Fiziskās pasaules notikumi ir nesaraujami saistīti ar temperatūras izmaiņām. Katrs cilvēks ar to iepazīstas agrā bērnībā, kad saprot, ka ledus ir auksts, un verdošs ūdens deg. Tajā pašā laikā rodas izpratne, ka temperatūras maiņas procesi nenotiek uzreiz. Vēlāk skolā skolēns uzzina, ka tas ir saistīts ar siltuma kustību. Un vesela fizikas sadaļa ir veltīta procesiem, kas saistīti ar temperatūru.
Kas ir temperatūra?
Šis ir zinātnisks jēdziens, kas ieviests, lai aizstātu ikdienas terminus. Ikdienā pastāvīgi parādās tādi vārdi kā karsts, auksts vai silts. Visi no tiem runā par ķermeņa sildīšanas pakāpi. Tā tas ir definēts fizikā, tikai ar piedevu, ka tas ir skalārs lielums. Galu galā temperatūrai nav virziena, bet tikai skaitliska vērtība.
Starptautiskajā mērvienību sistēmā (SI) temperatūru mēra Celsija grādos (ºС). Bet daudzās formulās, kas apraksta siltuma parādības, tas ir jāpārvērš Kelvinos (K). PriekšTam ir vienkārša formula: T \u003d t + 273. Tajā T ir temperatūra Kelvinos, bet t ir Celsija. Absolūtās nulles temperatūras jēdziens ir saistīts ar Kelvina skalu.
Ir vairākas citas temperatūras skalas. Piemēram, Eiropā un Amerikā izmanto Fārenheitu (F). Tāpēc viņiem jāprot rakstīt Celsija grādos. Lai to izdarītu, no F rādījumiem atņemiet 32, pēc tam daliet to ar 1, 8.
Mājas eksperiments
Viņa skaidrojumā jums jāzina tādi jēdzieni kā temperatūra, termiskā kustība. Un šo pieredzi ir viegli pabeigt.
Tam būs nepieciešami trīs konteineri. Tiem jābūt pietiekami lieliem, lai rokas tajās varētu viegli ietilpt. Piepildiet tos ar dažādas temperatūras ūdeni. Pirmajā gadījumā tam jābūt ļoti aukstam. Otrajā - apsildāms. Trešajā ielej karstu ūdeni, tādu, kurā varēs turēt roku.
Tagad pati pieredze. Kreiso roku iemērciet traukā ar aukstu ūdeni, labo - ar karstāko. Pagaidiet pāris minūtes. Izņemiet tos un nekavējoties iemērciet traukā ar siltu ūdeni.
Rezultāts būs negaidīts. Kreisā roka jutīs, ka ūdens ir silts, bet labā roka – aukstu. Tas ir saistīts ar faktu, ka vispirms tiek izveidots termiskais līdzsvars ar tiem šķidrumiem, kuros sākotnēji ir iegremdētas rokas. Un tad šis līdzsvars tiek strauji izjaukts.
Molekulārās kinētiskās teorijas galvenie principi
Tas apraksta visas termiskās parādības. Un šie apgalvojumi ir pavisam vienkārši. Tāpēc sarunā par termisko kustību šie noteikumi būtu jāzinanepieciešams.
Pirmkārt: vielas veido mazākās daļiņas, kas atrodas zināmā attālumā viena no otras. Turklāt šīs daļiņas var būt gan molekulas, gan atomi. Un attālums starp tiem ir daudzkārt lielāks par daļiņu izmēru.
Otrā: visās vielās notiek molekulu termiskā kustība, kas nekad neapstājas. Daļiņas pārvietojas nejauši (haotiski).
Treškārt: daļiņas mijiedarbojas viena ar otru. Šī darbība ir saistīta ar pievilkšanas un atgrūšanas spēkiem. To vērtība ir atkarīga no attāluma starp daļiņām.
