§ 1. Termal hareket. sıcaklıkÇevremizdeki dünyada, çeşitli fiziksel olaylar Isıtma ve soğutma gövdeleri ile ilgili. Biliyoruz ki soğuk su ısıtıldığında önce ısınır, sonra ısınır. "Soğuk", "ılık" ve "sıcak" gibi kelimelerle, cisimlerin farklı bir ısınma derecesine veya fizikte dedikleri gibi, farklı bir vücut sıcaklığına işaret ediyoruz. Sıcak su sıcaklığı, soğuk su sıcaklığından daha yüksektir. Yazın hava sıcaklığı kışın olduğundan daha yüksektir. Termal olaylara örnekler:
a - eriyen buz; b - suyun donması Vücut ısısı bir termometre ile ölçülür ve Santigrat derece (°C) olarak ifade edilir. Difüzyonu zaten biliyorsunuz. Yüksek sıcaklık daha hızlı gerçekleşir. Bu, moleküllerin hareket hızının ve sıcaklığın ilişkili olduğu anlamına gelir. Sıcaklık arttığında moleküllerin hareket hızı artar, azaldığında azalır. Bu nedenle vücut ısısı moleküllerin hareket hızına bağlıdır. Sıcak su, soğuk su ile aynı moleküllerden oluşur. Aralarındaki fark sadece moleküllerin hareket hızında yatmaktadır.Isıtma veya soğutma cisimleriyle ilişkili, sıcaklıktaki bir değişiklikle ilgili olaylara termal denir. Bu tür fenomenler arasında örneğin havanın ısıtılması ve soğutulması, buzun erimesi, metallerin erimesi vb. Cisimleri oluşturan moleküller veya atomlar sürekli rastgele hareket halindedir. Çevremizdeki bedenlerdeki sayıları çok fazladır. Yani 1 cm3 su hacminde yaklaşık 3.34 1022 molekül vardır. Her molekül çok karmaşık bir yörünge boyunca hareket eder. Bunun nedeni, örneğin farklı yönlerde yüksek hızlarda hareket eden gaz parçacıklarının birbirleriyle ve kabın duvarlarıyla çarpışmasıdır. Sonuç olarak, hızlarını değiştirirler ve tekrar hareket etmeye devam ederler. Şekil 1, suda çözünmüş mikroskobik boya parçacıklarının yörüngelerini göstermektedir. Pirinç. 1. Suda çözünen boya mikropartiküllerinin hareketinin yörüngesi Sıcaklığı, vücut moleküllerinin hareket hızı ile ilgili olduğundan, parçacıkların rastgele hareketine denir. termal hareket.
Sıvılarda moleküller salınım yapabilir, dönebilir ve birbirlerine göre hareket edebilir. Katılarda moleküller ve atomlar belirli ortalama konumlar etrafında titreşirler Vücudun tüm molekülleri termal harekete katılır, bu nedenle termal hareketin doğasındaki bir değişiklikle vücudun durumu ve özellikleri de değişir. Böylece, sıcaklık yükseldiğinde, buz erimeye başlar ve bir sıvıya dönüşür. Örneğin cıvanın sıcaklığı düşürülürse sıvıdan katıya dönüşür. kristal kafes buz Vücut ısısı yakın bağlantı moleküllerin ortalama kinetik enerjisi ile Vücut sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi o kadar yüksek olur. Bir cismin sıcaklığı azaldıkça moleküllerinin ortalama kinetik enerjisi azalır.
Bu ders termal hareket kavramını ve benzeri konuları tartışır. fiziksel miktar sıcaklık gibi.
İnsan hayatındaki termal olaylar büyük önem taşımaktadır. Hem hava tahmini sırasında hem de sıradan suyun kaynatılması sırasında karşılaşıyoruz. Termal olaylar, yeni malzemelerin yaratılması, metallerin eritilmesi, yakıtın yanması, otomobiller ve uçaklar için yeni yakıt türlerinin yaratılması gibi süreçlerle ilişkilidir.
Sıcaklık bunlardan biridir en önemli kavramlar genellikle sıcaklık olduğundan, termal olaylarla ilişkilidir. en önemli özellik termal süreçler.
