אירועים של העולם הפיזי קשורים קשר בל יינתק עם שינויים בטמפרטורה. כל אדם מתוודע אליו בילדותו המוקדמת, כאשר הוא מבין שהקרח קר ומים רותחים בוערים. במקביל, מגיעה ההבנה שתהליכי שינוי הטמפרטורה אינם מתרחשים באופן מיידי. מאוחר יותר, בבית הספר, התלמיד לומד שזה קשור לתנועה תרמית. וחלק שלם של פיזיקה מוקדש לתהליכים הקשורים לטמפרטורה.
מהי טמפרטורה?
זהו מושג מדעי שהוצג כדי להחליף מונחים יומיומיים. בחיי היומיום מופיעות כל הזמן מילים כמו חם, קר או חם. כולם מדברים על מידת החימום של הגוף. כך זה מוגדר בפיזיקה, רק בתוספת שמדובר בכמות סקלרית. אחרי הכל, לטמפרטורה אין כיוון, אלא רק ערך מספרי.
במערכת הבינלאומית של יחידות (SI), הטמפרטורה נמדדת במעלות צלזיוס (ºС). אבל בנוסחאות רבות המתארות תופעות תרמיות, נדרש להמיר אותה לקלווין (K). ליש נוסחה פשוטה לכך: T \u003d t + 273. בה, T היא הטמפרטורה בקלווין, ו-t היא בצלזיוס. הרעיון של טמפרטורת האפס המוחלט קשור לסולם קלווין.
ישנם מספר סולמות טמפרטורה אחרים. באירופה ובאמריקה, למשל, משתמשים בפרנהייט (F). לכן, הם חייבים להיות מסוגלים לכתוב בצלזיוס. לשם כך, הורידו 32 מהקריאות ב-F, ואז חלקו אותו ב-1, 8.
ניסוי ביתי
בהסבר שלו, אתה צריך לדעת מושגים כמו טמפרטורה, תנועה תרמית. וקל להשלים את החוויה הזו.
זה ייקח שלוש מכולות. הם צריכים להיות גדולים מספיק כדי שהידיים יוכלו להיכנס אליהם בקלות. ממלאים אותם במים בטמפרטורות שונות. בהתחלה, זה חייב להיות קר מאוד. בשני - מחומם. לשפוך מים חמים לשלישי, כזה שבו ניתן יהיה להחזיק יד.
עכשיו החוויה עצמה. טובלים את יד שמאל במיכל מים קרים, ימין - עם הכי חם. המתן כמה דקות. הוציאו אותם והטבלו אותם מיד בכלי עם מים חמימים.
התוצאה תהיה בלתי צפויה. יד שמאל תרגיש שהמים חמים ואילו יד ימין תרגיש מים קרים. זה נובע מהעובדה ששיווי משקל תרמי נוצר לראשונה עם אותם נוזלים שבהם הידיים טבולות בתחילה. ואז האיזון הזה מופר מאוד.
העיקרים העיקריים של התיאוריה הקינטית המולקולרית
זה מתאר את כל התופעות התרמיות. וההצהרות האלה די פשוטות. לכן, בשיחה על תנועה תרמית, יש להכיר את ההוראות הללונדרש.
ראשית: חומרים נוצרים על ידי החלקיקים הקטנים ביותר שנמצאים במרחק מסוים זה מזה. יתר על כן, חלקיקים אלה יכולים להיות גם מולקולות וגם אטומים. והמרחק ביניהם גדול פי כמה מגודל החלקיקים.
שני: בכל החומרים יש תנועה תרמית של מולקולות, שלעולם לא נפסקת. החלקיקים נעים באופן אקראי (כאוטי).
שלישי: חלקיקים מקיימים אינטראקציה זה עם זה. פעולה זו נובעת מכוחות המשיכה והדחייה. ערכם תלוי במרחק בין החלקיקים.
