Što mislite što određuje brzinu otapanja šećera u vodi? Možete napraviti jednostavan eksperiment. Uzmite dva komada šećera i jedan bacite u čašu kipuće vode, a drugi u čašu hladne vode.

Vidjet ćete kako se šećer otapa u kipućoj vodi nekoliko puta brže nego u hladna voda. Uzrok otapanja je difuzija. To znači da se difuzija događa brže na višim temperaturama. Difuzija je uzrokovana kretanjem molekula. Stoga zaključujemo da se molekule brže kreću na višim temperaturama. Odnosno, brzina njihovog kretanja ovisi o temperaturi. Zato se nasumično kaotično gibanje molekula koje čine tijelo naziva toplinsko gibanje.

Toplinsko gibanje molekula

Kako temperatura raste, ona se povećava toplinsko kretanje molekule, svojstva materije se mijenjaju. Krutina se topi, pretvarajući se u tekućinu, tekućina isparava, pretvarajući se u plinovito stanje. Sukladno tome, ako se temperatura snizi, tada će se smanjiti i prosječna energija toplinskog gibanja molekula, pa će se procesi promjene agregacijskog stanja tijela odvijati u suprotnom smjeru: voda će se kondenzirati u tekućinu, tj. tekućina će se smrznuti, pretvarajući se u čvrsto stanje. Pritom uvijek govorimo o prosječnim vrijednostima temperature i molekularne brzine, jer uvijek postoje čestice s većim i manjim vrijednostima tih vrijednosti.

Molekule u tvarima kreću se, prolazeći određenu udaljenost, dakle, obavljaju neki posao. Odnosno, možemo govoriti o kinetičkoj energiji čestica. Kao rezultat njihove relativni položaj postoji i potencijalna energija molekula. Kada u pitanju o kinetičkoj i potencijalnoj energiji tijela, onda govorimo o postojanju ukupne mehaničke energije tijela. Ako čestice tijela imaju kinetičku i potencijalnu energiju, dakle, možemo govoriti o zbroju tih energija kao nezavisnoj veličini.

Unutarnja energija tijela

Razmotrimo primjer. Bacimo li elastičnu loptu na pod, tada se kinetička energija njezina kretanja potpuno pretvara u potencijalnu energiju u trenutku kada dodirne pod, a zatim ponovno prelazi u kinetičku energiju kada se odbije. Ako tešku željeznu loptu bacimo na tvrdu, neelastičnu podlogu, tada će lopta sletjeti bez odbijanja. Njegova kinetička i potencijalna energija nakon slijetanja bit će jednake nuli. Gdje je nestala energija? Je li upravo nestala? Pregledamo li loptu i podlogu nakon sudara, možemo vidjeti da se lopta malo spljoštila, na površini je ostala udubljenja, a obje su se lagano zagrijale. Odnosno, došlo je do promjene u rasporedu molekula tijela, a temperatura je također porasla. To znači da su se kinetička i potencijalna energija čestica tijela promijenile. Energija tijela nije nikuda otišla, prešao je u unutarnju energiju tijela. Unutarnja energija naziva se kinetička i potencijalna energija svih čestica tijela. Sudar tijela izazvao je promjenu unutarnja energija, povećala se, a mehanička energija se smanjila. U tome se sastoji

Ova lekcija govori o konceptu toplinskog gibanja i slično fizička veličina poput temperature.

Toplinske pojave u ljudskom životu su od velike važnosti. S njima se susrećemo i tijekom vremenske prognoze i tijekom ključanja obične vode. Toplinski fenomeni povezani su s procesima kao što su stvaranje novih materijala, taljenje metala, izgaranje goriva, stvaranje novih vrsta goriva za automobile i zrakoplove itd.

Temperatura je jedan od najvažnijih pojmova vezanih uz toplinske pojave, jer je često upravo temperatura najvažnija karakteristika tijeka toplinskih procesa.

Definicija.toplinske pojave- to su pojave povezane s zagrijavanjem ili hlađenjem tijela, kao i s promjenom njihovog agregatnog stanja (slika 1.).

Riža. 1. Otapanje leda, zagrijavanje vode i isparavanje

Sve su toplinske pojave povezane s temperatura.

Sva tijela karakterizira njihovo stanje toplinska ravnoteža. Glavna karakteristika toplinska ravnoteža je temperatura.

Definicija.Temperatura je mjera "topline" tijela.

Budući da je temperatura fizička veličina, nju se može i treba mjeriti. Instrument koji se koristi za mjerenje temperature naziva se termometar(iz grčkog. termo- "toplo", metreo- “Mjerim”) (slika 2).

Riža. 2. Termometar

Prvi termometar (ili bolje rečeno, njegov analog) izumio je Galileo Galilei (slika 3).