Tanım.termal olaylar- bunlar, cisimlerin ısınması veya soğutulması ve ayrıca kümelenme durumlarındaki bir değişiklik ile ilişkili fenomenlerdir (Şekil 1).
Pirinç. 1. Buz eritme, su ısıtma ve buharlaşma
Tüm termal olaylar ile ilişkilidir sıcaklık.
Tüm bedenler durumlarıyla karakterize edilir. Termal denge. Ana karakteristik termal denge sıcaklıktır.
Tanım.Sıcaklık vücudun "sıcaklığının" bir ölçüsüdür.
Sıcaklık fiziksel bir büyüklük olduğu için ölçülebilir ve ölçülmelidir. Sıcaklığı ölçmek için kullanılan alete denir. termometre(Yunancadan. termo- "ılık", metre- “Ölçüyorum”) (Şekil 2).
Pirinç. 2. Termometre
İlk termometre (veya daha doğrusu analogu) Galileo Galilei tarafından icat edildi (Şekil 3).
Pirinç. 3. Galileo Galilei (1564-1642)
Üniversitede derslerde öğrencilerine sunduğu Galileo'nun icadı geç XVI yüzyıl (1597), olarak adlandırıldı termoskop. Herhangi bir termometrenin çalışması aşağıdaki prensibe dayanmaktadır: fiziksel özellikler maddeler sıcaklıkla değişir.
Galileo'nun deneyimişunlardan oluşuyordu: uzun saplı bir şişe aldı ve suyla doldurdu. Sonra bir bardak su aldı ve matarayı ters çevirerek bir bardağa yerleştirdi. Suyun bir kısmı tabii ki döküldü, ancak sonuç olarak bacakta belirli bir miktar su kaldı. Şimdi (hava içeren) şişe ısıtılırsa, su seviyesi düşecek ve soğutulursa, tam tersine yükselecektir. Bunun nedeni, ısıtıldıklarında maddelerin (özellikle havanın) genleşme eğiliminde olmaları ve soğutulduklarında daralmalarıdır (bu nedenle raylar süreksiz hale getirilir ve kutuplar arasındaki teller bazen biraz sarkar).
Pirinç. 4. Galileo'nun Deneyimi
Bu fikir, sıcaklıktaki değişikliği değerlendirmeyi mümkün kılan ilk termoskopun (Şekil 5) temelini oluşturdu (okumaları atmosfer basıncına güçlü bir şekilde bağlı olacağından, sıcaklığı böyle bir termoskopla doğru bir şekilde ölçmek imkansızdır).
Pirinç. 5. Galileo'nun termoskopunun kopyası
Aynı zamanda, sözde derece ölçeği tanıtıldı. çok kelime derece Latince "adım" anlamına gelir.
Bugüne kadar, üç ana ölçek hayatta kaldı.
1. Santigrat
Çocukluğundan beri herkesin bildiği en yaygın kullanılan ölçek Celsius ölçeğidir.
Anders Celsius (Şekil 6) - Aşağıdaki sıcaklık ölçeğini öneren İsveçli gökbilimci: - suyun kaynama noktası; - suyun donma noktası. Günümüzde hepimiz ters Celsius ölçeğine alışkınız.
Pirinç. 6 Andres Santigrat (1701-1744)
Not: Celsius'un kendisi, bu ölçek seçiminin neden olduğunu söyledi. basit gerçek: ancak kışın negatif sıcaklık olmayacaktır.
2. Fahrenhayt ölçeği
İngiltere, ABD, Fransa, Latin Amerika ve diğer bazı ülkelerde Fahrenheit ölçeği popülerdir.
Gabriel Fahrenheit (Şekil 7) kendi ölçeğini cam yapımında ilk kez uygulayan bir Alman araştırmacı ve mühendistir. Fahrenheit ölçeği daha incedir: Fahrenheit ölçeğinin boyutu, Celsius ölçeğinin derecesinden daha küçüktür.
