§ 1. Tepelný pohyb. teplotaVo svete okolo nás sú rôzne fyzikálnych javov spojené s vykurovacími a chladiacimi telesami. Vieme, že keď sa ohrieva studená voda, najskôr sa zohreje a potom sa zohreje. Slovami ako „studený“, „teplý“ a „horúci“ poukazujeme na iný stupeň zahrievania telies, alebo, ako sa hovorí vo fyzike, na inú teplotu telies. Teplota teplej vody je vyššia ako teplota studenej vody. Teplota vzduchu v lete je vyššia ako v zime. Príklady tepelných javov:
a - topiaci sa ľad; b - zamrznutie vody Telesná teplota sa meria teplomerom a vyjadruje sa v stupňoch Celzia (°C). Už viete, že šírenie na viac vysoká teplota prebieha rýchlejšie. To znamená, že rýchlosť pohybu molekúl a teplota spolu súvisia. Keď teplota stúpa, rýchlosť pohybu molekúl sa zvyšuje, keď klesá, klesá. Preto telesná teplota závisí od rýchlosti pohybu molekúl. Teplá voda sa skladá z rovnakých molekúl ako studená voda. Rozdiel medzi nimi spočíva len v rýchlosti pohybu molekúl.Javy spojené s ohrevom alebo chladením telies, so zmenou teploty, sa nazývajú tepelné. Medzi takéto javy patrí napríklad zahrievanie a ochladzovanie vzduchu, topenie ľadu, topenie kovov atď. Topenie kovu Molekuly alebo atómy, ktoré tvoria telá, sú v nepretržitom náhodnom pohybe. Ich počet v telách okolo nás je veľmi veľký. Takže v objeme rovnajúcom sa 1 cm3 vody je asi 3,34 1022 molekúl. Každá molekula sa pohybuje po veľmi zložitej trajektórii. Je to spôsobené tým, že napríklad častice plynu pohybujúce sa vysokou rýchlosťou v rôznych smeroch narážajú do seba a do stien nádoby. V dôsledku toho zmenia rýchlosť a opäť pokračujú v pohybe. Obrázok 1 ukazuje trajektórie mikroskopických častíc farby rozpustených vo vode. Ryža. 1. Trajektória pohybu mikročastíc farby rozpustených vo vode Keďže jeho teplota súvisí s rýchlosťou pohybu molekúl telesa, náhodný pohyb častíc sa nazýva tzv tepelný pohyb.
V kvapalinách môžu molekuly navzájom oscilovať, rotovať a pohybovať sa. V pevných látkach molekuly a atómy kmitajú okolo určitých priemerných polôh.Na tepelnom pohybe sa podieľajú všetky molekuly telesa, preto so zmenou charakteru tepelného pohybu sa mení aj stav telesa a jeho vlastnosti. Takže keď teplota stúpne, ľad sa začne topiť a mení sa na kvapalinu. Ak sa teplota napríklad ortuti zníži, zmení sa z kvapaliny na pevnú látku kryštálová mriežkaľad Telesná teplota je v úzke spojenie s priemernou kinetickou energiou molekúl. Čím vyššia je telesná teplota, tým väčšia je priemerná kinetická energia jeho molekúl. Keď teplota telesa klesá, priemerná kinetická energia jeho molekúl klesá.
Táto lekcia pojednáva o koncepte tepelného pohybu a podobne fyzikálne množstvo ako teplota.
Tepelné javy v živote človeka majú veľký význam. Stretávame sa s nimi ako pri predpovedi počasia, tak aj pri vare obyčajnej vody. Tepelné javy sú spojené s takými procesmi, ako je vytváranie nových materiálov, tavenie kovov, spaľovanie paliva, vytváranie nových druhov palív pre automobily a lietadlá atď.
Teplota je jednou z najdôležitejšie pojmy spojené s tepelnými javmi, keďže často ide o teplotu najdôležitejšia charakteristika tepelné procesy.
Definícia.tepelné javy- ide o javy spojené s ohrievaním alebo ochladzovaním telies, ako aj so zmenou ich stavu agregácie (obr. 1).
Ryža. 1. Topenie ľadu, ohrev vody a odparovanie
Všetky tepelné javy sú spojené s teplota.
Všetky orgány sú charakterizované stavom ich tepelná rovnováha. Hlavná charakteristika tepelná rovnováha je teplota.
Definícia.Teplota je mierou "tepla" tela.
Keďže teplota je fyzikálna veličina, môže a mala by sa merať. Prístroj používaný na meranie teploty sa nazýva tzv teplomer(z gréčtiny. termo- "teplý", metero- „meriam“) (obr. 2).