ICB pirmā noteikuma apstiprinājums
Pierādījums, ka ķermeņi sastāv no daļiņām, starp kurām ir spraugas, ir to termiskā izplešanās. Tātad, kad ķermenis tiek uzkarsēts, tā izmērs palielinās. Tas notiek tāpēc, ka daļiņas tiek noņemtas viena no otras.
Vēl viens apstiprinājums teiktajam ir difūzija. Tas ir, vienas vielas molekulu iespiešanās starp citas vielas daļiņām. Turklāt šī kustība ir abpusēja. Jo ātrāk notiek difūzija, jo tālāk molekulas atrodas viena no otras. Tāpēc gāzēs savstarpēja iespiešanās notiks daudz ātrāk nekā šķidrumos. Un cietās vielās difūzija ilgst vairākus gadus.
Starp citu, pēdējais process izskaidro arī termisko kustību. Galu galā vielu savstarpēja iekļūšana viena otrā notiek bez jebkādas iejaukšanās no ārpuses. Bet to var paātrināt, sildot ķermeni.
MKT otrās pozīcijas apstiprināšana
Spilgts pierādījums tam, ka irtermiskā kustība ir daļiņu Brauna kustība. To uzskata par suspendētajām daļiņām, tas ir, tām, kas ir ievērojami lielākas par vielas molekulām. Šīs daļiņas var būt putekļu daļiņas vai graudi. Un tie ir jāievieto ūdenī vai gāzē.
Suspendētas daļiņas nejaušas kustības iemesls ir tas, ka molekulas iedarbojas uz to no visām pusēm. Viņu rīcība ir nepastāvīga. Ietekmes apjoms katrā laika brīdī ir atšķirīgs. Tāpēc iegūtais spēks ir vērsts vai nu vienā, vai otrā virzienā.
Ja mēs runājam par molekulu termiskās kustības ātrumu, tad tam ir īpašs nosaukums - vidējais kvadrāts. To var aprēķināt, izmantojot formulu:
v=√[(3kT)/m0].
Tajā T ir temperatūra Kelvinos, m0 ir vienas molekulas masa, k ir Bolcmana konstante (k=1, 3810 -23 J/K).
ICB trešā noteikuma apstiprināšana
Daļiņas pievelk un atgrūž. Izskaidrojot daudzus procesus, kas saistīti ar termisko kustību, šīs zināšanas izrādās svarīgas.
Galu galā mijiedarbības spēki ir atkarīgi no vielas kopējā stāvokļa. Tātad gāzēm to praktiski nav, jo daļiņas tiek noņemtas tik tālu, ka to iedarbība neizpaužas. Šķidrumos un cietās vielās tie ir uztverami un nodrošina vielas tilpuma saglabāšanos. Pēdējā tie garantē arī formas saglabāšanu.
Pievilkšanas un atgrūšanas spēku esamības pierādījums ir elastīgo spēku parādīšanās ķermeņu deformācijas laikā. Tātad ar pagarinājumu palielinās pievilkšanās spēki starp molekulām, un arsaspiešana - atgrūšana. Taču abos gadījumos tie atgriež ķermeni tā sākotnējā formā.
Vidējā termiskās kustības enerģija
To var uzrakstīt no pamata MKT vienādojuma:
(pV)/N=(2E)/3.
Šajā formulā p ir spiediens, V ir tilpums, N ir molekulu skaits, E ir vidējā kinētiskā enerģija.
No otras puses, šo vienādojumu var uzrakstīt šādi:
(pV)/N=kT.
Ja tos apvienojat, jūs iegūstat šādu vienādību:
(2E)/3=kT.
No tā izriet šāda molekulu vidējās kinētiskās enerģijas formula:
E=(3kT)/2.
No šejienes ir skaidrs, ka enerģija ir proporcionāla vielas temperatūrai. Tas ir, kad pēdējais palielinās, daļiņas pārvietojas ātrāk. Tā ir termiskās kustības būtība, kas pastāv tik ilgi, kamēr pastāv temperatūra, kas nav absolūtā nulle.