Pirinç. 7 Gabriel Fahrenheit (1686-1736)
3. Réaumur ölçeği
Teknik ölçek, Fransız araştırmacı R.A. Réaumur (Şek. 8). Bu ölçeğe göre suyun donma noktasına karşılık gelir, ancak Réaumur suyun kaynama noktası olarak 80 derecelik bir sıcaklık seçmiştir.
Pirinç. 8. René Antoine Réaumur (1683-1757)
Fizikte, sözde mutlak ölçek - Kelvin ölçeği(Şek. 8). 1 santigrat derece 1 Kelvin'e eşittir, ancak içindeki sıcaklık yaklaşık olarak karşılık gelir (Şekil 9).
Pirinç. 9. William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907)
Pirinç. 10. Sıcaklık ölçekleri
Vücut ısısı değiştiğinde doğrusal boyutlarının değiştiğini hatırlayın (ısıtıldığında vücut genişler, soğutulduğunda daralır). Moleküllerin davranışlarıyla alakalıdır. Isıtıldığında, parçacıkların hareket hızı sırasıyla artar, daha sık etkileşime girmeye başlar ve hacim artar (Şekil 11).
Pirinç. 11. Doğrusal boyutları değiştirme
Bundan, sıcaklığın cisimleri oluşturan parçacıkların hareketi ile ilişkili olduğu sonucuna varabiliriz (bu, katı, sıvı ve gaz halindeki cisimler için geçerlidir).
Gazlardaki partiküllerin hareketi (Şekil 12) rastgeledir (çünkü gazlardaki moleküller ve atomlar pratik olarak etkileşime girmez).
Pirinç. 12. Gazlarda parçacıkların hareketi
Parçacıkların sıvılardaki hareketi (Şekil 13) "zıplama"dır, yani moleküller "hareketsiz bir yaşam tarzına" öncülük eder, ancak bir yerden diğerine "zıplayabilir". Bu, sıvıların akışkanlığını belirler.
Pirinç. 13. Sıvılarda parçacıkların hareketi
Katılardaki parçacıkların hareketine (Şekil 14) salınımlı denir.
Pirinç. 14. Katılarda parçacıkların hareketi
Böylece tüm parçacıklar sürekli hareket halindedir. Parçacıkların bu hareketine denir. termal hareket(rastgele, kaotik hareket). Bu hareket asla durmaz (vücudun sıcaklığı olduğu sürece). Termal hareketin varlığı, 1827'de İngiliz botanikçi Robert Brown tarafından doğrulandı (Şekil 15), ardından bu harekete bu isim verildi. kahverengi hareket.
Pirinç. 15. Robert Brown (1773-1858)
Bugüne kadar bilinmektedir ki, düşük sıcaklık, elde edilebilir yaklaşık . Bu sıcaklıkta parçacıkların hareketi durur (ancak parçacıkların içindeki hareket durmaz).
Galileo'nun deneyimi daha önce açıklandı ve sonuç olarak, başka bir deneyimi ele alalım - 1702'de sözde icat eden Fransız bilim adamı Guillaume Amonton'un (Şekil 15) deneyimi. gaz termometresi. Küçük değişikliklerle bu termometre bugüne kadar hayatta kaldı.
Pirinç. 15. Guillaume Amonton (1663-1705)
Amonton deneyimi
Pirinç. 16. Amonton Deneyimi
Su ile bir şişe alın ve ince bir tüp ile bir tıpa ile kapatın. Şimdi suyu ısıtırsanız, suyun genleşmesi nedeniyle tüpteki seviyesi artacaktır. Tüpteki suyun yükselme seviyesine göre sıcaklıktaki değişim hakkında bir sonuç çıkarmak mümkündür. Avantaj Amonton termometresi atmosfer basıncına bağlı olmamasıdır.
Bu derste, şu kadar önemli bir fiziksel niceliği ele aldık: sıcaklık. Ölçüm yöntemlerini, özelliklerini ve özelliklerini inceledik. Bir sonraki derste, kavramı keşfedeceğiz içsel enerji.
bibliyografya
- Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizik 8. - M.: Mnemosyne.
- Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
- Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizik 8. - M.: Aydınlanma.
