Fizinio pasaulio įvykiai yra neatsiejamai susiję su temperatūros pokyčiais. Kiekvienas žmogus su juo susipažįsta ankstyvoje vaikystėje, kai suvokia, kad ledas š altas, o verdantis vanduo dega. Kartu ateina supratimas, kad temperatūros kitimo procesai nevyksta akimirksniu. Vėliau mokykloje mokinys sužino, kad tai susiję su šiluminiu judėjimu. O visa fizikos dalis skirta procesams, susijusiems su temperatūra.
Kas yra temperatūra?
Tai mokslinė sąvoka, įvesta siekiant pakeisti kasdienius terminus. Kasdieniame gyvenime nuolat atsiranda tokių žodžių kaip karšta, š alta ar šilta. Visi jie kalba apie kūno įkaitimo laipsnį. Taip jis apibrėžiamas fizikoje, tik pridedant, kad tai yra skaliarinis dydis. Juk temperatūra neturi krypties, o tik skaitinę reikšmę.
Tarptautinėje vienetų sistemoje (SI) temperatūra matuojama Celsijaus laipsniais (ºС). Tačiau daugelyje formulių, apibūdinančių šiluminius reiškinius, jį reikia konvertuoti į Kelviną (K). DėlTam yra paprasta formulė: T \u003d t + 273. Jame T yra temperatūra kelvinais, o t yra Celsijaus laipsniais. Absoliutaus nulio temperatūros sąvoka siejama su Kelvino skale.
Yra keletas kitų temperatūros skalių. Pavyzdžiui, Europoje ir Amerikoje naudojamas Farenheitas (F). Todėl jie turi mokėti rašyti Celsijaus laipsniais. Norėdami tai padaryti, iš F rodmenų atimkite 32, tada padalykite jį iš 1, 8.
Namų eksperimentas
Jo paaiškinime turite žinoti tokias sąvokas kaip temperatūra, šiluminis judėjimas. Ir tai lengva užbaigti.
Tam reikės trijų konteinerių. Jie turi būti pakankamai dideli, kad rankos lengvai tilptų. Užpildykite juos skirtingos temperatūros vandeniu. Pirmuoju atveju jis turi būti labai š altas. Antrame - šildomas. Į trečią įpilkite karšto vandens, kuriame bus galima laikyti ranką.
Dabar pati patirtis. Kairę ranką panardinkite į š alto vandens indą, dešinę – su karščiausiu. Palaukite porą minučių. Išimkite juos ir nedelsdami panardinkite į indą su šiltu vandeniu.
Rezultatas bus netikėtas. Kairė ranka pajus, kad vanduo šiltas, o dešine – š altas. Taip yra dėl to, kad šiluminė pusiausvyra pirmiausia susidaro su tais skysčiais, į kuriuos iš pradžių panardinamos rankos. Ir tada ši pusiausvyra smarkiai pažeidžiama.
Pagrindiniai molekulinės kinetinės teorijos principai
Jis apibūdina visus šiluminius reiškinius. Ir šie teiginiai yra gana paprasti. Todėl pokalbyje apie šiluminį judėjimą šios nuostatos turėtų būti žinomosbūtina.
Pirma: medžiagas sudaro mažiausios dalelės, esančios tam tikru atstumu viena nuo kitos. Be to, šios dalelės gali būti ir molekulės, ir atomai. Ir atstumas tarp jų yra daug kartų didesnis nei dalelių dydis.
Antra: visose medžiagose vyksta terminis molekulių judėjimas, kuris niekada nesiliauja. Dalelės juda atsitiktinai (chaotiškai).
Trečia: dalelės sąveikauja viena su kita. Šis veiksmas yra dėl traukos ir atstūmimo jėgų. Jų vertė priklauso nuo atstumo tarp dalelių.
