Събитията във физическия свят са неразривно свързани с промените в температурата. Всеки човек се запознава с него в ранна детска възраст, когато разбира, че ледът е студен, а врящата вода гори. В същото време идва разбирането, че процесите на промяна на температурата не протичат моментално. По-късно в училище ученикът научава, че това е свързано с топлинно движение. И цял раздел от физиката е посветен на процесите, свързани с температурата.
Какво е температурата?
Това е научна концепция, въведена, за да замени ежедневните термини. В ежедневието постоянно се появяват думи като горещо, студено или топло. Всички те говорят за степента на нагряване на тялото. Така се определя във физиката, само с добавката, че е скаларна величина. В крайна сметка температурата няма посока, а само числова стойност.
В Международната система на единиците (SI), температурата се измерва в градуси по Целзий (ºС). Но в много формули, описващи топлинни явления, се изисква преобразуването му в Келвин (K). ЗаИма проста формула за това: T \u003d t + 273. В нея T е температурата в Келвин, а t е в Целзий. Концепцията за абсолютна нулева температура е свързана със скалата на Келвин.
Има няколко други температурни скали. В Европа и Америка например се използва Фаренхайт (F). Следователно те трябва да могат да пишат по Целзий. За да направите това, извадете 32 от показанията в F, след което го разделете на 1, 8.
Домашен експеримент
В неговото обяснение трябва да знаете такива понятия като температура, топлинно движение. И е лесно да завършите това изживяване.
Ще са необходими три контейнера. Те трябва да са достатъчно големи, за да могат ръцете лесно да се поберат в тях. Напълнете ги с вода с различна температура. В първия трябва да е много студено. Във втория - отопляем. Налейте гореща вода в третата, тази, в която ще можете да държите ръка.
Сега самото преживяване. Потопете лявата си ръка в съд със студена вода, дясната - с най-горещата. Изчакайте няколко минути. Извадете ги и веднага ги потопете в съд с топла вода.
Резултатът ще бъде неочакван. Лявата ръка ще почувства, че водата е топла, докато дясната ще почувства студена вода. Това се дължи на факта, че термичното равновесие се установява първо с тези течности, в които първоначално са потопени ръцете. И тогава този баланс е рязко нарушен.
Основни принципи на молекулярно-кинетичната теория
Описва всички термични явления. И тези твърдения са доста прости. Следователно, в разговор за термично движение, тези разпоредби трябва да бъдат известнизадължително.
Първо: веществата се образуват от най-малките частици, разположени на известно разстояние една от друга. Освен това тези частици могат да бъдат както молекули, така и атоми. А разстоянието между тях е многократно по-голямо от размера на частиците.
Второ: във всички вещества има термично движение на молекулите, което никога не спира. Частиците се движат произволно (хаотично).
Трето: частиците взаимодействат една с друга. Това действие се дължи на силите на привличане и отблъскване. Стойността им зависи от разстоянието между частиците.
Потвърждение на първата разпоредба на ICB
Доказателство, че телата са съставени от частици с пролуки между тях е тяхното термично разширение. Така че, когато тялото се нагрява, размерът му се увеличава. Това се случва поради отстраняването на частиците една от друга.
Друго потвърждение на казаното е дифузията. Тоест проникването на молекули на едно вещество между частиците на друго. Освен това това движение е взаимно. Дифузията протича толкова по-бързо, колкото по-далеч са разположени молекулите. Следователно в газовете взаимното проникване ще се случи много по-бързо, отколкото в течностите. А в твърдите вещества дифузията отнема години.
Между другото, последният процес също обяснява термичното движение. В крайна сметка, взаимното проникване на вещества едно в друго става без никаква намеса отвън. Но може да се ускори чрез нагряване на тялото.
Потвърждение на втората позиция на MKT
Ярко доказателство, че иматермичното движение е Брауновото движение на частиците. Счита се за суспендирани частици, тоест за тези, които са значително по-големи от молекулите на дадено вещество. Тези частици могат да бъдат прахови частици или зърна. И те трябва да бъдат поставени във вода или газ.
Причината за произволното движение на суспендирана частица е, че молекулите действат върху нея от всички страни. Действието им е хаотично. Големината на въздействията във всеки момент е различна. Следователно, получената сила е насочена или в едната, или в другата посока.
Ако говорим за скоростта на топлинното движение на молекулите, тогава има специално име за нея - средноквадратичен. Може да се изчисли по формулата:
v=√[(3kT)/m0].
В него T е температурата в Келвин, m0 е масата на една молекула, k е константата на Болцман (k=1, 3810 -23 J/K).
Потвърждение на третата разпоредба на ICB
Частиците привличат и отблъскват. При обяснението на много процеси, свързани с термичното движение, това знание се оказва важно.
В крайна сметка силите на взаимодействие зависят от агрегатното състояние на материята. Така че газовете на практика ги нямат, тъй като частиците се отстраняват толкова далеч, че ефектът им не се проявява. В течности и твърди тела те са осезаеми и осигуряват запазване на обема на веществото. В последното те също така гарантират поддържането на формата.
Доказателство за съществуването на сили на привличане и отблъскване е появата на еластични сили по време на деформацията на телата. И така, с удължаването силите на привличане между молекулите се увеличават и скомпресия - отблъскване. Но и в двата случая те връщат тялото в първоначалната му форма.
Средна енергия на топлинно движение
Може да се запише от основното уравнение на MKT:
(pV)/N=(2E)/3.
В тази формула p е налягане, V е обем, N е броят на молекулите, E е средната кинетична енергия.
От друга страна, това уравнение може да бъде записано по следния начин:
(pV)/N=kT.
Ако ги комбинирате, получавате следното равенство:
(2E)/3=kT.
От него следва следната формула за средната кинетична енергия на молекулите:
E=(3kT)/2.
От тук става ясно, че енергията е пропорционална на температурата на веществото. Тоест, когато последното се увеличава, частиците се движат по-бързо. Това е същността на топлинното движение, което съществува, докато има температура, различна от абсолютната нула.