- İnternet portalı "class-fizika.narod.ru" ()
- İnternet portalı "school.xvatit.com" ()
- İnternet portalı "ponimai.su" ()
Ev ödevi
1. No. 1-4 (paragraf 1). Peryshkin A.V. Fizik 8. - M.: Bustard, 2010.
2. Galileo'nun termoskopu neden kalibre edilemiyor?
3. Ocakta ısıtılan demir çivi:
Demir moleküllerinin hızı nasıl değişti?
Çivi soğuk suya indirilirse moleküllerin hareket hızı nasıl değişir?
Bu, su moleküllerinin hızını nasıl değiştirir?
Bu deneyler sırasında çivinin hacmi nasıl değişir?
4. Balon odadan dona taşındı:
Topun hacmi nasıl değişecek?
Balonun içindeki hava moleküllerinin hareket hızı nasıl değişecek?
Top odaya döndürülürse ve ayrıca bataryaya konursa topun içindeki moleküllerin hızı nasıl değişecek?
teori: Atomlar ve moleküller sürekli termal hareket halindedir, rastgele hareket eder, çarpışmalar nedeniyle sürekli yön ve hız modülü değiştirir.
Sıcaklık ne kadar yüksek olursa, moleküllerin hızı o kadar yüksek olur. Sıcaklık azaldıkça moleküllerin hızı azalır. "Mutlak sıfır" olarak adlandırılan bir sıcaklık vardır - moleküllerin termal hareketinin durduğu sıcaklık (-273 ° C). Ancak "mutlak sıfır" ulaşılamaz.
Brownian hareketi, bir sıvı veya gazın parçacıklarının termal hareketinin neden olduğu, bir sıvı veya gaz içinde asılı görünen katı madde parçacıklarının rastgele hareketidir. Bu fenomen ilk olarak 1827'de Robert Brown tarafından gözlemlendi. Su ortamında bulunan bitkilerin polenlerini inceledi. Brown, polenin zaman içinde sürekli değiştiğini ve sıcaklık ne kadar yüksek olursa, polen değişim hızının o kadar hızlı olduğunu fark etti. Polenin hareketinin, su moleküllerinin polene çarpması ve onu hareket ettirmesinden kaynaklandığını öne sürdü. 
Difüzyon, bir maddenin moleküllerinin başka bir maddenin molekülleri arasındaki boşluklara karşılıklı nüfuz etme işlemidir. 
Brownian hareketine bir örnek
1) bir damla su içinde polenin rastgele hareketi
2) fenerin altında orta yaşların rastgele hareketi
3) katıların sıvılarda çözünmesi
4) penetrasyon besinler topraktan bitki köklerine
Çözüm: Brownian hareketinin tanımından doğru cevabın 1 olduğu açıktır. Polen, su moleküllerinin çarpması nedeniyle rastgele hareket eder. Orta yaşların lambanın altındaki düzensiz hareketi uygun değildir, çünkü orta yaşlar hareket yönünü kendileri seçerler, son iki cevap difüzyon örnekleridir.
Cevap: 1.
Fizikte Oge ödevi (sınav çözeceğim): Aşağıdaki ifadelerden hangisi/hangileri doğrudur?
A. Bir maddedeki moleküller veya atomlar sürekli termal hareket halindedir ve bunun lehindeki argümanlardan biri difüzyon olgusudur.
B. Maddedeki moleküller veya atomlar sürekli termal hareket halindedir ve bunun kanıtı konveksiyon olgusudur.
1) sadece bir
2) sadece B
3) hem A hem de B
4) ne A ne B
Çözüm: Difüzyon, bir maddenin moleküllerinin başka bir maddenin molekülleri arasındaki boşluklara karşılıklı nüfuz etme işlemidir. İlk ifade doğru, Sözleşme bir transferdir. içsel enerji sıvı veya gaz katmanları ile ikinci ifadenin doğru olmadığı ortaya çıkıyor.
Cevap: 1.
Fizikte Oge ataması (fipi): 2) Bir kurşun bilye mum alevinde ısıtılır. Isıtma işlemi sırasında topun hacmi ve moleküllerinin ortalama hareket hızı nasıl değişir?
