Gebeurtenissen in de fysieke wereld zijn onlosmakelijk verbonden met veranderingen in temperatuur. Iedereen maakt er in de vroege kinderjaren kennis mee, wanneer hij zich realiseert dat ijs koud is en kokend water brandt. Tegelijkertijd komt het inzicht dat de processen van temperatuurverandering niet onmiddellijk plaatsvinden. Later, op school, leert de leerling dat dit verband houdt met thermische beweging. En een heel deel van de natuurkunde is gewijd aan processen die verband houden met temperatuur.
Wat is temperatuur?
Dit is een wetenschappelijk concept dat is geïntroduceerd om alledaagse termen te vervangen. In het dagelijks leven verschijnen voortdurend woorden als warm, koud of warm. Ze spreken allemaal over de mate van verwarming van het lichaam. Dit is hoe het in de natuurkunde wordt gedefinieerd, alleen met de toevoeging dat het een scalaire grootheid is. Temperatuur heeft immers geen richting, maar alleen een numerieke waarde.
In het International System of Units (SI) wordt de temperatuur gemeten in graden Celsius (ºС). Maar in veel formules die thermische verschijnselen beschrijven, is het vereist om het om te zetten in Kelvin (K). VoorHier is een eenvoudige formule voor: T \u003d t + 273. Daarin is T de temperatuur in Kelvin en t in Celsius. Het concept van de absolute nultemperatuur wordt geassocieerd met de Kelvin-schaal.
Er zijn verschillende andere temperatuurschalen. In Europa en Amerika wordt bijvoorbeeld Fahrenheit (F) gebruikt. Daarom moeten ze in Celsius kunnen schrijven. Om dit te doen, trekt u 32 af van de waarden in F en deelt u deze vervolgens door 1, 8.
Thuisexperiment
In zijn uitleg moet je begrippen als temperatuur en thermische beweging kennen. En het is gemakkelijk om deze ervaring te voltooien.
Er zijn drie containers nodig. Ze moeten groot genoeg zijn zodat de handen er gemakkelijk in kunnen passen. Vul ze met water van verschillende temperaturen. In de eerste moet het erg koud zijn. In de tweede - verwarmd. Giet heet water in de derde, waarin het mogelijk is om een hand vast te houden.
Nu de ervaring zelf. Dompel je linkerhand in een bak met koud water, rechts - met de heetste. Wacht een paar minuten. Haal ze eruit en dompel ze onmiddellijk onder in een bak met warm water.
Het resultaat zal onverwacht zijn. De linkerhand zal voelen dat het water warm is, terwijl de rechterhand koud water zal voelen. Dit komt door het feit dat het thermisch evenwicht eerst tot stand wordt gebracht met die vloeistoffen waarin de handen aanvankelijk worden ondergedompeld. En dan is dit evenwicht sterk verstoord.
Hoofdprincipes van de moleculaire kinetische theorie
Het beschrijft alle thermische verschijnselen. En deze uitspraken zijn vrij eenvoudig. Daarom moeten deze bepalingen in een gesprek over thermische beweging bekend zijnvereist.
Eerst: stoffen worden gevormd door de kleinste deeltjes die zich op enige afstand van elkaar bevinden. Bovendien kunnen deze deeltjes zowel moleculen als atomen zijn. En de afstand tussen hen is vele malen groter dan de grootte van de deeltjes.
Ten tweede: in alle stoffen is er een thermische beweging van moleculen, die nooit stopt. De deeltjes bewegen willekeurig (chaotisch).
Derde: deeltjes interageren met elkaar. Deze actie is te wijten aan de krachten van aantrekking en afstoting. Hun waarde hangt af van de afstand tussen de deeltjes.
Bevestiging van de eerste bepaling van de ICB
Het bewijs dat lichamen zijn samengesteld uit deeltjes met openingen ertussen is hun thermische uitzetting. Dus wanneer het lichaam wordt verwarmd, neemt de omvang ervan toe. Dit gebeurt door het verwijderen van deeltjes van elkaar.
Een andere bevestiging van wat er is gezegd, is diffusie. Dat wil zeggen, de penetratie van moleculen van de ene stof tussen de deeltjes van een andere. Bovendien is deze beweging wederzijds. De diffusie verloopt hoe sneller, hoe verder de moleculen uit elkaar staan. Daarom zal in gassen wederzijdse penetratie veel sneller plaatsvinden dan in vloeistoffen. En in vaste stoffen duurt diffusie jaren.
Trouwens, het laatste proces verklaart ook thermische beweging. De onderlinge indringing van stoffen in elkaar vindt immers plaats zonder enige inmenging van buitenaf. Maar het kan worden versneld door het lichaam te verwarmen.
Bevestiging van de tweede positie van de MKT
Helder bewijs dat er isthermische beweging is de Brownse beweging van deeltjes. Het wordt overwogen voor gesuspendeerde deeltjes, dat wil zeggen voor deeltjes die aanzienlijk groter zijn dan de moleculen van een stof. Deze deeltjes kunnen stofdeeltjes of korrels zijn. En ze zouden in water of gas moeten worden geplaatst.
De reden voor de willekeurige beweging van een zwevend deeltje is dat moleculen er van alle kanten op inwerken. Hun actie is grillig. De omvang van de effecten op elk tijdstip is anders. Daarom wordt de resulterende kracht in de ene of de andere richting gericht.
Als we het hebben over de snelheid van de thermische beweging van moleculen, dan is er een speciale naam voor: wortelgemiddelde. Het kan worden berekend met behulp van de formule:
v=√[(3kT)/m0].
Daarin is T de temperatuur in Kelvin, m0 is de massa van één molecuul, k is de Boltzmann-constante (k=1, 3810 -23 J/K).
Bevestiging van de derde bepaling van de ICB
Partikels trekken aan en stoten af. Bij het verklaren van veel processen die verband houden met thermische beweging, blijkt deze kennis belangrijk te zijn.
De krachten van interactie hangen immers af van de geaggregeerde toestand van de materie. Gassen hebben ze dus praktisch niet, omdat de deeltjes zo ver zijn verwijderd dat hun effect zich niet manifesteert. In vloeistoffen en vaste stoffen zijn ze waarneembaar en zorgen ze voor het behoud van het volume van de stof. In het laatste geval garanderen ze ook het behoud van vorm.
Bewijs van het bestaan van aantrekkings- en afstotingskrachten is het optreden van elastische krachten tijdens de vervorming van lichamen. Dus met elongatie nemen de aantrekkingskrachten tussen moleculen toe, en metcompressie - afstoting. Maar in beide gevallen brengen ze het lichaam terug in zijn oorspronkelijke vorm.
Gemiddelde energie van thermische beweging
Het kan worden geschreven vanuit de basis MKT-vergelijking:
(pV)/N=(2E)/3.
In deze formule is p de druk, V is het volume, N is het aantal moleculen, E is de gemiddelde kinetische energie.
Aan de andere kant kan deze vergelijking als volgt worden geschreven:
(pV)/N=kT.
Als je ze combineert, krijg je de volgende gelijkheid:
(2E)/3=kT.
Hieruit volgt de volgende formule voor de gemiddelde kinetische energie van moleculen:
E=(3kT)/2.
Vanaf hier is het duidelijk dat de energie evenredig is met de temperatuur van de stof. Dat wil zeggen, wanneer de laatste toeneemt, bewegen de deeltjes sneller. Dit is de essentie van thermische beweging, die bestaat zolang er een andere temperatuur is dan het absolute nulpunt.