Ryža. 2. Teplomer
Prvý teplomer (alebo skôr jeho analóg) vynašiel Galileo Galilei (obr. 3).
Ryža. 3. Galileo Galilei (1564-1642)
Vynález Galilea, ktorý predstavil svojim študentom na prednáškach na univerzite v r koncom XVI storočia (1597), bol tzv termoskop. Prevádzka akéhokoľvek teplomeru je založená na nasledujúcom princípe: fyzikálne vlastnosti látky sa menia s teplotou.
Galileova skúsenosť pozostávalo z nasledovného: vzal banku s dlhou stopkou a naplnil ju vodou. Potom vzal pohár vody, otočil banku hore dnom a vložil ju do pohára. Časť vody sa samozrejme vyliala, no v dôsledku toho určitá hladina vody v nohe zostala. Ak sa teraz banka (ktorá obsahuje vzduch) zahreje, hladina vody klesne a ak sa ochladí, naopak, stúpne. Je to spôsobené tým, že pri zahrievaní majú látky (najmä vzduch) tendenciu expandovať a pri ochladzovaní sa zužujú (preto sú koľajnice nesúvislé a drôty medzi pólmi sa niekedy trochu prehýbajú).
Ryža. 4. Skúsenosti s programom Galileo
Táto myšlienka tvorila základ prvého termoskopu (obr. 5), ktorý umožnil vyhodnotiť zmenu teploty (s takýmto termoskopom nie je možné presne zmerať teplotu, pretože jej hodnoty budú silne závisieť od atmosférického tlaku).
Ryža. 5. Kópia Galileovho termoskopu
Zároveň sa zaviedla takzvaná stupňová stupnica. Samotné slovo stupňa v latinčine znamená "krok".
Dodnes sa zachovali tri hlavné stupnice.
1. Celzia
Najpoužívanejšou stupnicou, ktorú pozná každý už od detstva, je Celziova stupnica.
Anders Celsius (obr. 6) - švédsky astronóm, ktorý navrhol nasledujúcu teplotnú stupnicu: - bod varu vody; - bod tuhnutia vody. V dnešnej dobe sme všetci zvyknutí na obrátenú Celziovu stupnicu.
Ryža. 6 Andres Celsius (1701-1744)
Poznámka: Sám Celsius povedal, že táto voľba mierky bola spôsobená jednoduchý fakt: ale v zime nebude žiadna mínusová teplota.
2. stupnica Fahrenheita
V Anglicku, USA, Francúzsku, Latinskej Amerike a niektorých ďalších krajinách je populárna stupnica Fahrenheita.
Gabriel Fahrenheit (obr. 7) je nemecký výskumník, inžinier, ktorý prvýkrát aplikoval vlastnú stupnicu pri výrobe skla. Fahrenheitova stupnica je tenšia: rozmer stupnice Fahrenheit je menší ako stupeň Celziovej stupnice.
Ryža. 7 Gabriel Fahrenheit (1686-1736)
3. Réaumurova stupnica
Technickú stupnicu vynašiel francúzsky výskumník R.A. Réaumur (obr. 8). Podľa tejto stupnice zodpovedá bodu tuhnutia vody, no Réaumur zvolil za bod varu vody teplotu 80 stupňov.
Ryža. 8. René Antoine Réaumur (1683-1757)
Vo fyzike tzv absolútna mierka - Kelvinova stupnica(obr. 8). 1 stupeň Celzia sa rovná 1 stupňu Kelvina, ale teplota v približne zodpovedá (obr. 9).
Ryža. 9. William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907)
Ryža. 10. Teplotné stupnice
Pripomeňme si, že pri zmene telesnej teploty sa menia jeho lineárne rozmery (pri zahrievaní sa teleso rozťahuje, pri ochladzovaní zužuje). Súvisí to so správaním molekúl. Pri zahrievaní sa rýchlosť pohybu častíc zvyšuje, respektíve začínajú častejšie interagovať a zväčšuje sa objem (obr. 11).
Ryža. 11. Zmena lineárnych rozmerov
Z toho môžeme usudzovať, že teplota je spojená s pohybom častíc, ktoré tvoria telesá (to platí pre pevné, kvapalné a plynné telesá).
Pohyb častíc v plynoch (obr. 12) je náhodný (keďže molekuly a atómy v plynoch prakticky neinteragujú).
Ryža. 12. Pohyb častíc v plynoch
Pohyb častíc v kvapalinách (obr. 13) je "skákavý", to znamená, že molekuly vedú "sedavý spôsob života", ale sú schopné "skákať" z jedného miesta na druhé. To určuje tekutosť kvapalín.