Riža. 3. Galileo Galilei (1564.-1642.)

Izum Galilea, koji je prezentirao svojim studentima na predavanjima na sveučilištu krajem 16. stoljeća (1597.), tzv. termoskop. Rad svakog termometra temelji se na sljedećem principu: fizikalna svojstva tvari se mijenjaju s temperaturom.

Galilejevo iskustvo sastojao od sljedećeg: uzeo je tikvicu s dugačkom stabljikom i napunio je vodom. Zatim je uzeo čašu vode i okrenuo tikvicu naopako i stavio je u čašu. Dio vode se, naravno, izlio, ali je kao rezultat toga u nozi ostala određena razina vode. Ako se sada tikvica (koja sadrži zrak) zagrije, tada će razina vode pasti, a ako se ohladi, onda će, naprotiv, porasti. To je zbog činjenice da se tvari (osobito zrak) pri zagrijavanju teže šire, a kada se ohlade, sužavaju (zbog čega su tračnice diskontinuirane, a žice između stupova ponekad malo propadaju).

Riža. 4. Galilejevo iskustvo

Ova ideja bila je temelj prvog termoskopa (slika 5), ​​koji je omogućio procjenu promjene temperature (nemoguće je točno izmjeriti temperaturu takvim termoskopom, budući da će njegova očitanja jako ovisiti o atmosferskom tlaku).

Riža. 5. Kopija Galileovog termoskopa

Istodobno je uvedena i tzv. ljestvica stupnjeva. Sama riječ stupanj na latinskom znači "korak".

Do danas su preživjele tri glavne ljestvice.

1. Celzija

Najviše korištena ljestvica, koja je svima poznata od djetinjstva, je Celzijeva ljestvica.

Anders Celsius (slika 6) - švedski astronom, koji je predložio sljedeću temperaturnu ljestvicu: - vrelište vode; - ledište vode. Danas smo svi navikli na obrnutu Celzijevu ljestvicu.

Riža. 6 Andres Celsius (1701.-1744.)

Bilješka: Sam je Celzijus rekao da je takav izbor ljestvice uzrokovan jednostavnom činjenicom: s druge strane, zimi ne bi bilo negativne temperature.

2. Fahrenheitova ljestvica

Engleska, SAD, Francuska, Latinska Amerika i nekim drugim zemljama, Fahrenheitova ljestvica je popularna.

Gabriel Fahrenheit (slika 7) njemački je istraživač, inženjer koji je prvi primijenio vlastitu skalu na izradu stakla. Fahrenheitova ljestvica je tanja: dimenzija Fahrenheitove ljestvice je manja od stupnja Celzijeve ljestvice.

Riža. 7 Gabriel Fahrenheit (1686.-1736.)

3. Réaumurova ljestvica

Tehničku ljestvicu izumio je francuski istraživač R.A. Réaumur (slika 8). Prema ovoj ljestvici, odgovara točki smrzavanja vode, ali Réaumur je odabrao temperaturu od 80 stupnjeva kao vrelište vode.

Riža. 8. René Antoine Réaumur (1683.-1757.)

U fizici tzv apsolutna skala - Kelvinova skala(slika 8). 1 stupanj Celzijusa jednak je 1 stupnju Kelvina, ali temperatura u približno odgovara (slika 9).

Riža. 9. William Thomson (lord Kelvin) (1824.-1907.)

Riža. 10. Temperaturne ljestvice

Podsjetimo da kada se tjelesna temperatura promijeni, njegova linearne dimenzije(pri zagrijavanju se tijelo širi, pri hlađenju se sužava). To ima veze s ponašanjem molekula. Kada se zagrije, brzina kretanja čestica se povećava, odnosno počinju češće međusobno djelovati i volumen se povećava (slika 11.).

Riža. 11. Promjena linearnih dimenzija

Iz ovoga možemo zaključiti da je temperatura povezana s kretanjem čestica koje čine tijela (ovo se odnosi na čvrsta, tekuća i plinovita tijela).

Kretanje čestica u plinovima (slika 12) je nasumično (budući da molekule i atomi u plinovima praktički ne međusobno djeluju).

Riža. 12. Kretanje čestica u plinovima

Kretanje čestica u tekućinama (slika 13) je "skakanje", odnosno molekule vode " sjedećiživota", ali su sposobni "skakati" s jednog mjesta na drugo. To određuje fluidnost tekućina.

Riža. 13. Kretanje čestica u tekućinama

Gibanje čestica u čvrstim tvarima (slika 14) naziva se oscilatorno.

