Događaji u fizičkom svijetu neraskidivo su povezani s promjenama temperature. Svaka se osoba s njim upozna u ranom djetinjstvu, kada shvati da je led hladan, a kipuća voda gori. U isto vrijeme dolazi do shvaćanja da se procesi promjene temperature ne događaju trenutno. Kasnije, u školi, učenik uči da je to povezano s toplinskim gibanjem. I cijeli dio fizike posvećen je procesima povezanim s temperaturom.
Što je temperatura?
Ovo je znanstveni koncept uveden kako bi zamijenio svakodnevne pojmove. U svakodnevnom životu stalno se pojavljuju riječi poput vruće, hladno ili toplo. Svi oni govore o stupnju zagrijavanja tijela. Tako je definirana u fizici, samo uz dodatak da je to skalarna veličina. Uostalom, temperatura nema smjer, već samo brojčanu vrijednost.
U Međunarodnom sustavu jedinica (SI), temperatura se mjeri u stupnjevima Celzijusa (ºS). Ali u mnogim formulama koje opisuju toplinske pojave, potrebno ga je pretvoriti u Kelvin (K). ZaZa to postoji jednostavna formula: T \u003d t + 273. U njoj je T temperatura u Kelvinima, a t u Celzijusu. Koncept temperature apsolutne nule povezan je s Kelvinovom skalom.
Postoji nekoliko drugih temperaturnih ljestvica. U Europi i Americi, na primjer, koristi se Fahrenheit (F). Stoga moraju znati pisati u Celzijusu. Da biste to učinili, oduzmite 32 od očitanja u F, a zatim ga podijelite s 1, 8.
Kućni eksperiment
U njegovom objašnjenju morate poznavati pojmove kao što su temperatura, toplinsko gibanje. I lako je dovršiti ovo iskustvo.
Bit će potrebna tri kontejnera. Trebale bi biti dovoljno velike da u njih lako stanu ruke. Napunite ih vodom različitih temperatura. U prvom mora biti jako hladno. U drugom - grijano. U treću ulijte vruću vodu, onu u kojoj će se moći držati za ruku.
Sada samo iskustvo. Umočite lijevu ruku u posudu s hladnom vodom, desnu - s najtoplijom. Pričekajte par minuta. Izvadite ih i odmah uronite u posudu s toplom vodom.
Rezultat će biti neočekivan. Lijeva ruka će osjetiti da je voda topla, dok će desna osjetiti hladnu vodu. To je zbog činjenice da se toplinska ravnoteža prvo uspostavlja s onim tekućinama u koje su ruke prvotno uronjene. A onda se ta ravnoteža oštro poremeti.
Glavna načela teorije molekularne kinetike
Opisuje sve toplinske pojave. A ove su izjave prilično jednostavne. Stoga bi u razgovoru o toplinskom gibanju ove odredbe trebale biti poznatepotrebno.
Prvo: tvari se tvore od najmanjih čestica koje se nalaze na određenoj udaljenosti jedna od druge. Štoviše, te čestice mogu biti i molekule i atomi. A udaljenost između njih je višestruko veća od veličine čestica.
Drugo: u svim tvarima postoji toplinsko kretanje molekula, koje nikada ne prestaje. Čestice se kreću nasumično (haotično).
Treće: čestice međusobno djeluju. Ovo djelovanje je posljedica sila privlačenja i odbijanja. Njihova vrijednost ovisi o udaljenosti između čestica.
Potvrda prve odredbe ICB-a
Dokaz da su tijela sastavljena od čestica s prazninama između njih je njihovo toplinsko širenje. Dakle, kada se tijelo zagrije, njegova veličina se povećava. To se događa zbog uklanjanja čestica jedna od druge.
Još jedna potvrda rečenog je difuzija. To jest, prodiranje molekula jedne tvari između čestica druge. Štoviše, ovaj pokret je obostran. Difuzija se odvija brže, što su molekule udaljenije. Stoga će se u plinovima međusobno prodiranje dogoditi mnogo brže nego u tekućinama. A u čvrstim tvarima, difuzija traje godinama.
Usput, posljednji proces također objašnjava toplinsko gibanje. Uostalom, međusobno prodiranje tvari jedna u drugu događa se bez ikakvih smetnji izvana. Ali to se može ubrzati zagrijavanjem tijela.
Potvrda druge pozicije MKT
Sjajan dokaz da postojitoplinsko gibanje je Brownovo gibanje čestica. Smatra se za suspendirane čestice, odnosno za one koje su znatno veće od molekula tvari. Te čestice mogu biti čestice prašine ili zrna. I treba ih staviti u vodu ili plin.
Razlog nasumičnog kretanja suspendirane čestice je to što molekule djeluju na nju sa svih strana. Njihovo djelovanje je nestalno. Veličina utjecaja u svakom trenutku je različita. Stoga je rezultirajuća sila usmjerena ili u jednom ili u drugom smjeru.
Ako govorimo o brzini toplinskog gibanja molekula, onda za nju postoji poseban naziv - srednji kvadrat. Može se izračunati pomoću formule:
v=√[(3kT)/m0].
U njemu je T temperatura u Kelvinima, m0 je masa jedne molekule, k je Boltzmannova konstanta (k=1, 3810 -23 J/K).
Potvrda treće odredbe ICB-a
Čestice privlače i odbijaju. U objašnjavanju mnogih procesa povezanih s toplinskim gibanjem, ovo se znanje pokazalo važnim.
Uostalom, sile interakcije ovise o agregatnom stanju materije. Dakle, plinovi ih praktički nemaju, jer su čestice uklonjene toliko da se njihov učinak ne očituje. U tekućinama i krutim tvarima oni su uočljivi i osiguravaju očuvanje volumena tvari. U potonjem također jamče održavanje oblika.
Dokaz postojanja sila privlačenja i odbijanja je pojava elastičnih sila tijekom deformacije tijela. Dakle, s produljenjem, sile privlačenja između molekula se povećavaju, a skompresija – odbijanje. Ali u oba slučaja vraćaju tijelo u izvorni oblik.
Prosječna energija toplinskog gibanja
Može se napisati iz osnovne MKT jednadžbe:
(pV)/N=(2E)/3.
U ovoj formuli, p je tlak, V je volumen, N je broj molekula, E je prosječna kinetička energija.
S druge strane, ova se jednadžba može napisati na sljedeći način:
(pV)/N=kT.
Ako ih kombinirate, dobit ćete sljedeću jednakost:
(2E)/3=kT.
Iz nje slijedi sljedeća formula za prosječnu kinetičku energiju molekula:
E=(3kT)/2.
Odavde je jasno da je energija proporcionalna temperaturi tvari. To jest, kada se potonji povećava, čestice se kreću brže. Ovo je bit toplinskog kretanja, koje postoji sve dok postoji temperatura različita od apsolutne nule.
