Pourquoi le mouvement thermique. mouvement thermique

Théorie: Les atomes et les molécules sont en mouvement thermique continu, se déplacent de manière aléatoire, changent constamment de direction et de module de vitesse en raison des collisions.

Plus la température est élevée, plus la vitesse des molécules est élevée. Lorsque la température diminue, la vitesse des molécules diminue. Il existe une température appelée "zéro absolu" - la température (-273 ° C) à laquelle s'arrête mouvement thermique molécules. Mais le "zéro absolu" est inaccessible.
mouvement brownien- mouvement chaotique de particules microscopiques de matière solide visible en suspension dans un liquide ou un gaz, provoqué par le mouvement thermique de particules d'un liquide ou d'un gaz. Ce phénomène a été observé pour la première fois en 1827 par Robert Brown. Il a étudié le pollen des plantes, qui se trouvait dans le milieu aquatique. Brown a remarqué que le pollen se déplace constamment au fil du temps et que plus la température est élevée, plus le taux de déplacement du pollen est rapide. Il a suggéré que le mouvement du pollen est dû au fait que les molécules d'eau frappent le pollen et le font bouger.

La diffusion est le processus de pénétration mutuelle des molécules d'une substance dans les espaces entre les molécules d'une autre substance.

Un exemple de mouvement brownien est
1) mouvement aléatoire du pollen dans une goutte d'eau
2) mouvement aléatoire des moucherons sous la lanterne
3) dissoudre solides dans les liquides
4) pénétration nutriments du sol aux racines des plantes
Solution: d'après la définition du mouvement brownien, il est clair que la bonne réponse est 1. Le pollen se déplace de manière aléatoire en raison du fait que les molécules d'eau le frappent. Le mouvement erratique des moucherons sous la lampe n'est pas adapté, puisque les moucherons eux-mêmes choisissent le sens du mouvement, les deux dernières réponses sont des exemples de diffusion.
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Oge devoir en physique (je vais résoudre l'examen): Laquelle des affirmations suivantes est (sont) correcte(s) ?
A. Les molécules ou les atomes d'une substance sont en mouvement thermique continu, et l'un des arguments en faveur de cela est le phénomène de diffusion.
B. Les molécules ou atomes de la matière sont en mouvement thermique continu, et la preuve en est le phénomène de convection.
1) seulement A
2) seulement B
3) à la fois A et B
4) ni A ni B
Solution: La diffusion est le processus de pénétration mutuelle des molécules d'une substance dans les espaces entre les molécules d'une autre substance. La première affirmation est correcte, la Convention est un transfert énergie interne avec des couches de liquide ou de gaz, il s'avère que la deuxième affirmation n'est pas vraie.
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Mission Oge en physique (fipi) : 2) Une boule de plomb est chauffée à la flamme d'une bougie. Comment le volume du ballon change-t-il pendant le chauffage ? vitesse moyenne le mouvement de ses molécules ?
Établir une correspondance entre les grandeurs physiques et leurs évolutions possibles.
Pour chaque valeur, déterminez la nature appropriée du changement :
1) augmente
2) diminue
3) ne change pas
Écrivez dans le tableau les nombres sélectionnés pour chaque quantité physique. Les nombres dans la réponse peuvent être répétés.
Solution (Merci à Milena) : 2) 1. Le volume de la balle augmentera du fait que les molécules commenceront à se déplacer plus rapidement.
2. La vitesse des molécules lorsqu'elles sont chauffées augmentera.
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La tâche version de démonstration OGE 2019 : L'une des dispositions de la théorie cinétique moléculaire de la structure de la matière est que "les particules de matière (molécules, atomes, ions) sont en mouvement chaotique continu". Que signifient les mots "mouvement continu" ?
1) Les particules se déplacent toujours dans une certaine direction.
2) Le mouvement des particules de matière n'obéit à aucune loi.
3) Les particules se déplacent toutes ensemble dans un sens ou dans l'autre.
4) Le mouvement des molécules ne s'arrête jamais.
Solution: Les molécules se déplacent, en raison de collisions, la vitesse des molécules change constamment, nous ne pouvons donc pas calculer la vitesse et la direction de chaque molécule, mais nous pouvons calculer la vitesse quadratique moyenne des molécules, et elle est liée à la température, comme la température diminue, la vitesse des molécules diminue. On calcule que la température à laquelle le mouvement des molécules s'arrêtera est de -273 °C (la température la plus basse possible dans la nature). Mais ce n'est pas réalisable. ainsi les molécules ne cessent jamais de bouger.