Riža. 14. Gibanje čestica u čvrstim tvarima

Dakle, sve čestice su u neprekidnom kretanju. Ovo kretanje čestica naziva se toplinsko kretanje(slučajno, kaotično kretanje). Ovaj pokret nikada ne prestaje (sve dok tijelo ima temperaturu). Prisutnost toplinskog gibanja potvrdio je 1827. godine engleski botaničar Robert Brown (sl. 15.), po kojemu se to gibanje naziva brownovsko gibanje.

Riža. 15. Robert Brown (1773.-1858.)

Do danas je poznato da je niska temperatura, što se može postići je približno . Na toj temperaturi prestaje kretanje čestica (međutim, kretanje unutar samih čestica ne prestaje).

Galilejevo iskustvo opisano je ranije, a zaključno, razmotrimo još jedno iskustvo – iskustvo francuskog znanstvenika Guillaumea Amontona (slika 15.), koji je 1702. izumio tzv. plinski termometar. Uz manje izmjene, ovaj termometar je preživio do danas.

Riža. 15. Guillaume Amonton (1663.-1705.)

Amontonovo iskustvo

Riža. 16. Iskustvo Amontona

Uzmite tikvicu s vodom i začepite je čepom s tankom cijevi. Ako sada zagrijete vodu, tada će se zbog širenja vode njezina razina u cijevi povećati. Prema razini porasta vode u cijevi moguće je zaključiti o promjeni temperature. Prednost Amonton termometar je da ne ovisi o atmosferskom tlaku.

U ovoj lekciji razmatrali smo tako važnu fizičku veličinu kao što je temperatura. Proučavali smo metode njegovog mjerenja, karakteristike i svojstva. U sljedećoj lekciji ćemo istražiti koncept unutarnja energija.

Bibliografija

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosyne.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fizika 8. - M.: Prosvjeta.

1. Internetski portal "class-fizika.narod.ru" ()
2. Internet portal "school.xvatit.com" ()
3. Internet portal "ponimai.su" ()

Domaća zadaća

1. broj 1-4 (stav 1). Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Drfa, 2010.

2. Zašto se Galileov termoskop ne može kalibrirati?

3. Željezni čavao zagrijan na štednjaku:

Kako se promijenila brzina molekula željeza?

Kako će se promijeniti brzina kretanja molekula ako se nokat spusti u hladnu vodu?

Kako to mijenja brzinu molekula vode?

Kako se mijenja volumen nokta tijekom ovih pokusa?

4. Balon iselio se iz sobe na hladno:

Kako će se promijeniti volumen lopte?

Kako će se promijeniti brzina kretanja molekula zraka unutar balona?

Kako će se promijeniti brzina molekula unutar lopte ako se vrati u prostoriju i, uz to, stavi u bateriju?

IV Jakovljev | Materijali iz fizike | MathUs.ru

Molekularna fizika i termodinamika

Ovaj priručnik je posvećen drugom odjeljku ¾Molekularna fizika. Termodinamika KORISTI kodifikator u fizici. Pokriva sljedeće teme.

Toplinsko gibanje atoma i molekula tvari. Brownovo gibanje. Difuzija. Eksperimentalni dokazi atomističke teorije. Interakcija čestica materije.

Modeli strukture plinova, tekućina i čvrstih tijela.

Idealan plinski model. Odnos tlaka i prosječne kinetičke energije toplinskog gibanja molekula idealnog plina. apsolutna temperatura. Veza temperature plina s prosječnom kinetičkom energijom njegovih čestica. Jednadžba p = nkT . Clapeyronova jednadžba Mendeljejeva.

Izoprocesi: izotermni, izohorni, izobarični, adijabatski procesi.

Zasićeni i nezasićeni parovi. Vlažnost zraka.

Promjene agregatnih stanja tvari: isparavanje i kondenzacija, vrenje tekućine, taljenje i kristalizacija. Promjena energije u faznim prijelazima.

Unutarnja energija. Toplinska ravnoteža. Prijenos topline. Količina topline. Određena toplina tvari. Jednadžba toplinske ravnoteže.

Rad u termodinamici. Prvi zakon termodinamike.

Principi rada termičkih strojeva. učinkovitost toplinskog motora. Drugi zakon termodinamike. Problemi energetike i zaštite okoliša.

Priručnik također sadrži neki dodatni materijal koji nije uključen u USE kodifikator (ali je uključen u školski kurikulum!). Ovaj materijal vam omogućuje bolje razumijevanje obrađenih tema.

