Apa itu gerak termal? Konsep apa yang terkait dengannya? Gerakan termal. Suhu

Di dunia sekitar kita, ada berbagai macam fenomena fisik yang berhubungan langsung dengan perubahan suhu tubuh. Sejak kecil, kita tahu bahwa air dingin, ketika dipanaskan, pada awalnya menjadi hampir tidak hangat dan hanya setelahnya waktu tertentu panas.

Dengan kata-kata seperti "dingin", "panas", "hangat", kami mendefinisikan berbagai tingkat "pemanasan" tubuh, atau, berbicara dalam bahasa fisika, suhu tubuh yang berbeda. Suhu air hangat sedikit lebih hangat daripada air dingin. Jika kita membandingkan suhu udara musim panas dan musim dingin, perbedaan suhu terlihat jelas.

Suhu tubuh diukur dengan termometer dan dinyatakan dalam derajat Celcius (°C).

Seperti diketahui, difusi pada suhu yang lebih tinggi lebih cepat. Dari sini dapat disimpulkan bahwa kecepatan pergerakan molekul dan suhu saling berhubungan secara mendalam. Jika Anda meningkatkan suhu, maka kecepatan pergerakan molekul akan meningkat, jika Anda menurunkannya, itu akan berkurang.

Dengan demikian, kami menyimpulkan: suhu tubuh berhubungan langsung dengan kecepatan pergerakan molekul.

Air panas terdiri dari molekul yang persis sama dengan air dingin. Perbedaan di antara mereka hanya dalam kecepatan pergerakan molekul.

Fenomena yang berhubungan dengan pemanasan atau pendinginan benda, perubahan suhu, disebut termal. Ini termasuk memanaskan atau mendinginkan udara, logam yang meleleh, salju yang mencair.

Molekul atau atom, yang merupakan dasar dari semua benda, berada dalam gerakan kacau tak berujung. Jumlah molekul dan atom seperti itu dalam benda-benda di sekitar kita sangat banyak. Volume yang sama dengan 1 cm³ air mengandung sekitar 3,34 x 10²² molekul. Setiap molekul memiliki lintasan gerak yang sangat kompleks. Misalnya, partikel gas yang bergerak dengan kecepatan tinggi ke arah yang berbeda dapat saling bertabrakan dan dengan dinding bejana. Dengan demikian, mereka mengubah kecepatan mereka dan terus bergerak lagi.

Gambar #1 menunjukkan pergerakan acak partikel cat yang terlarut dalam air.

Jadi, kami membuat satu kesimpulan lagi: gerakan kacau partikel yang membentuk benda disebut gerakan termal.

Keacakan adalah fitur paling penting dari gerakan termal. Salah satu bukti terpenting untuk pergerakan molekul adalah difusi dan gerak Brown.(Gerakan Brown adalah pergerakan partikel padat terkecil dalam cairan di bawah pengaruh tumbukan molekuler. Seperti yang ditunjukkan oleh pengamatan, gerakan Brown tidak dapat dihentikan).

Dalam cairan, molekul dapat berosilasi, berputar, dan bergerak relatif terhadap molekul lain. Jika kita mengambil padatan, maka di dalamnya molekul dan atom bergetar di sekitar beberapa posisi rata-rata.

Benar-benar semua molekul tubuh berpartisipasi dalam gerakan termal molekul dan atom, itulah sebabnya dengan perubahan gerakan termal, keadaan tubuh itu sendiri, berbagai sifatnya, juga berubah. Jadi, jika Anda meningkatkan suhu es, ia mulai mencair, saat mengambil bentuk yang sama sekali berbeda - es menjadi cair. Sebaliknya, jika untuk menurunkan suhu, misalnya, merkuri, maka ia akan mengubah sifat-sifatnya dan dari cair, ia akan berubah menjadi padat.

T suhu tubuh secara langsung tergantung pada energi kinetik rata-rata molekul. Kami menarik kesimpulan yang jelas: semakin tinggi suhu tubuh, semakin besar energi kinetik rata-rata molekulnya. Sebaliknya, ketika suhu tubuh menurun, energi kinetik rata-rata molekulnya menurun.