אישור על ההוראה הראשונה של ICB
הוכחה לכך שגופים מורכבים מחלקיקים עם מרווחים ביניהם היא ההתפשטות התרמית שלהם. אז, כאשר הגוף מחומם, גודלו גדל. זה קורה עקב הסרה של חלקיקים זה מזה.
אישור נוסף למה שנאמר הוא דיפוזיה. כלומר, חדירת מולקולות של חומר אחד בין חלקיקים של אחר. יתר על כן, תנועה זו היא הדדית. הפיזור ממשיך מהר יותר, ככל שהמולקולות ממוקמות רחוק יותר. לכן, בגזים, חדירה הדדית תתרחש הרבה יותר מהר מאשר בנוזלים. ובמוצקים, הדיפוזיה לוקחת שנים.
אגב, התהליך האחרון מסביר גם תנועה תרמית. הרי החדירה ההדדית של חומרים זה לתוך זה מתרחשת ללא כל הפרעה מבחוץ. אבל אפשר להאיץ אותו על ידי חימום הגוף.
אישור המיקום השני של ה-MKT
הוכחה מבריקה שישתנועה תרמית היא התנועה הבראונית של חלקיקים. זה נחשב לחלקיקים מרחפים, כלומר לאלה שגדולים משמעותית מהמולקולות של חומר. חלקיקים אלה יכולים להיות חלקיקי אבק או גרגרים. והם אמורים להיות מונחים במים או בגז.
הסיבה לתנועה אקראית של חלקיק מרחף היא שמולקולות פועלות עליו מכל הצדדים. הפעולה שלהם לא סדירה. עוצמת ההשפעות בכל נקודת זמן שונה. לכן, הכוח המתקבל מופנה לכיוון זה או אחר.
אם מדברים על מהירות התנועה התרמית של מולקולות, אז יש לזה שם מיוחד - שורש ממוצע ריבוע. ניתן לחשב אותו באמצעות הנוסחה:
v=√[(3kT)/m0].
בתו, T היא הטמפרטורה בקלווין, m0 היא המסה של מולקולה אחת, k הוא קבוע בולצמן (k=1, 3810 -23 J/K).
אישור של ההוראה השלישית של ICB
חלקיקים מושכים ודוחים. בהסבר של תהליכים רבים הקשורים לתנועה תרמית, הידע הזה מתברר כחשוב.
אחרי הכל, כוחות האינטראקציה תלויים במצב המצטבר של החומר. אז, לגזים כמעט אין אותם, מכיוון שהחלקיקים מוסרים עד כדי כך שהשפעתם לא באה לידי ביטוי. בנוזלים ובמוצקים הם ניתנים לתחושה ומבטיחים שימור נפח החומר. באחרון, הם גם מבטיחים את שמירת הצורה.
הוכחה לקיומם של כוחות משיכה ודחייה היא הופעת כוחות אלסטיים במהלך דפורמציה של גופים. אז, עם התארכות, כוחות המשיכה בין מולקולות מתגברים, ועםדחיסה - דחייה. אבל בשני המקרים, הם מחזירים את הגוף לצורתו המקורית.
אנרגיה ממוצעת של תנועה תרמית
ניתן לכתוב אותו ממשוואת MKT הבסיסית:
(pV)/N=(2E)/3.
בנוסחה זו, p הוא לחץ, V הוא נפח, N הוא מספר המולקולות, E הוא האנרגיה הקינטית הממוצעת.
מאידך, ניתן לכתוב משוואה זו באופן הבא:
(pV)/N=kT.
אם תשלב אותם, תקבל את השוויון הבא:
(2E)/3=kT.
מתוכו נובעת הנוסחה הבאה עבור האנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות:
E=(3kT)/2.
מכאן ברור שהאנרגיה פרופורציונלית לטמפרטורת החומר. כלומר, כאשר האחרון גדל, החלקיקים נעים מהר יותר. זוהי המהות של תנועה תרמית, שקיימת כל עוד יש טמפרטורה שאינה אפס מוחלט.