Ryža. 13. Pohyb častíc v kvapalinách
Pohyb častíc v pevných látkach (obr. 14) sa nazýva oscilačný.
Ryža. 14. Pohyb častíc v pevných látkach
Všetky častice sú teda v nepretržitom pohybe. Tento pohyb častíc sa nazýva tepelný pohyb(náhodný, chaotický pohyb). Tento pohyb sa nikdy nezastaví (pokiaľ má telo teplotu). Prítomnosť tepelného pohybu potvrdil v roku 1827 anglický botanik Robert Brown (obr. 15), podľa ktorého je tento pohyb tzv. Brownov pohyb.
Ryža. 15. Robert Brown (1773-1858)
K dnešnému dňu je známe, že nízka teplota, ktoré možno dosiahnuť je približne . Práve pri tejto teplote sa pohyb častíc zastaví (pohyb vnútri častíc samotných sa však nezastaví).
Skúsenosť Galilea bola popísaná skôr a na záver uvažujme o ďalšej skúsenosti – skúsenosti francúzskeho vedca Guillauma Amontona (obr. 15), ktorý v roku 1702 vynašiel tzv. plynový teplomer. S menšími zmenami sa tento teplomer zachoval dodnes.
Ryža. 15. Guillaume Amonton (1663-1705)
Skúsenosti z Amontonu
Ryža. 16. Skúsenosti Amontonu
Vezmite banku s vodou a uzavrite ju zátkou s tenkou hadičkou. Ak teraz ohrievate vodu, potom v dôsledku expanzie vody sa jej hladina v trubici zvýši. Podľa úrovne stúpania vody v trubici je možné vyvodiť záver o zmene teploty. Výhoda Teplomer Amonton je, že nezávisí od atmosférického tlaku.
V tejto lekcii sme uvažovali o takej dôležitej fyzikálnej veličine, akou je teplota. Študovali sme metódy jeho merania, charakteristiky a vlastnosti. V ďalšej lekcii tento koncept preskúmame vnútornej energie.
Bibliografia
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlová V.A., Roizena I.I. Fyzika 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fyzika 8. - M.: Osveta.
- Internetový portál "class-fizika.narod.ru" ()
- Internetový portál "school.xvatit.com" ()
- Internetový portál "ponimai.su" ()
Domáca úloha
1. č. 1-4 (odsek 1). Peryshkin A.V. Fyzika 8. - M.: Drop, 2010.
2. Prečo nemôže byť Galileov termoskop kalibrovaný?
3. Železný klinec nahriaty na sporáku:
Ako sa zmenila rýchlosť molekúl železa?
Ako sa zmení rýchlosť pohybu molekúl, ak sa necht spustí do studenej vody?
Ako to zmení rýchlosť molekúl vody?
Ako sa pri týchto pokusoch mení objem nechtu?
4. Balón bol presunutý z miestnosti do mrazu:
Ako sa zmení objem lopty?
Ako sa zmení rýchlosť pohybu molekúl vzduchu vo vnútri balóna?
Ako sa zmení rýchlosť molekúl vo vnútri lopty, ak sa vráti späť do miestnosti a navyše sa priloží k batérii?
teória: Atómy a molekuly sú v nepretržitom tepelnom pohybe, pohybujú sa náhodne, neustále menia smer a modul rýchlosti v dôsledku zrážok.
Čím vyššia je teplota, tým vyššia je rýchlosť molekúl. S klesajúcou teplotou sa rýchlosť molekúl znižuje. Existuje teplota, ktorá sa nazýva "absolútna nula" - teplota (-273 ° C), pri ktorej sa zastaví tepelný pohyb molekúl. Ale „absolútna nula“ je nedosiahnuteľná.
Brownov pohyb je náhodný pohyb mikroskopických častíc tuhej hmoty viditeľných suspendovaných v kvapaline alebo plyne, spôsobený tepelným pohybom častíc kvapaliny alebo plynu. Tento jav prvýkrát pozoroval v roku 1827 Robert Brown. Študoval peľ rastlín, ktorý bol vo vodnom prostredí. Brown si všimol, že peľ sa v priebehu času neustále posúva a čím vyššia je teplota, tým rýchlejšia je rýchlosť posunu peľu. Navrhol, že pohyb peľu je spôsobený skutočnosťou, že molekuly vody narážajú na peľ a spôsobujú jeho pohyb. 
Difúzia je proces vzájomného prenikania molekúl jednej látky do medzier medzi molekulami inej látky. 