Jika Anda memiliki pertanyaan atau ingin mempelajari lebih lanjut tentang gerak dan suhu termal, daftar di situs web kami dan dapatkan bantuan tutor.

Apakah Anda memiliki pertanyaan? Tidak tahu bagaimana melakukan pekerjaan rumah Anda?
Untuk mendapatkan bantuan tutor - daftar.
Pelajaran pertama gratis!

situs, dengan penyalinan materi secara penuh atau sebagian, tautan ke sumber diperlukan.

Menurut Anda apa yang menentukan laju pembubaran gula dalam air? Anda dapat melakukan percobaan sederhana. Ambil dua potong gula dan masukkan satu ke dalam segelas air mendidih, yang lain ke dalam segelas air dingin.

Anda akan melihat bagaimana gula larut dalam air mendidih beberapa kali lebih cepat daripada di air dingin. Penyebab disolusi adalah difusi. Ini berarti bahwa difusi terjadi lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi. Difusi disebabkan oleh pergerakan molekul. Oleh karena itu, kami menyimpulkan bahwa molekul bergerak lebih cepat pada suhu yang lebih tinggi. Artinya, kecepatan gerakan mereka tergantung pada suhu. Itulah sebabnya gerakan acak acak dari molekul yang membentuk tubuh disebut gerakan termal.

Gerakan termal molekul

Saat suhu naik, itu meningkat gerakan termal molekul, sifat materi berubah. Padatan meleleh, berubah menjadi cairan, cairan menguap, berubah menjadi gas. Dengan demikian, jika suhu diturunkan, maka energi rata-rata dari gerakan termal molekul juga akan berkurang, dan dengan demikian, proses perubahan keadaan agregasi benda akan terjadi dalam arah yang berlawanan: air akan mengembun menjadi cairan, cair akan membeku, berubah menjadi padat. Pada saat yang sama, kita selalu berbicara tentang nilai rata-rata suhu dan kecepatan molekul, karena selalu ada partikel dengan nilai yang lebih besar dan lebih kecil dari nilai-nilai ini.

Molekul dalam zat bergerak, melewati jarak tertentu, oleh karena itu, melakukan beberapa pekerjaan. Artinya, kita dapat berbicara tentang energi kinetik partikel. Sebagai hasil dari mereka posisi relatif ada juga energi potensial molekul. Kapan dalam pertanyaan tentang energi kinetik dan potensial benda, maka kita berbicara tentang keberadaan energi mekanik total benda. Jika partikel tubuh memiliki energi kinetik dan potensial, maka kita dapat membicarakan jumlah energi ini sebagai kuantitas independen.

Energi internal tubuh

Pertimbangkan sebuah contoh. Jika kita melempar bola elastis ke lantai, maka energi kinetik dari gerakannya sepenuhnya diubah menjadi energi potensial pada saat menyentuh lantai, dan kembali menjadi energi kinetik ketika memantul. Jika kita melempar bola besi yang berat pada permukaan yang keras dan tidak elastis, maka bola akan mendarat tanpa memantul. Energi kinetik dan potensialnya setelah mendarat akan sama dengan nol. Kemana perginya energi itu? Apakah dia menghilang begitu saja? Jika kita amati bola dan permukaannya setelah tumbukan, kita dapat melihat bahwa bola itu sedikit mendatar, ada sedikit penyok di permukaannya, dan keduanya sedikit menghangat. Artinya, terjadi perubahan susunan molekul benda, dan suhu juga meningkat. Ini berarti bahwa energi kinetik dan potensial partikel tubuh telah berubah. Energi tubuh belum kemana-mana, itu telah masuk ke energi internal tubuh. Energi internal disebut energi kinetik dan energi potensial dari semua partikel tubuh. Tabrakan benda menyebabkan perubahan energi internal, itu meningkat, dan energi mekanik menurun. Ini dia isinya

Topik pengkode USE: gerak termal atom dan molekul materi, Gerak Brown, difusi, interaksi partikel materi, bukti eksperimental teori atomistik.

