Ce este aceasta: mișcarea termică? Cu ce noțiuni este legată?

Evenimentele lumii fizice sunt inextricabil legate de schimbările de temperatură. Cu ea, fiecare persoană se cunoaște în copilăria timpurie, când înțelege că gheața este rece, iar apa fiartă arde. În același timp, se înțelege că procesele de schimbare de temperatură nu apar instantaneu. Abia în școală elevul află că acest lucru se datorează mișcării termice. Iar procesele asociate temperaturii au identificat o întreagă secțiune a fizicii.

Care este temperatura?

Acest concept științific este introdus pentru a înlocui termenii obișnuiți. În viața de zi cu zi, vor apărea constant cuvinte, cum ar fi fierbinte, reci sau calde. Toți vorbesc despre gradul de căldură al corpului. Acesta este modul în care este definit în fizică, numai cu adăugarea că este o cantitate scalară. La urma urmei, temperatura nu are nici o direcție, ci doar o valoare numerică.

În sistemul internațional de unități (SI), temperatura este măsurată în grade Celsius (° C). Dar în multe formule care descriu fenomenele termice, este necesar să o traducem în Kelvin (K). Pentru aceasta, există o formulă simplă: T = t + 273. În ea, T este temperatura în Kelvin și t este în Celsius. Scara Kelvin este asociată cu conceptul de temperatură zero absolută.

Există mai multe scale de temperatură. În Europa și America, de exemplu, în cursul Fahrenheitului (F). Prin urmare, ei trebuie să poată scrie în Celsius. Pentru a face acest lucru, este necesar să se scadă 32 din citirile din F, apoi să se împartă cu 1,8.

Experimentul de acasă

În explicația sa este necesară cunoașterea unor concepte precum temperatura, mișcarea termică. Da, și pentru a realiza această experiență este ușor.

Va lua trei tancuri pentru el. Ar trebui să fie suficient de mari pentru a se potrivi cu ușurință în mâinile lor. Umpleți-le cu apă de temperaturi diferite. În primul rând, trebuie să fie foarte rece. În al doilea - încălzit. În al treilea rând, se toarnă apă fierbinte, una în care mâna va fi posibilă pentru a ține.

Acum experiența în sine. Coborâți mâna stângă într-un recipient de apă rece, cel potrivit cu cea mai tare. Așteptați câteva minute. Îndepărtați-le și imersați-le imediat într-un vas cu apă caldă.

Rezultatul va fi neașteptat. Mâna stângă va simți că apa este caldă, dreapta va avea un sentiment de apă rece. Acest lucru se datorează faptului că la început echilibrul termic este stabilit cu acele lichide în care mâinile sunt scufundate inițial. Și apoi acest echilibru este grav încălcat.

Principalele prevederi ale teoriei moleculare-cinetice

Ea descrie toate fenomenele de căldură. Și aceste afirmații sunt destul de simple. Prin urmare, este necesar să cunoaștem aceste dispoziții într-o conversație despre mișcarea termică.

În primul rând: substanțele sunt formate din particule minuscule, situate la o anumită distanță una de cealaltă. Și aceste particule pot fi molecule și atomi. Iar distanța dintre ele este de multe ori mai mare decât dimensiunea particulelor.

În al doilea rând: în toate substanțele se observă mișcarea termică a moleculelor, care nu se oprește niciodată. Particulele se mișcă aleatoriu (haotic).

În al treilea rând: particulele interacționează între ele. Această acțiune se datorează forțelor de atracție și repulsie. Valoarea lor depinde de distanța dintre particule.

Confirmarea primei prevederi MKT

Dovada faptului că corpurile constau din particule, între care există lacune, este expansiunea lor termică. Astfel, atunci când corpul este încălzit, mărimea acestuia crește. Acest lucru se datorează eliminării particulelor unul de celălalt.

O altă confirmare a acestui fapt este difuzarea. Adică, pătrunderea moleculelor unei substanțe între particulele celeilalte. Iar această mișcare se dovedește a fi reciprocă. Difuzia are loc mai repede, moleculele mai îndepărtate sunt situate. Prin urmare, în gaze, penetrarea reciprocă va avea loc mult mai rapid decât în lichide. Și în solide, difuzia necesită ani.

Apropo, ultimul proces explică mișcarea termică. La urma urmei, penetrarea reciprocă a substanțelor în recipiente are loc fără interferențe din exterior. Dar poate fi accelerat dacă corpul este încălzit.

Confirmarea celei de-a doua prevederi MKT

O dovadă vie a existenței unei mișcări termice este mișcarea tulburată a particulelor. Se consideră pentru particulele suspendate, adică pentru cele care sunt substanțial mai mari decât moleculele de materie. Aceste particule pot fi particule de praf sau granule. Și le puneți în apă sau gaz.

Motivul pentru mișcarea aleatorie a particulelor suspendate este că moleculele acționează pe toate laturile. Acțiunea lor este aleatorie. Amplitudinea impacturilor la fiecare moment este diferită. Prin urmare, forța rezultantă este îndreptată într-o direcție și cealaltă.

Dacă vorbim despre viteza mișcării termice a moleculelor, atunci pentru ea există un nume special - media patratică. Acesta poate fi calculat prin formula:

V = √ [(3kT) / m ₀ ].

În acesta, T este temperatura în Kelvin, m ₀ este masa unei molecule, k este constanta Boltzmann (k = 1,38 * 10 ^-23 J / K).

Confirmarea celei de-a treia dispoziții a ICB

Particulele atrag și resping. În explicarea multor procese asociate cu mișcarea termică, aceste cunoștințe sunt importante.

La urma urmei, forțele de interacțiune depind de starea agregată a materiei. Astfel, practic nu au gaze, deoarece particulele sunt îndepărtate atât de mult încât acțiunea lor nu se manifestă. În lichide și solide sunt perceptibile și asigură conservarea volumului de materie. În cele din urmă, acestea garantează și menținerea formei.

Dovada existenței forțelor de atracție și repulsie este apariția forțelor elastice în deformarea corpurilor. Astfel, atunci când alungirea crește, forțele de atracție dintre molecule cresc, iar în cazul compresiei, forțele de atracție sunt respinse. Dar, în ambele cazuri, ei returnează corpul în forma sa originală.

Energia medie a mișcării termice

Poate fi scris din ecuația MKT de bază :

(PV) / N = (2E) / 3.

În această formulă, p este presiunea, V este volumul, N este numărul de molecule și E este energia cinetică medie.

Pe de altă parte, această ecuație poate fi scrisă ca:

(PV) / N = kT.

Dacă le combinați, veți obține următoarea egalitate:

(2E) / 3 = kT.

Din aceasta urmează o formulă pentru energia cinetică medie a moleculelor:

E = (3kT) / 2.

Prin urmare, este clar că energia este proporțională cu temperatura substanței. Adică, atunci când acesta crește, particulele se mișcă mai repede. Aceasta este esența mișcării termice care există, atâta timp cât există o temperatură diferită de zero absolută.