1.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

2.3 Tekućine . . . . . . deset

	Osnovne formule molekularne fizike
	Temperatura
		Termodinamički sustav. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Toplinska ravnoteža. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		temperaturna skala. Apsolutna temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Jednadžba stanja idealnog plina
		Prosječna kinetička energija čestica plina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Osnovna jednadžba MKT idealnog plina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 Energija čestica i temperatura plina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 Termodinamički proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.2 Izotermni proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.3 Grafovi izotermnih procesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6.4 Izobarski proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.5 Dijelovi izobarnog procesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

	Izohorni proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Izohorni procesi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Zasićena para

7.1 Isparavanje i kondenzacija

7.2 dinamička ravnoteža. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.3 Svojstva zasićene pare. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8.1 Unutarnja energija jednoatomskog idealnog plina. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

8.2 Statusna funkcija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.3 Promjena unutarnje energije: obavljanje posla. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.4 Promjena unutarnje energije: prijenos topline . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.5 Toplinska vodljivost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 Fazni prijelazi

10.1 Taljenje i kristalizacija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10.2 Tablica topljenja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.3 Specifična toplina fuzije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10.4 Tabela kristalizacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

10.5 Isparavanje i kondenzacija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10.6 Vrenje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

10.7 Raspored vrenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

10.8 Krivulja kondenzacije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 Prvi zakon termodinamike

11.1 Rad plina u izobarnom procesu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

11.2 Rad plina u proizvoljnom procesu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.3 Radovi obavljeni na plinu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.4 Prvi zakon termodinamike. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

11.5 Primjena prvog zakona termodinamike na izoprocese. . . . . . . . . . . . . 46

11.6 adijabatski proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.1 Toplinski motori. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12.2 Rashladni strojevi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

13.1 Nepovratnost procesa u prirodi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 Clausiusovi i Kelvinovi postulati. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1 Osnovne odredbe molekularno kinetička teorija

Veliki američki fizičar Richard Feynman, autor poznatog tečaja ¾Feynman Lectures on Physics¿, posjeduje divne riječi:

Ako se kao posljedica neke globalne katastrofe sve nakupilo znanstveno znanje bio bi uništen i samo bi jedan izraz prešao na nadolazeće generacije živih bića, onda koja izjava, sastavljena od najmanju količinu riječi, bi donio najviše informacija? Vjerujem da je ovo atomska hipoteza (možete je nazvati ne hipotezom, već činjenicom, ali to ništa ne mijenja): sva su tijela sastavljena od atoma malih tijela koja su u stalnom kretanju, privlače se na maloj udaljenosti, ali odbijaju ako jedan od njih jače pritisne drugog. U ovoj jednoj rečenici. . . sadrži nevjerojatnu količinu informacija o svijetu, samo morate uložiti malo mašte i razmišljanja.

Ove riječi sadrže bit molekularno-kinetičke teorije (MKT) strukture materije. Naime, glavne odredbe MKT-a su sljedeće tri tvrdnje.

1. Svaka tvar se sastoji od najmanjih čestica molekula i atoma. Nalaze se diskretno u prostoru, odnosno na određenim udaljenostima jedna od druge.

2. Atomi ili molekule materije su u stanju nasumičnog kretanja 1 , koji nikada ne završava.

3. Atomi ili molekule tvari međusobno djeluju silama privlačenja i odbijanja, koje ovise o udaljenostima između čestica.

Ove odredbe su generalizacija brojnih zapažanja i eksperimentalnih činjenica. Pogledajmo pobliže ove odredbe i dajmo njihovo eksperimentalno opravdanje.

1.1 Atomi i molekule

Uzmimo komad papira i počnemo ga dijeliti na sve manje dijelove. Hoćemo li na svakom koraku dobiti komadiće papira ili će se u nekoj fazi pojaviti nešto novo?

Prva pozicija MKT-a nam govori da materija nije beskonačno djeljiva. Prije ili kasnije doći ćemo do ¾ posljednja granica¿ najmanje čestice određene tvari. Te čestice su atomi i molekule. Također se mogu podijeliti na dijelove, ali tada će izvorna tvar prestati postojati.

Atom je najmanja čestica određenog kemijskog elementa koja zadržava sve svoje Kemijska svojstva. Nema toliko kemijskih elemenata, svi su sažeti u periodnom sustavu.

Molekula je najmanja čestica određene tvari (koja nije kemijski element) koja zadržava sva svoja kemijska svojstva. Molekula se sastoji od dva ili više atoma jednog ili više kemijskih elemenata.

Na primjer, H2O je molekula vode sastavljena od dva atoma vodika i jednog atoma kisika. Dijeleći ga na atome, više nećemo imati posla s tvari koja se zove ¾voda¿. Nadalje, dijeljenjem atoma H i O na sastavne dijelove, dobivamo skup protona, neutrona i elektrona, a time gubimo informaciju da su u početku bili vodik i kisik.