Fisikawan besar Amerika Richard Feynman, penulis Feynman Lectures on Physics, menulis kata-kata luar biasa berikut ini:

– Jika, sebagai akibat dari beberapa bencana global, semua akumulasi pengetahuan ilmiah akan dihancurkan dan hanya satu frasa yang akan diteruskan ke generasi makhluk hidup yang akan datang, lalu pernyataan apa yang terdiri dari kuantitas paling sedikit kata-kata, akan membawa informasi paling banyak? Saya pikir itu hipotesis atom(Anda dapat menyebutnya bukan hipotesis, tetapi fakta, tetapi ini tidak mengubah apa pun): semua benda terdiri dari atom-atom benda kecil yang bergerak konstan, tarik menarik pada jarak pendek, tetapi tolak jika salah satunya ditekan lebih dekat ke yang lain. Satu kalimat itu... berisi banyak sekali informasi tentang dunia, Anda hanya perlu menerapkan sedikit imajinasi dan sedikit pertimbangan untuk itu.

Kata-kata ini mengandung esensi dari teori molekuler-kinetik (MKT) tentang struktur materi. Yakni, ketentuan pokok dari MKT tersebut adalah tiga pernyataan berikut.

1. Setiap zat terdiri dari partikel terkecil dari molekul dan atom. Mereka terletak secara terpisah di ruang angkasa, yaitu pada jarak tertentu satu sama lain.
2. Atom atau molekul suatu zat berada dalam keadaan gerakan acak (gerakan ini disebut gerakan termal), yang tidak pernah berhenti.
3. Atom atau molekul suatu zat berinteraksi satu sama lain dengan gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak, yang bergantung pada jarak antar partikel.

Ketentuan ini merupakan generalisasi dari berbagai pengamatan dan fakta eksperimental. Mari kita lihat lebih dekat ketentuan ini dan berikan pembenaran eksperimentalnya.

Contohnya adalah molekul air yang terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Membaginya menjadi atom, kita tidak akan lagi berurusan dengan zat yang disebut "air". Selanjutnya, dengan membagi atom dan menjadi bagian-bagian komponen, kita mendapatkan satu set proton, neutron dan elektron dan dengan demikian kehilangan informasi bahwa pada awalnya ini adalah hidrogen dan oksigen.

Atom dan molekul disebut secara sederhana partikel zat. Apa sebenarnya partikel - atom atau molekul - dalam setiap kasus tertentu tidak sulit untuk ditentukan. Jika ini tentang unsur kimia, maka partikel akan menjadi atom; jika dipertimbangkan zat kompleks, maka partikelnya adalah molekul yang terdiri dari beberapa atom.

Selanjutnya, proposisi pertama MKT menyatakan bahwa partikel materi tidak mengisi ruang secara terus menerus. Partikelnya tersusun secara diam-diam, yaitu pada titik-titik yang terpisah. Di antara partikel ada celah, yang ukurannya dapat bervariasi dalam batas-batas tertentu.

Mendukung posisi pertama MKT adalah fenomena ekspansi termal telp Yaitu, ketika dipanaskan, jarak antara partikel zat meningkat, dan dimensi tubuh meningkat. Pada pendinginan, sebaliknya, jarak antara partikel berkurang, akibatnya tubuh berkontraksi.

Konfirmasi mencolok dari posisi pertama MKT juga difusi- penetrasi timbal balik dari zat yang berdekatan satu sama lain.

Misalnya, pada gambar. 1 menunjukkan proses difusi dalam cairan. Partikel zat terlarut ditempatkan dalam segelas air dan terletak pertama di bagian kiri atas gelas. Seiring waktu, partikel bergerak (seperti yang mereka katakan, membaur) dari area dengan konsentrasi tinggi ke area dengan konsentrasi rendah. Pada akhirnya, konsentrasi partikel menjadi sama di mana-mana - partikel didistribusikan secara merata ke seluruh volume cairan.