Pirmosios ICB nuostatos patvirtinimas
Įrodymas, kad kūnai susideda iš dalelių, tarp kurių yra tarpai, yra jų šiluminis plėtimasis. Taigi, kai kūnas šildomas, jo dydis didėja. Taip nutinka dėl dalelių pašalinimo viena nuo kitos.
Kitas patvirtinimas to, kas buvo pasakyta, yra sklaida. Tai yra, vienos medžiagos molekulių prasiskverbimas tarp kitos dalelių. Be to, šis judėjimas yra abipusis. Difuzija vyksta greičiau, tuo toliau molekulės yra viena nuo kitos. Todėl dujose abipusis įsiskverbimas įvyks daug greičiau nei skysčiuose. O kietose medžiagose difuzija trunka metus.
Beje, paskutinis procesas taip pat paaiškina šiluminį judėjimą. Juk abipusis medžiagų įsiskverbimas viena į kitą vyksta be jokių trukdžių iš išorės. Tačiau tai galima paspartinti kaitinant kūną.
Antros MKT pozicijos patvirtinimas
Ryškus įrodymas, kad yraterminis judėjimas yra dalelių Brauno judėjimas. Jis laikomas suspenduotoms dalelėms, ty toms, kurios yra žymiai didesnės už medžiagos molekules. Šios dalelės gali būti dulkių dalelės arba grūdeliai. Ir jie turėtų būti dedami į vandenį arba dujas.
Atsitiktinio suspenduotų dalelių judėjimo priežastis yra ta, kad molekulės jas veikia iš visų pusių. Jų veiksmai yra netvarkingi. Poveikių mastas kiekvienu laiko momentu yra skirtingas. Todėl susidaranti jėga nukreipiama arba viena, arba kita kryptimi.
Jei kalbėtume apie molekulių šiluminio judėjimo greitį, tai jam yra specialus pavadinimas – vidutinis kvadratas. Jį galima apskaičiuoti naudojant formulę:
v=√[(3kT)/m0].
Jame T yra temperatūra Kelvinais, m0 yra vienos molekulės masė, k yra Boltzmanno konstanta (k=1, 3810 -23 J/K).
Trečiosios TCB nuostatos patvirtinimas
Dalelės traukia ir atstumia. Aiškinant daugelį procesų, susijusių su šiluminiu judėjimu, šios žinios yra svarbios.
Galų gale, sąveikos jėgos priklauso nuo suminės medžiagos būsenos. Taigi dujos jų praktiškai neturi, nes dalelės pašalinamos tiek, kad jų poveikis nepasireiškia. Skysčiuose ir kietosiose medžiagose jie yra pastebimi ir užtikrina medžiagos tūrio išsaugojimą. Pastarajame jie taip pat garantuoja formos išlaikymą.
Pritraukimo ir atstūmimo jėgų egzistavimo įrodymas yra tamprumo jėgų atsiradimas kūnų deformacijos metu. Taigi, pailgėjus, traukos jėgos tarp molekulių didėja, o sususpaudimas – atstūmimas. Tačiau abiem atvejais jie grąžina kūnui pradinę formą.
Vidutinė šiluminio judėjimo energija
Tai galima parašyti iš pagrindinės MKT lygties:
(pV)/N=(2E)/3.
Šioje formulėje p yra slėgis, V yra tūris, N yra molekulių skaičius, E yra vidutinė kinetinė energija.
Kita vertus, šią lygtį galima parašyti taip:
(pV)/N=kT.
Jei juos sujungsite, gausite tokią lygybę:
(2E)/3=kT.
Iš to išplaukia tokia vidutinės molekulių kinetinės energijos formulė:
E=(3kT)/2.
Iš čia aišku, kad energija yra proporcinga medžiagos temperatūrai. Tai yra, kai pastarasis didėja, dalelės juda greičiau. Tai yra šiluminio judėjimo, kuris egzistuoja tol, kol yra kitokia nei absoliutus nulis temperatūra, esmė.