1 Ovo kretanje se naziva toplinsko kretanje.

Veličina atoma ili molekule (sastoji se od malog broja atoma) je oko 10 8 cm To je tako mala vrijednost da se atom ne može vidjeti nikakvim optičkim mikroskopom.

Atomi i molekule se, ukratko, nazivaju jednostavno česticama materije. Što je točno čestica atom ili molekula u svakom pojedinom slučaju nije teško ustanoviti. Ako se radi o kemijski element, tada će čestica biti atom; ako se uzme u obzir složena tvar, tada je njegova čestica molekula koja se sastoji od nekoliko atoma.

Nadalje, prvi prijedlog MKT-a kaže da čestice materije ne ispunjavaju prostor neprekidno. Čestice se nalaze diskretno, odnosno kao da su na odvojenim točkama. Između čestica postoje praznine, čija veličina može varirati u određenim granicama.

Fenomen toplinskog širenja tijela svjedoči u prilog prvom položaju MKT. Naime, zagrijavanjem se povećavaju udaljenosti između čestica tvari, a povećavaju se i dimenzije tijela. Hlađenjem se, naprotiv, smanjuju razmaci između čestica, uslijed čega se tijelo skuplja.

Difuzija, međusobno prodiranje dodirujućih tvari jedne u drugu, također je upečatljiva potvrda prvog položaja MKT-a.

Na primjer, na sl. 1 prikazuje2 proces difuzije u tekućini. Čestice otopljene tvari stavljaju se u čašu s vodom i nalaze se najprije u gornjem lijevom dijelu čaše. S vremenom se čestice pomiču (recimo, difuziraju) iz područja visoke koncentracije u područje niske koncentracije. Na kraju, koncentracija čestica postaje svugdje ista; čestice su ravnomjerno raspoređene po volumenu tekućine.

Riža. 1. Difuzija u tekućini

Kako objasniti difuziju sa stajališta molekularno-kinetičke teorije? Vrlo jednostavno: čestice jedne tvari prodiru u praznine između čestica druge tvari. Difuzija ide brže, što su ti praznini veći; stoga se plinovi najlakše međusobno miješaju (u kojima su udaljenosti između čestica velike više veličina same čestice).

1.2 Toplinsko gibanje atoma i molekula

Prisjetimo se još jednom formulacije druge tvrdnje MKT-a: čestice materije izvode nasumično gibanje (koji se naziva i toplinsko gibanje), koje nikada ne prestaje.

Eksperimentalna potvrda drugog položaja MKT-a opet je fenomen difuzije, jer je međusobno prodiranje čestica moguće samo njihovim kontinuiranim kretanjem!

2 Slika s en.wikipedia.org.

Ali najupečatljiviji dokaz vječnog kaotičnog gibanja čestica materije je Brownovo gibanje. Ovo je naziv za kontinuirano nasumično kretanje Brownovih čestica čestica ili zrna prašine (veličine 10 5 - 104 cm) suspendiranih u tekućini ili plinu.

Brownovsko gibanje dobilo je ime u čast škotskog botaničara Roberta Browna, koji je kroz mikroskop vidio neprekidni ples čestica peludi suspendiranih u vodi. Kao dokaz da ovo kretanje traje zauvijek, Brown je pronašao komad kvarca s šupljinom ispunjenom vodom. Unatoč činjenici da je voda tamo stigla prije mnogo milijuna godina, čestice koje su tamo došle nastavile su svoje kretanje, što se nije razlikovalo od onoga što je uočeno u drugim pokusima.

Uzrok brownovsko gibanje je da suspendirana čestica doživljava nekompenzirane udare molekula tekućine (plina), a zbog kaotičnog kretanja molekula, veličina i smjer rezultirajućeg udara su apsolutno nepredvidivi. Stoga Brownova čestica opisuje složene cik-cak putanje (slika 2)3.

Riža. 2. Brownovo gibanje

Veličina Brownovih čestica je 1000-10000 puta veća od veličine atoma. S jedne strane, Brownova čestica je dovoljno mala i još uvijek "osjeća" da je različit broj molekula udara u različitim smjerovima; ta razlika u broju udaraca dovodi do zamjetnih pomaka Brownove čestice. S druge strane, Brownove čestice su dovoljno velike da se vide mikroskopom.

Inače, Brownovo gibanje može se smatrati i dokazom same činjenice postojanja molekula, odnosno može poslužiti i kao eksperimentalna potpora prvog položaja MKT-a.

1.3 Interakcija čestica materije

Treći položaj MKT govori o međudjelovanju čestica tvari: atomi ili molekule međusobno djeluju silama privlačenja i odbijanja, koje ovise o udaljenostima između čestica: kako se udaljenosti povećavaju, sile privlačenja počinju prevladavaju, uz smanjenje odbojne sile.