Thèmes UTILISER le codeur: mouvement thermique des atomes et des molécules de matière, mouvement brownien, diffusion, interaction des particules de matière, preuves expérimentales de la théorie atomistique.

Le grand physicien américain Richard Feynman, l'auteur des célèbres Feynman Lectures on Physics, a écrit les mots remarquables suivants :

– Si, à la suite d'une catastrophe mondiale, toutes les savoir scientifique serait détruit et une seule phrase passerait aux générations futures d'êtres vivants, alors quelle déclaration, composée de la moindre quantité mots, apporterait le plus d'informations ? Je crois que c'est hypothèse atomique(vous pouvez appeler cela non pas une hypothèse, mais un fait, mais cela ne change rien): tous les corps sont constitués d'atomes de petits corps qui sont en mouvement constant, s'attirent à courte distance, mais se repoussent si l'un d'eux est pressé plus près de l'autre. Cette seule phrase... contient une quantité incroyable d'informations sur le monde, il vous suffit d'y appliquer un peu d'imagination et un peu de considération.

Ces mots contiennent l'essence de la théorie cinétique moléculaire (MKT) de la structure de la matière. À savoir, les principales dispositions du MKT sont les trois déclarations suivantes.

1. Toute substance est constituée des plus petites particules de molécules et d'atomes. Ils sont situés discrètement dans l'espace, c'est-à-dire à certaines distances les uns des autres.
2. Les atomes ou les molécules d'une substance sont dans un état de mouvement aléatoire (ce mouvement est appelé mouvement thermique), qui ne s'arrête jamais.
3. Les atomes ou les molécules d'une substance interagissent les uns avec les autres par des forces d'attraction et de répulsion, qui dépendent des distances entre les particules.

Ces dispositions sont une généralisation de nombreuses observations et faits expérimentaux. Examinons de plus près ces dispositions et donnons leur justification expérimentale.

Par exemple, est une molécule d'eau composée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène. En le divisant en atomes, nous n'aurons plus affaire à une substance appelée "eau". De plus, en divisant les atomes et en composants, nous obtenons un ensemble de protons, de neutrons et d'électrons et perdons ainsi l'information qu'au départ, il s'agissait d'hydrogène et d'oxygène.

Les atomes et les molécules sont appelés simplement particules substances. Ce qu'est exactement une particule - un atome ou une molécule - dans chaque cas spécifique n'est pas difficile à établir. S'il s'agit de élément chimique, alors la particule sera un atome ; si considéré substance complexe, alors sa particule est une molécule constituée de plusieurs atomes.

De plus, la première proposition du MKT stipule que les particules de matière ne remplissent pas l'espace en continu. Les particules sont disposées discrètement, c'est-à-dire en des points distincts. Entre les particules, il existe des espaces dont la taille peut varier dans certaines limites.

En faveur de la première position du MKT est le phénomène dilatation thermique tél. À savoir, lorsqu'elles sont chauffées, les distances entre les particules de la substance augmentent et les dimensions du corps augmentent. Lors du refroidissement, au contraire, les distances entre les particules diminuent, à la suite de quoi le corps se contracte.

Une confirmation frappante de la première position du MKT est également la diffusion- pénétration mutuelle des substances adjacentes les unes dans les autres.

Par exemple, sur la fig. 1 montre le processus de diffusion dans un liquide. Les particules du soluté sont placées dans un verre d'eau et se situent d'abord dans la partie supérieure gauche du verre. Au fil du temps, les particules se déplacent (comme on dit, diffuser) d'une zone de forte concentration à une zone de faible concentration. Au final, la concentration de particules devient la même partout - les particules sont réparties uniformément dans tout le volume du liquide.