Beras. 1. Difusi dalam cairan

Bagaimana menjelaskan difusi dari sudut pandang teori molekuler-kinetik? Sangat sederhana: partikel dari satu zat menembus ke dalam celah antara partikel zat lain. Difusi berjalan lebih cepat, semakin besar celah ini - oleh karena itu, gas paling mudah bercampur satu sama lain (di mana jarak antar partikel banyak lebih banyak ukuran partikel itu sendiri).

Gerakan termal atom dan molekul

Ingat sekali lagi kata-kata dari ketentuan kedua MKT: partikel materi melakukan gerakan acak (juga disebut gerakan termal) yang tidak pernah berhenti.

Konfirmasi eksperimental dari posisi kedua MKT sekali lagi merupakan fenomena difusi, karena penetrasi timbal balik partikel hanya mungkin dilakukan dengan gerakan kontinu mereka! Tetapi bukti paling mencolok dari gerakan kacau abadi partikel materi adalah Gerak Brown. Ini adalah nama dari gerakan tak menentu yang terus menerus partikel brownis- partikel debu atau butiran (berukuran cm) tersuspensi dalam cairan atau gas.

Gerakan Brown mendapatkan namanya untuk menghormati ahli botani Skotlandia Robert Brown, yang melihat melalui mikroskop tarian terus menerus dari partikel serbuk sari yang tersuspensi dalam air. Sebagai bukti bahwa gerakan ini berlangsung selamanya, Brown menemukan sepotong kuarsa dengan rongga berisi air. Terlepas dari kenyataan bahwa air sampai di sana jutaan tahun yang lalu, mote yang sampai di sana melanjutkan gerakannya, yang tidak berbeda dari apa yang diamati dalam eksperimen lain.

Alasan gerakan Brown adalah bahwa partikel tersuspensi mengalami dampak yang tidak terkompensasi dari molekul cair (gas), dan karena gerakan molekul yang kacau, besar dan arah dampak yang dihasilkan benar-benar tidak dapat diprediksi. Oleh karena itu, partikel Brown menggambarkan lintasan zigzag yang kompleks (Gbr. 2).

Beras. 2. Gerak Brown

Omong-omong, gerak Brown juga dapat dianggap sebagai bukti dari fakta keberadaan molekul, yaitu, ia juga dapat berfungsi sebagai pembuktian eksperimental posisi pertama MKT.

Interaksi partikel materi

Posisi ketiga MKT berbicara tentang interaksi partikel materi: atom atau molekul berinteraksi satu sama lain dengan gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak, yang bergantung pada jarak antar partikel: seiring bertambahnya jarak, gaya tarik-menarik mulai mendominasi, dan saat jarak berkurang, gaya tolak-menolak.

Validitas posisi ketiga MKT dibuktikan dengan gaya elastis yang timbul dari deformasi benda. Ketika sebuah benda diregangkan, jarak antara partikelnya meningkat, dan gaya tarik partikel satu sama lain mulai berlaku. Ketika sebuah benda dikompresi, jarak antar partikel berkurang, dan akibatnya, gaya tolak mendominasi. Dalam kedua kasus, gaya elastis diarahkan ke arah yang berlawanan dengan deformasi.

Konfirmasi lain dari keberadaan kekuatan interaksi antarmolekul adalah adanya tiga keadaan agregat materi.

Dalam gas, molekul dipisahkan satu sama lain dengan jarak yang jauh melebihi dimensi molekul itu sendiri (di udara dalam kondisi normal, sekitar 1000 kali). Pada jarak seperti itu, gaya interaksi antar molekul praktis tidak ada, oleh karena itu gas menempati seluruh volume yang disediakan untuk mereka dan mudah dikompresi.

Dalam cairan, ruang antar molekul sebanding dengan ukuran molekul. Kekuatan tarik-menarik molekul sangat nyata dan memastikan pelestarian volume oleh cairan. Tetapi gaya-gaya ini tidak cukup kuat bagi cairan untuk mempertahankan bentuknya - cairan, seperti gas, berbentuk wadah.

Dalam padatan, gaya tarik menarik antar partikel sangat kuat: benda padat mempertahankan tidak hanya volume, tetapi juga bentuk.

