Události fyzického světa jsou neoddělitelně spjaty se změnami teploty. Každý člověk se s tím seznámí v raném dětství, kdy si uvědomí, že led je studený a vařící voda hoří. Zároveň dochází k pochopení, že procesy změny teploty neprobíhají okamžitě. Později ve škole žák zjistí, že to souvisí s tepelným pohybem. A celá část fyziky je věnována procesům souvisejícím s teplotou.
Co je teplota?
Toto je vědecký koncept, který má nahradit běžné termíny. V běžném životě se neustále objevují slova jako horko, zima nebo teplo. Všechny hovoří o stupni zahřátí těla. Takto je definována ve fyzice, jen s dodatkem, že jde o skalární veličinu. Teplota nemá žádný směr, ale pouze číselnou hodnotu.
V Mezinárodní soustavě jednotek (SI) se teplota měří ve stupních Celsia (ºС). Ale v mnoha vzorcích popisujících tepelné jevy je nutné jej převést na Kelvin (K). ProExistuje na to jednoduchý vzorec: T \u003d t + 273. V něm je T teplota v Kelvinech a t je ve stupních Celsia. Pojem absolutní nulové teploty je spojen s Kelvinovou stupnicí.
Existuje několik dalších teplotních stupnic. V Evropě a Americe se například používá Fahrenheit (F). Proto musí umět psát ve stupních Celsia. Chcete-li to provést, odečtěte 32 od hodnot v F a vydělte je 1, 8.
Domácí experiment
V jeho vysvětlení potřebujete znát pojmy jako teplota, tepelný pohyb. A dokončit tuto zkušenost je snadné.
Zabere to tři kontejnery. Měly by být dostatečně velké, aby se do nich snadno vešly ruce. Naplňte je vodou různé teploty. V prvním musí být hodně chladno. Ve druhé - vyhřívané. Do třetího, ve kterém bude možné držet ruku, nalijte horkou vodu.
Teď samotný zážitek. Ponořte levou ruku do nádoby se studenou vodou, pravou - s nejteplejší. Počkejte pár minut. Vyjměte je a okamžitě je ponořte do nádoby s teplou vodou.
Výsledek bude neočekávaný. Levá ruka bude cítit, že je voda teplá, zatímco pravá ruka bude cítit studenou vodu. To je způsobeno skutečností, že tepelná rovnováha se nejprve ustaví s těmi kapalinami, ve kterých jsou ruce zpočátku ponořeny. A pak je tato rovnováha prudce narušena.
Hlavní principy molekulární kinetické teorie
Popisuje všechny tepelné jevy. A tato tvrzení jsou docela jednoduchá. Proto v rozhovoru o tepelném pohybu by tato ustanovení měla být známápovinné.
Za prvé: látky jsou tvořeny nejmenšími částicemi umístěnými v určité vzdálenosti od sebe. Navíc tyto částice mohou být jak molekuly, tak atomy. A vzdálenost mezi nimi je mnohonásobně větší než velikost částic.
Za druhé: ve všech látkách dochází k tepelnému pohybu molekul, který se nikdy nezastaví. Částice se pohybují náhodně (chaoticky).
Za třetí: částice spolu interagují. Tato akce je způsobena silami přitažlivosti a odpuzování. Jejich hodnota závisí na vzdálenosti mezi částicemi.
Potvrzení prvního ustanovení ICB
Důkazem toho, že tělesa jsou složena z částic s mezerami mezi nimi, je jejich tepelná roztažnost. Takže když se tělo zahřeje, jeho velikost se zvětší. K tomu dochází v důsledku vzájemného odstraňování částic.
Další potvrzení toho, co bylo řečeno, je šíření. Tedy pronikání molekul jedné látky mezi částice druhé. Navíc je tento pohyb vzájemný. Difúze probíhá tím rychleji, čím dále od sebe jsou molekuly umístěny. Proto v plynech dojde k vzájemnému pronikání mnohem rychleji než v kapalinách. A v pevných látkách trvá difúze roky.
Mimochodem, poslední proces také vysvětluje tepelný pohyb. Ke vzájemnému pronikání látek do sebe totiž dochází bez jakéhokoli zásahu zvenčí. Ale lze to urychlit zahřátím těla.
Potvrzení druhé pozice MKT
Jasný důkaz, že existujetepelný pohyb je Brownův pohyb částic. Uvažuje se u suspendovaných částic, tedy u těch, které jsou výrazně větší než molekuly látky. Těmito částicemi mohou být prachové částice nebo zrna. A předpokládá se, že budou umístěny do vody nebo plynu.
Důvodem náhodného pohybu suspendované částice je to, že na ni molekuly působí ze všech stran. Jejich akce je nevyzpytatelná. Velikost dopadů v každém okamžiku je jiná. Výsledná síla je tedy směrována buď jedním nebo druhým směrem.
Pokud mluvíme o rychlosti tepelného pohybu molekul, pak pro to existuje speciální název - odmocnina. Lze jej vypočítat pomocí vzorce:
v=√[(3kT)/m0].
V něm je T teplota v Kelvinech, m0 je hmotnost jedné molekuly, k je Boltzmannova konstanta (k=1, 3810 -23 J/K).
Potvrzení třetího ustanovení ICB
Částice se přitahují a odpuzují. Při vysvětlení mnoha procesů spojených s tepelným pohybem se tato znalost ukazuje jako důležitá.
Koneckonců, síly interakce závisí na celkovém stavu hmoty. Plyny je tedy prakticky nemají, protože částice jsou odstraněny tak daleko, že se jejich účinek neprojeví. V kapalinách a pevných látkách jsou vnímatelné a zajišťují zachování objemu látky. V druhém případě také zaručují zachování tvaru.
Důkazem existence přitažlivých a odpudivých sil je výskyt elastických sil při deformaci těles. Takže s prodlužováním se přitažlivé síly mezi molekulami zvyšují a s tímkomprese – odpuzování. Ale v obou případech vrátí tělo do původního tvaru.
Průměrná energie tepelného pohybu
Lze to napsat ze základní rovnice MKT:
(pV)/N=(2E)/3.
V tomto vzorci p je tlak, V je objem, N je počet molekul, E je průměrná kinetická energie.
Na druhou stranu lze tuto rovnici napsat následovně:
(pV)/N=kT.
Pokud je spojíte, získáte následující rovnost:
(2E)/3=kT.
Z toho vyplývá následující vzorec pro průměrnou kinetickou energii molekul:
E=(3kT)/2.
Odtud je jasné, že energie je úměrná teplotě látky. To znamená, že když se zvětší, částice se pohybují rychleji. Toto je podstata tepelného pohybu, který existuje tak dlouho, dokud existuje teplota jiná než absolutní nula.