Riz. 1. Diffusion dans un liquide

Comment expliquer la diffusion du point de vue de la théorie moléculaire-cinétique ? Très simplement : les particules d'une substance pénètrent dans les interstices entre les particules d'une autre substance. Plus la diffusion est rapide, plus ces écarts sont grands - par conséquent, les gaz se mélangent plus facilement les uns aux autres (dans lesquels les distances entre les particules sont nombreuses plus de tailles particules elles-mêmes).

Mouvement thermique des atomes et des molécules

Rappelons encore une fois le libellé de la deuxième disposition du MKT : les particules de matière effectuent un mouvement aléatoire (également appelé mouvement thermique) qui ne s'arrête jamais.

La confirmation expérimentale de la deuxième position du MKT est à nouveau le phénomène de diffusion, car la pénétration mutuelle des particules n'est possible qu'avec leur mouvement continu ! Mais la preuve la plus frappante du mouvement chaotique éternel des particules de matière est mouvement brownien. C'est le nom du mouvement erratique continu particules browniennes- particules ou grains de poussière (taille cm) en suspension dans un liquide ou un gaz.

Le mouvement brownien tire son nom du botaniste écossais Robert Brown, qui a vu au microscope la danse continue des particules de pollen en suspension dans l'eau. Comme preuve que ce mouvement prend une éternité, Brown a trouvé un morceau de quartz avec une cavité remplie d'eau. Malgré le fait que l'eau y est arrivée il y a plusieurs millions d'années, les particules qui y sont arrivées ont continué leur mouvement, ce qui n'était pas différent de ce qui a été observé dans d'autres expériences.

La raison du mouvement brownien est qu'une particule en suspension subit des impacts non compensés des molécules de liquide (gaz), et en raison du mouvement chaotique des molécules, l'ampleur et la direction de l'impact résultant sont absolument imprévisibles. Par conséquent, une particule brownienne décrit des trajectoires complexes en zigzag (Fig. 2).

Riz. 2. Mouvement brownien

Soit dit en passant, le mouvement brownien peut également être considéré comme une preuve du fait même de l'existence de molécules, c'est-à-dire qu'il peut également servir de justification expérimentale de la première position du MKT.

Interaction des particules de matière

La troisième position du MKT parle de l'interaction des particules de matière : les atomes ou les molécules interagissent entre eux par des forces d'attraction et de répulsion, qui dépendent des distances entre les particules : à mesure que les distances augmentent, les forces d'attraction commencent à prédominer, et à mesure que les distances diminuent, les forces répulsives.

La validité de la troisième position du MKT est mise en évidence par les forces élastiques résultant des déformations des corps. Lorsqu'un corps est étiré, les distances entre ses particules augmentent et les forces d'attraction des particules entre elles commencent à prévaloir. Lorsqu'un corps est comprimé, les distances entre les particules diminuent et, par conséquent, les forces répulsives prédominent. Dans les deux cas, la force élastique est dirigée dans le sens opposé à la déformation.

Une autre confirmation de l'existence de forces d'interaction intermoléculaire est la présence de trois états agrégés de la matière.

Dans les gaz, les molécules sont séparées les unes des autres par des distances dépassant largement les dimensions des molécules elles-mêmes (dans l'air dans des conditions normales, d'environ 1000 fois). À de telles distances, les forces d'interaction entre les molécules sont pratiquement absentes, les gaz occupent donc tout le volume qui leur est fourni et sont facilement compressés.

Dans les liquides, les espaces entre les molécules sont comparables à la taille des molécules. Les forces d'attraction moléculaire sont très tangibles et assurent la conservation du volume par les liquides. Mais ces forces ne sont pas assez fortes pour que les liquides conservent leur forme - les liquides, comme les gaz, prennent la forme d'un récipient.

Dans les solides, les forces d'attraction entre les particules sont très fortes : les solides conservent non seulement le volume, mais aussi la forme.

Le passage d'une substance d'un état d'agrégation à un autre est le résultat d'une modification de l'amplitude des forces d'interaction entre les particules de la substance. Les particules elles-mêmes restent inchangées.