Príkladom Brownovho pohybu je
1) náhodný pohyb peľu v kvapke vody
2) náhodný pohyb pakomárov pod lampášom
3) rozpúšťanie pevných látok v kvapalinách
4) penetrácia živiny od pôdy ku koreňom rastlín
Riešenie: z definície Brownovho pohybu je jasné, že správna odpoveď je 1. Peľ sa pohybuje náhodne vďaka tomu, že naň narážajú molekuly vody. Nestály pohyb pakomárov pod lampou nie je vhodný, keďže smer pohybu si vyberajú sami, posledné dve odpovede sú príklady difúzie.
odpoveď: 1.
Zadanie Oge z fyziky (skúšku vyriešim): Ktoré z nasledujúcich tvrdení je (sú) správne?
A. Molekuly alebo atómy v látke sú v nepretržitom tepelnom pohybe a jedným z argumentov v prospech tohto je fenomén difúzie.
B. Molekuly alebo atómy v hmote sú v nepretržitom tepelnom pohybe a dôkazom toho je fenomén konvekcie.
1) len A
2) len B
3) A aj B
4) ani A, ani B
Riešenie: Difúzia je proces vzájomného prenikania molekúl jednej látky do medzier medzi molekulami inej látky. Prvé tvrdenie je správne, Dohovor je prevod vnútornej energie s vrstvami kvapaliny alebo plynu sa ukazuje, že druhé tvrdenie nie je pravdivé.
odpoveď: 1.
Úloha Oge vo fyzike (fipi): 2) Olovená guľa sa zahrieva v plameni sviečky. Ako sa mení objem gule a priemerná rýchlosť pohybu jej molekúl počas procesu zahrievania?
Vytvorte súlad medzi fyzikálnymi veličinami a ich možnými zmenami.
Pre každú hodnotu určite vhodný charakter zmeny:
1) zvyšuje
2) klesá
3) sa nemení
Napíšte do tabuľky vybrané čísla pre každú fyzikálnu veličinu. Čísla v odpovedi sa môžu opakovať.
Riešenie (vďaka Milene) : 2) 1. Objem loptičky sa zväčší vďaka tomu, že sa molekuly začnú pohybovať rýchlejšie.
2. Rýchlosť molekúl pri zahrievaní sa zvýši.
odpoveď: 11.
Demonštračná práca Možnosť OGE 2019:
Jedným z ustanovení molekulárno-kinetickej teórie štruktúry hmoty je, že „častice hmoty (molekuly, atómy, ióny) sú v nepretržitom chaotickom pohybe“. Čo znamenajú slová „nepretržitý pohyb“?
1) Častice sa vždy pohybujú určitým smerom.
2) Pohyb častíc hmoty nepodlieha žiadnym zákonom.
3) Všetky častice sa spolu pohybujú jedným alebo druhým smerom.
4) Pohyb molekúl sa nikdy nezastaví.
Riešenie: Molekuly sa pohybujú, vďaka zrážkam sa rýchlosť molekúl neustále mení, takže nevieme vypočítať rýchlosť a smer každej molekuly, ale vieme vypočítať strednú kvadratúrnu rýchlosť molekúl a tá súvisí s teplotou, keďže teplota klesá, rýchlosť molekúl klesá. Je vypočítané, že teplota, pri ktorej sa pohyb molekúl zastaví, je -273 °C (najnižšia možná teplota v prírode). Ale to nie je dosiahnuteľné. takže molekuly sa nikdy neprestanú pohybovať.
tepelný pohyb
Akákoľvek látka pozostáva z najmenších častíc - molekúl. Molekula je najmenšia častica danej látky, ktorá si podrží všetko svoje Chemické vlastnosti. Molekuly sú umiestnené diskrétne v priestore, t. j. v určitej vzdialenosti od seba, a sú v stave nepretržitého nestály (chaotický) pohyb .
Pretože telá sa skladajú z Vysoké číslo molekuly a pohyb molekúl je náhodný, potom sa nedá presne povedať, koľko úderov zažije tá či oná molekula od ostatných. Preto hovoria, že poloha molekuly, jej rýchlosť v každom časovom okamihu je náhodná. To však neznamená, že pohyb molekúl nie je v súlade s určitými zákonmi. Najmä, aj keď sú rýchlosti molekúl v určitom časovom bode rôzne, väčšina z nich má rýchlosti blízke určitej určitej hodnote. Zvyčajne, keď hovoríme o rýchlosti pohybu molekúl, znamenajú priemerná rýchlosť (v$cp).