Fiziksel nicelikler ve olası değişimleri arasında bir ilişki kurun.
Her değer için değişikliğin uygun yapısını belirleyin:
1) artar
2) azalır
3) değişmez
Her bir fiziksel nicelik için seçilen sayıları tabloya yazın. Cevaptaki sayılar tekrarlanabilir.
Çözüm (Milena'ya teşekkürler): 2) 1. Moleküller daha hızlı hareket etmeye başlayacağı için topun hacmi artacaktır.
2. Isıtıldığında moleküllerin hızı artacaktır.
Cevap: 11.
Gösteri İşi OGE seçeneği 2019:
Maddenin yapısının moleküler-kinetik teorisinin hükümlerinden biri, "madde parçacıklarının (moleküller, atomlar, iyonlar) sürekli kaotik hareket halinde olduğu"dur. "Sürekli hareket" kelimeleri ne anlama geliyor?
1) Parçacıklar her zaman belirli bir yönde hareket eder.
2) Madde parçacıklarının hareketi herhangi bir yasaya uymaz.
3) Parçacıkların hepsi bir yönde veya diğerinde birlikte hareket eder.
4) Moleküllerin hareketi asla durmaz.
Çözüm: Moleküller hareket ediyor, çarpışmalar nedeniyle moleküllerin hızı sürekli değişiyor, bu nedenle her molekülün hızını ve yönünü hesaplayamayız, ancak moleküllerin ortalama hızının karesini hesaplayabiliriz ve bu sıcaklıkla ilgilidir. sıcaklık düşer, moleküllerin hızı düşer. Moleküllerin hareketinin duracağı sıcaklığın -273 °C (doğada mümkün olan en düşük sıcaklık) olduğu hesaplanmıştır. Ama ulaşılabilir değil. böylece moleküller asla hareket etmeyi bırakmazlar.
termal hareket
Herhangi bir madde en küçük parçacıklardan oluşur - moleküller. molekül tüm özelliklerini koruyan belirli bir maddenin en küçük parçacığıdır. Kimyasal özellikler. Moleküller uzayda ayrı ayrı, yani birbirlerinden belirli mesafelerde bulunurlar ve sürekli bir haldedirler. düzensiz (kaotik) hareket .
Çünkü bedenler oluşur Büyük bir sayı moleküller ve moleküllerin hareketi rastgeledir, o zaman şu veya bu molekülün diğerlerinden kaç darbe alacağını tam olarak söylemek imkansızdır. Bu nedenle, molekülün konumunun, zamanın her anındaki hızının rastgele olduğunu söylüyorlar. Ancak bu, moleküllerin hareketinin belirli yasalara uymadığı anlamına gelmez. Özellikle, moleküllerin hızları zamanın bir noktasında farklı olsa da, çoğu belirli bir değere yakın hızlara sahiptir. Genellikle, moleküllerin hareket hızından bahsederken şunu kastederler: ortalama sürat (v$cp).
Tüm moleküllerin hareket ettiği belirli bir yönü belirlemek imkansızdır. Moleküllerin hareketi asla durmaz. sürekli olduğunu söyleyebiliriz. Atomların ve moleküllerin böyle sürekli kaotik hareketine - denir. Bu isim, moleküllerin hareket hızının vücudun sıcaklığına bağlı olduğu gerçeğiyle belirlenir. Vücut moleküllerinin ortalama hareket hızı ne kadar yüksek olursa, sıcaklığı da o kadar yüksek olur. Tersine, vücudun sıcaklığı ne kadar yüksek olursa, moleküllerin ortalama hızı o kadar yüksek olur.