Pour étudier le sujet "Mouvement thermique", nous devons répéter :

Dans le monde qui nous entoure, divers types de phénomènes physiques se produisent, qui sont directement liés aux changements de température des corps.

Depuis l'enfance, nous nous souvenons que l'eau du lac est d'abord froide, puis à peine chaude, et qu'après un certain temps, elle devient propice à la baignade.

Avec des mots tels que «froid», «chaud», «légèrement chaud», nous définissons différents degrés de «chaleur» des corps ou, dans le langage de la physique, différentes températures des corps.

Si nous comparons la température du lac en été et fin de l'automne, la différence est flagrante. Température eau chaude légèrement au-dessus de la température de l'eau glacée.

Comme on le sait, la diffusion à plus haute température est plus rapide. Il en résulte que la vitesse de déplacement des molécules et la température sont profondément interconnectées.

Expérience : Prenez trois verres et remplissez-les d'eau froide, chaude et eau chaude, et maintenant mettez un sachet de thé dans chaque verre et observez comment la couleur de l'eau change ? Où ce changement aura-t-il lieu le plus intensément ?

Si vous augmentez la température, la vitesse de déplacement des molécules augmentera, si vous la diminuez, elle diminuera. Ainsi, nous concluons : la température corporelle est directement liée à la vitesse de déplacement des molécules.

L'eau chaude est constituée exactement des mêmes molécules que l'eau froide. La différence entre eux réside uniquement dans la vitesse de déplacement des molécules.

Les phénomènes liés à l'échauffement ou au refroidissement des corps, un changement de température, sont appelés thermiques. Ceux-ci incluent le chauffage ou le refroidissement, non seulement corps liquides mais aussi de l'air gazeux et solide.

Autres exemples de phénomènes thermiques : fonte des métaux, fonte des neiges.

Les molécules ou atomes, qui sont à la base de tous les corps, sont en mouvement chaotique sans fin. Le mouvement des molécules dans différents corps se produit de différentes manières. Les molécules de gaz se déplacent au hasard à des vitesses élevées le long d'une trajectoire très complexe.En entrant en collision, ils rebondissent l'un sur l'autre, modifiant l'amplitude et la direction des vitesses.

Les molécules liquides oscillent autour de positions d'équilibre (parce qu'elles sont situées presque les unes à côté des autres) et sautent relativement rarement d'une position d'équilibre à une autre. Le mouvement des molécules dans les liquides est moins libre que dans les gaz, mais plus libre que dans les solides.

Dans les solides, les molécules et les atomes oscillent autour de certaines positions moyennes.

Lorsque la température augmente, la vitesse des particules augmente, Voilà pourquoi le mouvement chaotique des particules est généralement appelé thermique.

Intéressant:

Quelle est la hauteur exacte tour Eiffel? Et cela dépend de la température ambiante !

Le fait est que la hauteur de la tour fluctue jusqu'à 12 centimètres.

et la température des poutres peut atteindre jusqu'à 40 degrés Celsius.

Et comme vous le savez, les substances peuvent se dilater sous l'influence d'une température élevée.

Le caractère aléatoire est la caractéristique la plus importante du mouvement thermique. L'une des preuves les plus importantes du mouvement des molécules est la diffusion et le mouvement brownien. (Le mouvement brownien est le mouvement des plus petites particules solides dans un liquide sous l'influence d'impacts moléculaires. Comme le montre l'observation, le mouvement brownien ne peut pas s'arrêter). Le mouvement brownien a été découvert par le botaniste anglais Robert Brown (1773-1858).

Considérez comment les propriétés de l'eau changent avec la température.

La température corporelle dépend directement de l'énergie cinétique moyenne des molécules. Nous tirons une conclusion évidente : plus la température du corps est élevée, plus l'énergie cinétique moyenne de ses molécules est élevée. A l'inverse, lorsque la température du corps diminue, l'énergie cinétique moyenne de ses molécules diminue.

Température - une valeur qui caractérise l'état thermique du corps ou sinon une mesure du "chauffage" du corps.

Plus la température d'un corps est élevée, plus ses atomes et molécules ont en moyenne d'énergie.