O valjanosti trećeg položaja MKT svjedoče elastične sile koje proizlaze iz deformacija tijela. Kada se tijelo rastegne, udaljenosti između njegovih čestica se povećavaju, a sile privlačenja čestica jedna drugoj počinju prevladavati. Kada je tijelo komprimirano, udaljenosti između čestica se smanjuju, a kao rezultat toga prevladavaju odbojne sile. U oba slučaja sila elastičnosti je usmjerena u smjeru suprotnom od deformacije.

3 Slika sa stranice nv-magadan.narod.ru.

Još jedna potvrda postojanja sila međumolekularne interakcije je prisutnost tri agregatna stanja tvari.

NA U plinovima su molekule međusobno odvojene udaljenostima koje znatno premašuju dimenzije samih molekula (u zraku u normalnim uvjetima oko 1000 puta). Na takvim udaljenostima sile interakcije između molekula praktički su odsutne, stoga plinovi zauzimaju cijeli volumen koji im se daje i lako se komprimiraju.

NA U tekućinama su razmaci između molekula usporedivi s veličinom molekula. Sile molekularne privlačnosti vrlo su opipljive i osiguravaju očuvanje volumena tekućinama. Ali te sile nisu dovoljno jake da tekućine zadrže svoj oblik, a tekućine, poput plinova, poprimaju oblik posude.

NA U čvrstim tijelima sile privlačenja između čestica su vrlo jake: čvrsta tijela zadržati ne samo volumen, već i oblik.

Prijelaz tvari iz jednog agregatnog stanja u drugo rezultat je promjene veličine sila interakcije između čestica tvari. Same čestice ostaju nepromijenjene.

Teme USE kodifikatora: toplinsko gibanje atoma i molekula tvari, Brownovo gibanje, difuzija, interakcija čestica tvari, eksperimentalni dokazi atomističke teorije.

Veliki američki fizičar Richard Feynman, autor čuvenih Feynmanovih predavanja o fizici, napisao je sljedeće izvanredne riječi:

– Ako bi se, kao rezultat neke vrste globalne katastrofe, uništila sva akumulirana znanstvena spoznaja i samo jedna fraza prešla na buduće generacije živih bića, kakvu bi onda izjavu, sastavljenu od najmanjeg broja riječi, donijela najviše informacija? Mislim da je tako atomska hipoteza(možete to nazvati ne hipotezom, već činjenicom, ali to ništa ne mijenja): sva tijela se sastoje od atoma malih tijela koja su u stalnom kretanju, privlače se na maloj udaljenosti, ali se odbijaju ako je jedno od njih pritisnuti bliže drugome. Ta jedna rečenica... sadrži nevjerojatnu količinu informacija o svijetu, samo trebate primijeniti malo mašte i malo obzira na to.

Ove riječi sadrže bit molekularno-kinetičke teorije (MKT) strukture materije. Naime, glavne odredbe MKT-a su sljedeće tri tvrdnje.

1. Svaka tvar se sastoji od najmanjih čestica molekula i atoma. Nalaze se diskretno u prostoru, odnosno na određenim udaljenostima jedna od druge.
2. Atomi ili molekule tvari su u stanju nasumičnog kretanja (to se kretanje naziva toplinsko kretanje), koje nikada ne prestaje.
3. Atomi ili molekule tvari međusobno djeluju silama privlačenja i odbijanja, koje ovise o udaljenostima između čestica.

Ove odredbe su generalizacija brojnih zapažanja i eksperimentalnih činjenica. Pogledajmo pobliže ove odredbe i dajmo njihovo eksperimentalno opravdanje.

Na primjer, je molekula vode koja se sastoji od dva atoma vodika i jednog atoma kisika. Podijelivši ga na atome, više se nećemo baviti tvari koja se zove "voda". Nadalje, dijeljenjem atoma i na sastavne dijelove, dobivamo skup protona, neutrona i elektrona i time gubimo informaciju da su to isprva bili vodik i kisik.

Atomi i molekule nazivaju se jednostavno čestice tvari. Što je točno čestica – atom ili molekula – u svakom konkretnom slučaju nije teško ustanoviti. Ako govorimo o kemijskom elementu, tada će atom biti čestica; ako se uzme u obzir složena tvar, tada je njezina čestica molekula koja se sastoji od nekoliko atoma.

Nadalje, prvi prijedlog MKT-a kaže da čestice materije ne ispunjavaju prostor neprekidno. Čestice su raspoređene diskretno, odnosno na odvojenim točkama. Između čestica postoje praznine, čija veličina može varirati u određenim granicama.

