius (ºС). Men i mange formler, der beskriver termiske fænomener, er det nødvendigt at konvertere det til Kelvin (K). TilDer er en simpel formel for dette: T \u003d t + 273. I den er T temperaturen i Kelvin, og t er i Celsius. Begrebet absolut nultemperatur er forbundet med Kelvin-skalaen.
Der er flere andre temperaturskalaer. I Europa og Amerika bruges f.eks. Fahrenheit (F). Derfor skal de kunne skrive i Celsius. For at gøre dette skal du trække 32 fra aflæsningerne i F og derefter dividere det med 1, 8.
Hjemmeeksperiment
I hans forklaring skal du kende begreber som temperatur, termisk bevægelse. Og det er nemt at fuldføre denne oplevelse.
Det vil tage tre containere. De skal være store nok, så hænderne nemt kan passe i dem. Fyld dem med vand af forskellige temperaturer. I den første skal det være meget koldt. I den anden - opvarmet. Hæld varmt vand i den tredje, en hvori det vil være muligt at holde en hånd.
Nu selve oplevelsen. Dyp din venstre hånd i en beholder med koldt vand, højre - med det varmeste. Vent et par minutter. Tag dem ud og nedsænk dem straks i en beholder med varmt vand.
Resultatet vil være uventet. Venstre hånd vil føle, at vandet er varmt, mens højre hånd vil føle koldt vand. Dette skyldes det faktum, at termisk ligevægt først etableres med de væsker, som hænderne først er nedsænket i. Og så er denne balance voldsomt forstyrret.
Hovedprincipperne i molekylær kinetisk teori
Den beskriver alle termiske fænomener. Og disse udsagn er ret simple. Derfor bør disse bestemmelser være kendt i en samtale om termisk bevægelsepåkrævet.
For det første: stoffer dannes af de mindste partikler, der ligger i nogen afstand fra hinanden. Desuden kan disse partikler være både molekyler og atomer. Og afstanden mellem dem er mange gange større end partiklernes størrelse.
For det andet: i alle stoffer er der en termisk bevægelse af molekyler, som aldrig stopper. Partiklerne bevæger sig tilfældigt (kaotisk).
For det tredje: partikler interagerer med hinanden. Denne handling skyldes kræfterne til tiltrækning og frastødning. Deres værdi afhænger af afstanden mellem partiklerne.
Bekræftelse af den første bestemmelse i ICB
Bevis på, at legemer er sammensat af partikler med mellemrum mellem dem, er deres termiske udvidelse. Så når kroppen opvarmes, øges dens størrelse. Dette sker på grund af fjernelse af partikler fra hinanden.
En anden bekræftelse af, hvad der er blevet sagt, er spredning. Det vil sige penetration af molekyler af et stof mellem partiklerne i et andet. Desuden er denne bevægelse gensidig. Diffusion skrider frem jo hurtigere, jo længere fra hinanden molekylerne er placeret. Derfor vil gensidig penetration i gasser ske meget hurtigere end i væsker. Og i faste stoffer tager diffusion år.
Forresten forklarer den sidste proces også termisk bevægelse. Når alt kommer til alt, sker den gensidige indtrængning af stoffer i hinanden uden nogen indblanding udefra. Men det kan accelereres ved at opvarme kroppen.
Bekræftelse af den anden position i MKT
Klart bevis på, at der ertermisk bevægelse er den brownske bevægelse af partikler. Det overvejes for suspenderede partikler, det vil sige for dem, der er væsentligt større end et stofs molekyler. Disse partikler kan være støvpartikler eller korn. Og det er meningen, at de skal placeres i vand eller gas.
Årsagen til den tilfældige bevægelse af en suspenderet partikel er, at molekyler virker på den fra alle sider. Deres handling er uberegnelig. Størrelsen af påvirkningerne på hvert tidspunkt er forskellig. Derfor rettes den resulterende kraft enten i den ene eller den anden retning.
Hvis vi taler om hastigheden af den termiske bevægelse af molekyler, så er der et særligt navn for det - root mean square. Det kan beregnes ved hjælp af formlen:
v=√[(3kT)/m0].
I den er T temperaturen i Kelvin, m0 er massen af et molekyle, k er Boltzmann-konstanten (k=1, 3810 -23 J/K).
Bekræftelse af den tredje bestemmelse i ICB
Partikler tiltrækker og frastøder. Ved at forklare mange processer forbundet med termisk bevægelse viser denne viden sig at være vigtig.
Når alt kommer til alt, afhænger vekselvirkningens kræfter af stoffets aggregerede tilstand. Så gasser har dem praktisk t alt ikke, da partiklerne fjernes så langt, at deres virkning ikke manifesteres. I væsker og faste stoffer er de mærkbare og sikrer bevarelsen af stoffets volumen. I sidstnævnte garanterer de også opretholdelse af formen.
Bevis på eksistensen af tiltræknings- og frastødningskræfter er tilstedeværelsen af elastiske kræfter under deformation af kroppe. Så med forlængelse øges tiltrækningskræfterne mellem molekyler, og medkompression - frastødning. Men i begge tilfælde bringer de kroppen tilbage til sin oprindelige form.
Gennemsnitlig energi af termisk bevægelse
Det kan skrives fra den grundlæggende MKT-ligning:
(pV)/N=(2E)/3.
I denne formel er p tryk, V er volumen, N er antallet af molekyler, E er den gennemsnitlige kinetiske energi.
På den anden side kan denne ligning skrives som følger:
(pV)/N=kT.
Hvis du kombinerer dem, får du følgende lighed:
(2E)/3=kT.
Af den følger følgende formel for den gennemsnitlige kinetiske energi af molekyler:
E=(3kT)/2.
Herfra er det tydeligt, at energien er proportional med stoffets temperatur. Det vil sige, at når sidstnævnte øges, bevæger partiklerne sig hurtigere. Dette er essensen af termisk bevægelse, som eksisterer, så længe der er en anden temperatur end det absolutte nulpunkt.