La température est mesurée thermomètres, c'est à dire. instruments de mesure de la température

La température n'est pas directement mesurée ! La valeur mesurée dépend de la température !

Actuellement, il existe des thermomètres à liquide et électriques.

En moderne thermomètres à liquide est le volume d'alcool ou de mercure. Le thermomètre mesure sa propre température ! Et, si nous voulons mesurer la température d'un autre corps avec un thermomètre, nous devons attendre un certain temps jusqu'à ce que les températures du corps et du thermomètre soient égales, c'est-à-dire l'équilibre thermique viendra entre le thermomètre et le corps. Le thermomètre domestique "thermomètre" a besoin de temps pour donner signifiant plus précisément la température du patient.

C'est la loi de l'équilibre thermique :

pour tout groupe de corps isolés, après un certain temps, les températures deviennent les mêmes,

celles. un état d'équilibre thermique se produit.

La température corporelle est mesurée avec un thermomètre et est le plus souvent exprimée en termes de degré Celsius(°C). Il existe également d'autres unités de mesure : Fahrenheit, Kelvin et Réaumur.

La plupart des physiciens mesurent la température sur l'échelle Kelvin. 0 degré Celsius = 273 degrés Kelvin

Selon vous, qu'est-ce qui détermine la vitesse de dissolution du sucre dans l'eau ? Vous pouvez faire une expérience simple. Prenez deux morceaux de sucre et jetez-en un dans un verre d'eau bouillante, l'autre dans un verre d'eau froide.

Vous verrez comment le sucre dans l'eau bouillante se dissout plusieurs fois plus vite que dans l'eau froide. La cause de la dissolution est la diffusion. Cela signifie que la diffusion se produit plus rapidement à des températures plus élevées. La diffusion est causée par le mouvement des molécules. Par conséquent, nous concluons que les molécules se déplacent plus rapidement à des températures plus élevées. Autrement dit, la vitesse de leur mouvement dépend de la température. C'est pourquoi le mouvement chaotique aléatoire des molécules qui composent le corps est appelé mouvement thermique.

Mouvement thermique des molécules

Lorsque la température augmente, le mouvement thermique des molécules augmente et les propriétés de la substance changent. Le solide fond, se transforme en liquide, le liquide s'évapore, se transforme en état gazeux. En conséquence, si la température est abaissée, l'énergie moyenne du mouvement thermique des molécules diminuera également et, par conséquent, les processus de modification de l'état d'agrégation des corps se produiront dans le sens opposé: l'eau se condensera en un liquide, le liquide va geler, se transformant en un état solide. En même temps, nous parlons toujours des valeurs moyennes de température et de vitesse moléculaire, car il y a toujours des particules avec des valeurs plus grandes et plus petites de ces valeurs.

Les molécules dans les substances se déplacent, passant une certaine distance, par conséquent, font du travail. Autrement dit, nous pouvons parler de l'énergie cinétique des particules. En raison de leur position relative il y a aussi l'énergie potentielle des molécules. Lorsque Dans la question sur l'énergie cinétique et potentielle des corps, alors nous parlons de l'existence de l'énergie mécanique totale des corps. Si les particules du corps ont une énergie cinétique et potentielle, on peut donc parler de la somme de ces énergies comme d'une quantité indépendante.

L'énergie interne du corps

Prenons un exemple. Si nous lançons une balle élastique sur le sol, l'énergie cinétique de son mouvement est complètement convertie en énergie potentielle au moment où elle touche le sol, puis redevient de l'énergie cinétique lorsqu'elle rebondit. Si nous lançons une balle de fer lourde sur une surface dure et inélastique, la balle atterrira sans rebondir. Ses énergies cinétique et potentielle après l'atterrissage seront égales à zéro. Où est passée l'énergie ? vient-elle de disparaître ? Si nous examinons la balle et la surface après la collision, nous pouvons voir que la balle s'est un peu aplatie, qu'une bosse a été laissée sur la surface et que les deux se sont légèrement réchauffées. C'est-à-dire qu'il y a eu un changement dans la disposition des molécules des corps et que la température a également augmenté. Cela signifie que les énergies cinétiques et potentielles des particules du corps ont changé. L'énergie du corps n'est pas allée nulle part, il est passé dans l'énergie interne du corps. L'énergie interne est appelée énergie cinétique et potentielle de toutes les particules du corps. La collision des corps a provoqué une modification de l'énergie interne, elle a augmenté et l'énergie mécanique a diminué. C'est en quoi il consiste