U prilog prvoj poziciji MKT ide fenomen toplinsko širenje tel. Naime, zagrijavanjem se povećavaju udaljenosti između čestica tvari, a povećavaju se i dimenzije tijela. Hlađenjem se, naprotiv, smanjuju razmaci između čestica, uslijed čega se tijelo skuplja.

Upečatljiva je i potvrda prve pozicije MKT-a difuziju- međusobno prodiranje susjednih tvari jedna u drugu.

Na primjer, na sl. Slika 1 prikazuje proces difuzije u tekućini. Čestice otopljene tvari stavljaju se u čašu s vodom i nalaze se najprije u gornjem lijevom dijelu čaše. S vremenom se čestice pomiču (kako kažu, difuzno) iz područja visoke koncentracije u područje niske koncentracije. Na kraju koncentracija čestica postaje svugdje ista – čestice su ravnomjerno raspoređene po cijelom volumenu tekućine.

Riža. 1. Difuzija u tekućini

Kako objasniti difuziju sa stajališta molekularno-kinetičke teorije? Vrlo jednostavno: čestice jedne tvari prodiru u praznine između čestica druge tvari. Difuzija ide brže, što su ti praznini veći – stoga se plinovi najlakše međusobno miješaju (u kojima su udaljenosti između čestica puno veće od veličina samih čestica).

Toplinsko gibanje atoma i molekula

Podsjetimo još jednom na tekst druge odredbe MKT-a: čestice materije izvode nasumično gibanje (koji se naziva i toplinsko gibanje) koje nikad ne prestaje.

Eksperimentalna potvrda drugog položaja MKT-a opet je fenomen difuzije, jer je međusobno prodiranje čestica moguće samo njihovim kontinuiranim kretanjem! Ali najupečatljiviji dokaz vječnog kaotičnog kretanja čestica materije je Brownovo gibanje. Ovo je naziv kontinuiranog nestalnog kretanja brownian čestice- čestice prašine ili zrna (veličine cm) suspendirane u tekućini ili plinu.

Brownovsko gibanje dobilo je ime u čast škotskog botaničara Roberta Browna, koji je kroz mikroskop vidio neprekidni ples čestica peludi suspendiranih u vodi. Kao dokaz da ovo kretanje traje zauvijek, Brown je pronašao komad kvarca s šupljinom ispunjenom vodom. Unatoč činjenici da je voda tamo stigla prije mnogo milijuna godina, čestice koje su tamo došle nastavile su svoje kretanje, što se nije razlikovalo od onoga što je uočeno u drugim pokusima.

Razlog za Brownovo gibanje je taj što suspendirana čestica doživljava nekompenzirane udare molekula tekućine (plina), a zbog kaotičnog gibanja molekula, veličina i smjer rezultirajućeg udara su apsolutno nepredvidivi. Stoga Brownova čestica opisuje složene cik-cak putanje (slika 2).

Riža. 2. Brownovo gibanje

Inače, Brownovo gibanje može se smatrati i dokazom same činjenice postojanja molekula, odnosno može poslužiti i kao eksperimentalna potpora prvog položaja MKT-a.

Interakcija čestica materije

Treća pozicija MKT govori o interakciji čestica materije: atomi ili molekule međusobno djeluju silama privlačenja i odbijanja, koje ovise o udaljenostima između čestica: kako se udaljenosti povećavaju, počinju prevladavati sile privlačenja, a kako se udaljenosti smanjuju, sile odbijanja.

O valjanosti trećeg položaja MKT svjedoče elastične sile koje proizlaze iz deformacija tijela. Kada se tijelo rastegne, udaljenosti između njegovih čestica se povećavaju, a sile privlačenja čestica jedna drugoj počinju prevladavati. Kada je tijelo komprimirano, udaljenosti između čestica se smanjuju, a kao rezultat toga prevladavaju odbojne sile. U oba slučaja sila elastičnosti je usmjerena u smjeru suprotnom od deformacije.

Još jedna potvrda postojanja sila međumolekularne interakcije je prisutnost tri agregatna stanja tvari.

U plinovima su molekule međusobno odvojene udaljenostima koje znatno premašuju dimenzije samih molekula (u zraku u normalnim uvjetima oko 1000 puta). Na takvim udaljenostima sile interakcije između molekula praktički su odsutne, stoga plinovi zauzimaju cijeli volumen koji im se daje i lako se komprimiraju.

U tekućinama su razmaci između molekula usporedivi s veličinom molekula. Sile molekularne privlačnosti vrlo su opipljive i osiguravaju očuvanje volumena tekućinama. Ali te sile nisu dovoljno jake da tekućine sačuvaju svoj oblik – tekućine, poput plinova, poprimaju oblik posude.