Nie je možné určiť konkrétny smer, ktorým sa všetky molekuly pohybujú. Pohyb molekúl sa nikdy nezastaví. Môžeme povedať, že je nepretržitý. Takýto nepretržitý chaotický pohyb atómov a molekúl sa nazýva -. Tento názov je určený skutočnosťou, že rýchlosť pohybu molekúl závisí od teploty tela. Čím väčšia je priemerná rýchlosť pohybu molekúl tela, tým vyššia je jeho teplota. Naopak, čím vyššia je teplota telesa, tým väčšia je priemerná rýchlosť molekúl.
Pohyb tekutých molekúl bol objavený pozorovaním Brownovho pohybu - pohybu veľmi malých pevných častíc v ňom suspendovaných. Každá častica nepretržite skáče v ľubovoľných smeroch a opisuje trajektóriu vo forme prerušovanej čiary. Toto správanie častíc možno vysvetliť predpokladom, že na ne narazia molekuly kvapaliny súčasne z rôznych strán. Rozdiel v počte týchto dopadov z opačných smerov vedie k pohybu častice, pretože jej hmotnosť je úmerná hmotnostiam samotných molekúl. Pohyb takýchto častíc prvýkrát objavil v roku 1827 anglický botanik Brown, ktorý pozoroval peľové častice vo vode pod mikroskopom, a preto sa nazýval - Brownov pohyb.
Čo podľa vás určuje rýchlosť rozpúšťania cukru vo vode? Môžete urobiť jednoduchý experiment. Vezmite dva kúsky cukru a jeden hoďte do pohára vriacej vody, druhý do pohára studenej vody.
Uvidíte, ako sa cukor vo vriacej vode rozpúšťa niekoľkokrát rýchlejšie ako v studená voda. Príčinou rozpúšťania je difúzia. To znamená, že k difúzii dochádza rýchlejšie pri vyšších teplotách. Difúzia je spôsobená pohybom molekúl. Preto sme dospeli k záveru, že molekuly sa pri vyšších teplotách pohybujú rýchlejšie. To znamená, že rýchlosť ich pohybu závisí od teploty. Preto sa náhodný chaotický pohyb molekúl, ktoré tvoria telo, nazýva tepelný pohyb.
Tepelný pohyb molekúl
So stúpajúcou teplotou sa zvyšuje tepelný pohyb molekúl a menia sa vlastnosti látky. Pevné topí, mení sa na kvapalinu, kvapalina sa vyparuje a prechádza do plynného stavu. Preto, ak sa teplota zníži, potom sa zníži aj priemerná energia tepelného pohybu molekúl, a teda procesy zmeny stavu agregácie telies nastanú v opačný smer: voda kondenzuje na kvapalinu, kvapalina zamrzne do pevného stavu. Zároveň vždy hovoríme o priemerných hodnotách teploty a molekulárnej rýchlosti, pretože vždy existujú častice s väčšími a menšími hodnotami týchto hodnôt.
Molekuly v látkach sa pohybujú a prechádzajú určitú vzdialenosť, preto vykonávajú určitú prácu. To znamená, že môžeme hovoriť o kinetickej energii častíc. V dôsledku ich vzájomného usporiadania existuje aj potenciálna energia molekúl. Keď hovoríme o kinetickej a potenciálnej energii telies, hovoríme o existencii celkovej mechanickej energie telies. Ak majú častice telesa kinetickú a potenciálnu energiu, môžeme teda hovoriť o súčte týchto energií ako o nezávislej veličine.
Vnútorná energia tela
Zvážte príklad. Ak hodíme elastickú loptičku na podlahu, potom sa kinetická energia jej pohybu v momente dotyku s podlahou úplne premení na potenciálnu energiu a potom sa pri odraze opäť premení na kinetickú energiu. Ak hodíme ťažkú železnú guľu na tvrdý, nepružný povrch, loptička dopadne bez odrazu. Jeho kinetická a potenciálna energia po pristátí sa bude rovnať nule. Kam sa podela energia? Len tak zmizla? Ak po kolízii preskúmame loptičku a povrch, vidíme, že loptička sa trochu sploštila, na povrchu zostala priehlbina a obe sa mierne zahriali. To znamená, že došlo k zmene usporiadania molekúl telies a zvýšila sa aj teplota. To znamená, že kinetická a potenciálna energia častíc telesa sa zmenila. Energia tela nikam neodišla, prešla do vnútornej energie tela. Vnútorná energia sa nazýva kinetická a potenciálna energia všetkých častíc telesa. Zrážka telies spôsobila zmenu vnútornej energie, tá sa zväčšila a mechanická energia klesla. Toto sa skladá