Dans le monde qui nous entoure, il existe différents types de phénomènes physiques qui sont directement liés à changement de température corporelle. Depuis l'enfance, nous savons que eau froide lorsqu'il est chauffé, il devient d'abord à peine chaud et seulement après certaine heure chaud.

Avec des mots tels que «froid», «chaud», «chaud», nous définissons différents degrés de «réchauffement» des corps ou, en parlant dans le langage de la physique, différentes températures des corps. La température de l'eau chaude est légèrement supérieure à la température de l'eau froide. Si nous comparons la température de l'air en été et en hiver, la différence de température est évidente.

La température corporelle est mesurée à l'aide d'un thermomètre et s'exprime en degrés Celsius (°C).

Comme on le sait, la diffusion à plus haute température est plus rapide. Il en résulte que la vitesse de déplacement des molécules et la température sont profondément interconnectées. Si vous augmentez la température, la vitesse de déplacement des molécules augmentera, si vous la diminuez, elle diminuera.

Ainsi, nous concluons : la température corporelle est directement liée à la vitesse de déplacement des molécules.

L'eau chaude est constituée exactement des mêmes molécules que l'eau froide. La différence entre eux réside uniquement dans la vitesse de déplacement des molécules.

Les phénomènes liés à l'échauffement ou au refroidissement des corps, un changement de température, sont appelés thermiques. Ceux-ci incluent le chauffage ou le refroidissement de l'air, la fonte du métal, la fonte de la neige.

Les molécules ou atomes, qui sont à la base de tous les corps, sont en mouvement chaotique sans fin. Le nombre de ces molécules et atomes dans les corps qui nous entourent est énorme. Un volume égal à 1 cm³ d'eau contient environ 3,34 x 10²² molécules. Toute molécule a une trajectoire de mouvement très complexe. Par exemple, des particules de gaz se déplaçant à grande vitesse dans différentes directions peuvent entrer en collision à la fois les unes avec les autres et avec les parois de la cuve. Ainsi, ils changent de vitesse et continuent à se déplacer à nouveau.

La figure 1 montre le mouvement aléatoire des particules de peinture dissoutes dans l'eau.

Ainsi, nous faisons une conclusion supplémentaire : le mouvement chaotique des particules qui composent les corps est appelé mouvement thermique.

Le caractère aléatoire est la caractéristique la plus importante du mouvement thermique. L'une des preuves les plus importantes du mouvement des molécules est diffusion et mouvement brownien.(Le mouvement brownien est le mouvement des plus petites particules solides dans un liquide sous l'influence d'impacts moléculaires. Comme le montre l'observation, le mouvement brownien ne peut pas s'arrêter).

Dans les liquides, les molécules peuvent osciller, tourner et se déplacer par rapport à d'autres molécules. Si vous prenez corps solides, alors en eux les molécules et les atomes vibrent autour de certaines positions moyennes.

Absolument toutes les molécules du corps participent au mouvement thermique des molécules et des atomes, c'est pourquoi avec un changement de mouvement thermique, l'état du corps lui-même, ses diverses propriétés, change également. Ainsi, si vous augmentez la température de la glace, elle commence à fondre, tout en prenant une forme complètement différente - la glace devient liquide. Si, au contraire, pour abaisser la température, par exemple le mercure, alors il changera ses propriétés et d'un liquide, il se transformera en solide.

J la température corporelle dépend directement de l'énergie cinétique moyenne des molécules. Nous tirons une conclusion évidente : plus la température du corps est élevée, plus l'énergie cinétique moyenne de ses molécules est élevée. A l'inverse, lorsque la température du corps diminue, l'énergie cinétique moyenne de ses molécules diminue.

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