U čvrstim tijelima sile privlačenja između čestica su vrlo jake: krute tvari zadržavaju ne samo volumen, već i oblik.

Prijelaz tvari iz jednog agregatnog stanja u drugo rezultat je promjene veličine sila interakcije između čestica tvari. Same čestice ostaju nepromijenjene.

 Teorija: Atomi i molekule su u kontinuiranom toplinskom gibanju, kreću se nasumično, neprestano mijenjaju smjer i modul brzine zbog sudara.

Što je temperatura viša, to je veća brzina molekula. Kako temperatura pada, brzina molekula se smanjuje. Postoji temperatura, koja se naziva "apsolutna nula" - temperatura (-273 ° C) na kojoj se zaustavlja toplinsko kretanje molekula. Ali "apsolutna nula" je nedostižna.
Brownovo gibanje je nasumično kretanje mikroskopskih čestica čvrste tvari vidljive suspendiranih u tekućini ili plinu, uzrokovano toplinskim gibanjem čestica tekućine ili plina. Ovu pojavu prvi je uočio Robert Brown 1827. godine. Proučavao je pelud biljaka, koji je bio u vodenom okolišu. Brown je primijetio da se pelud cijelo vrijeme pomiče, a što je temperatura viša, to je brža brzina pomaka peludi. Sugerirao je da je kretanje peludi posljedica činjenice da molekule vode udaraju o pelud i tjeraju ga da se kreće.

Difuzija je proces međusobnog prodiranja molekula jedne tvari u praznine između molekula druge tvari.

Primjer Brownovog gibanja je
1) nasumično kretanje peluda u kapi vode
2) nasumično kretanje mušica ispod fenjera
3) otapanje čvrste tvari u tekućinama
4) prodor hranjive tvari od tla do korijena biljke
Odluka: iz definicije Brownovog gibanja jasno je da je točan odgovor 1. Polen se giba nasumično zbog činjenice da ga molekule vode udaraju. Nasumično kretanje mušica ispod svjetiljke nije prikladno, budući da same mušice biraju smjer kretanja, posljednja dva odgovora su primjeri difuzije.
Odgovor: 1.

Prvi zadatak iz fizike (riješit ću ispit): Koja od sljedećih izjava je(je) točna?
A. Molekule ili atomi u tvari su u kontinuiranom toplinskom gibanju, a jedan od argumenata u prilog tome je i fenomen difuzije.
B. Molekule ili atomi u materiji su u kontinuiranom toplinskom gibanju, a dokaz tome je fenomen konvekcije.
1) samo A
2) samo B
3) i A i B
4) ni A ni B
Odluka: Difuzija je proces međusobnog prodiranja molekula jedne tvari u praznine između molekula druge tvari. Prva tvrdnja je točna, Konvencija je prijenos unutarnje energije sa slojevima tekućine ili plina, ispada da druga tvrdnja nije točna.
Odgovor: 1.

Oge zadatak iz fizike (fipi): 2) Olovna kugla se zagrijava u plamenu svijeće. Kako se mijenja volumen balona tijekom zagrijavanja? Prosječna brzina kretanje njegovih molekula?
Uspostaviti korespondenciju između fizikalnih veličina i njihovih mogućih promjena.
Za svaku vrijednost odredite odgovarajuću prirodu promjene:
1) povećava
2) smanjuje se
3) ne mijenja se
Upišite u tablicu odabrane brojeve za svaku fizičku veličinu. Brojevi u odgovoru se mogu ponoviti.
Rješenje (Hvala Mileni): 2) 1. Volumen lopte će se povećati zbog činjenice da će se molekule početi brže kretati.
2. Brzina molekula pri zagrijavanju će se povećati.
Odgovor: 11.

Demonstracijski posao OGE opcija 2019: Jedna od odredbi molekularno-kinetičke teorije strukture materije je da su "čestice materije (molekule, atomi, ioni) u neprekidnom kaotičnom gibanju". Što znače riječi "neprekidno kretanje"?
1) Čestice se uvijek kreću u određenom smjeru.
2) Kretanje čestica materije ne podliježe nikakvim zakonima.
3) Sve čestice se kreću zajedno u jednom ili drugom smjeru.
4) Kretanje molekula nikada ne prestaje.
Odluka: Molekule se kreću, zbog sudara se brzina molekula stalno mijenja, pa ne možemo izračunati brzinu i smjer svake molekule, ali možemo izračunati srednju kvadratnu brzinu molekula, a ona je povezana s temperaturom, kao temperatura se smanjuje, brzina molekula se smanjuje. Računa se da je temperatura na kojoj će prestati kretanje molekula -273 °C (najniža moguća temperatura u prirodi). Ali to nije ostvarivo. pa se molekule nikada ne prestaju kretati.