Sıvı moleküllerin hareketi, içinde asılı duran çok küçük katı parçacıkların hareketi olan Brown hareketi gözlemlenerek keşfedildi. Her parçacık, yörüngeyi kesikli bir çizgi şeklinde tanımlayan, sürekli olarak keyfi yönlerde sıçramalar yapar. Parçacıkların bu davranışı, sıvı moleküllerin etkilerini aynı anda farklı yönlerden yaşadıkları varsayılarak açıklanabilir. Zıt yönlerden gelen bu etkilerin sayısındaki fark, kütlesi moleküllerin kütleleriyle orantılı olduğu için parçacığın hareketine yol açar. Bu tür parçacıkların hareketi ilk olarak 1827'de İngiliz botanikçi Brown tarafından sudaki polen parçacıklarını mikroskop altında gözlemleyerek keşfedildi, bu yüzden buna - Brown hareketi.
Sizce şekerin suda çözünme hızını ne belirler? Basit bir deney yapabilirsiniz. İki parça şeker alın ve birini bir bardak kaynar suya, diğerini bir bardak soğuk suya atın.
Kaynar suda şekerin, kaynayan suda olduğundan birkaç kat daha hızlı nasıl çözüldüğünü göreceksiniz. soğuk su. Çözünmenin nedeni difüzyondur. Bu, difüzyonun daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlı gerçekleştiği anlamına gelir. Difüzyon, moleküllerin hareketinden kaynaklanır. Bu nedenle, moleküllerin daha yüksek sıcaklıklarda daha hızlı hareket ettiği sonucuna varıyoruz. Yani, hareketlerinin hızı sıcaklığa bağlıdır. Bu nedenle cismi oluşturan moleküllerin rastgele kaotik hareketine termal hareket denir.
Moleküllerin termal hareketi
Sıcaklık arttıkça moleküllerin termal hareketi artar ve maddenin özellikleri değişir. Sağlam erir, sıvıya dönüşür, sıvı buharlaşır, gaz haline dönüşür. Buna göre, sıcaklık düşürülürse, moleküllerin termal hareketinin ortalama enerjisi de azalacaktır ve buna göre, cisimlerin toplanma durumunu değiştirme süreçleri meydana gelecektir. ters yön: su yoğuşarak sıvı hale gelir, sıvı donarak katı hale geçer. Aynı zamanda, her zaman bu değerlerin daha büyük ve daha küçük değerlerine sahip parçacıklar olduğu için, her zaman sıcaklık ve moleküler hızın ortalama değerlerinden bahsediyoruz.
Maddelerdeki moleküller hareket eder, belirli bir mesafeyi geçer, bu nedenle biraz iş yapar. Yani parçacıkların kinetik enerjisinden bahsedebiliriz. Karşılıklı dizilimlerinden dolayı, moleküllerin bir potansiyel enerjisi de vardır. Cisimlerin kinetik ve potansiyel enerjisinden bahsettiğimizde, cisimlerin toplam mekanik enerjisinin varlığından bahsediyoruz. Vücudun parçacıklarının kinetik ve potansiyel enerjileri varsa, bu nedenle bu enerjilerin toplamından bağımsız bir miktar olarak bahsedebiliriz.
Vücudun iç enerjisi
Bir örnek düşünün. Elastik bir topu yere atarsak, hareketinin kinetik enerjisi, yere değdiği anda tamamen potansiyel enerjiye, zıpladığında ise tekrar kinetik enerjiye dönüşür. Sert, esnek olmayan bir yüzeye ağır bir demir top atarsak, top zıplamadan yere düşer. İnişten sonraki kinetik ve potansiyel enerjileri sıfıra eşit olacaktır. Enerji nereye gitti? Kayboldu mu? Çarpışmadan sonra top ve yüzeyi incelersek topun biraz düzleştiğini, yüzeyde bir göçük kaldığını ve ikisinin de hafifçe ısındığını görebiliriz. Yani, cisimlerin moleküllerinin dizilişinde bir değişiklik oldu ve sıcaklık da arttı. Bu, vücudun parçacıklarının kinetik ve potansiyel enerjilerinin değiştiği anlamına gelir. Vücudun enerjisi hiçbir yere gitmedi, vücudun iç enerjisine geçmiştir. İç enerji, vücudun tüm parçacıklarının kinetik ve potansiyel enerjisi olarak adlandırılır. Vücutların çarpışması iç enerjide bir değişikliğe neden oldu, arttı ve mekanik enerji azaldı. İşte bundan ibaret