Transisi suatu zat dari satu keadaan agregasi ke keadaan agregasi lainnya adalah hasil dari perubahan besarnya gaya interaksi antara partikel-partikel zat tersebut. Partikel itu sendiri tetap tidak berubah.

Pelajaran ini membahas konsep gerak termal dan besaran fisika seperti suhu.

Fenomena termal dalam kehidupan manusia sangat penting. Kami menemukan mereka baik selama ramalan cuaca dan selama perebusan air biasa. Fenomena termal dikaitkan dengan proses seperti penciptaan bahan baru, peleburan logam, pembakaran bahan bakar, penciptaan jenis bahan bakar baru untuk mobil dan pesawat terbang, dll.

Suhu adalah salah satu konsep terpenting yang terkait dengan fenomena termal, karena seringkali suhu merupakan karakteristik terpenting dari proses proses termal.

Definisi.fenomena termal- ini adalah fenomena yang terkait dengan pemanasan atau pendinginan benda, serta dengan perubahan keadaan agregasinya (Gbr. 1).

Beras. 1. Pencairan es, pemanasan air, dan penguapan

Semua fenomena termal terkait dengan suhu.

Semua tubuh dicirikan oleh keadaan mereka kesetimbangan termal. Karakteristik utama kesetimbangan termal adalah suhu.

Definisi.Suhu adalah ukuran "kehangatan" tubuh.

Karena suhu adalah kuantitas fisik, suhu dapat dan harus diukur. Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer(dari bahasa Yunani. termo- "hangat", metero- "Saya mengukur") (Gbr. 2).

Beras. 2. Termometer

Termometer pertama (atau lebih tepatnya, analognya) ditemukan oleh Galileo Galilei (Gbr. 3).

Beras. 3. Galileo Galilei (1564-1642)

Penemuan Galileo, yang ia presentasikan kepada mahasiswanya pada kuliah di universitas pada akhir abad ke-16 (1597), disebut termoskop. Pengoperasian termometer apa pun didasarkan pada prinsip berikut: properti fisik zat berubah dengan suhu.

Pengalaman Galileo terdiri dari sebagai berikut: ia mengambil termos dengan batang panjang dan mengisinya dengan air. Kemudian dia mengambil segelas air dan membalikkan termos, meletakkannya di gelas. Sebagian air, tentu saja, tumpah, tetapi sebagai akibatnya, tingkat air tertentu tetap berada di kaki. Jika sekarang labu (yang berisi udara) dipanaskan, maka ketinggian air akan turun, dan jika didinginkan, sebaliknya, itu akan naik. Ini disebabkan oleh fakta bahwa ketika dipanaskan, zat (khususnya, udara) cenderung memuai, dan ketika didinginkan, mereka menyempit (itulah sebabnya rel dibuat terputus-putus, dan kabel di antara kutub terkadang sedikit melorot).

Beras. 4. Pengalaman Galileo

Ide ini membentuk dasar termoskop pertama (Gbr. 5), yang memungkinkan untuk memperkirakan perubahan suhu (tidak mungkin mengukur suhu secara akurat dengan termoskop seperti itu, karena pembacaannya akan sangat bergantung pada tekanan atmosfer).

Beras. 5. Salinan termoskop Galileo

Pada saat yang sama, apa yang disebut skala derajat diperkenalkan. Kata yang sangat derajat dalam bahasa Latin berarti "langkah".

Sampai saat ini, tiga skala utama telah bertahan.

1. Celsius

Skala yang paling banyak digunakan, yang dikenal semua orang sejak kecil, adalah skala Celcius.

Anders Celsius (Gbr. 6) - astronom Swedia, yang mengusulkan skala suhu berikut: - titik didih air; - titik beku air. Saat ini, kita semua terbiasa dengan skala Celcius terbalik.

Beras. 6 Andre Celcius (1701-1744)

Catatan: Celsius sendiri mengatakan bahwa pilihan skala seperti itu disebabkan oleh fakta sederhana: di sisi lain, tidak akan ada suhu negatif di musim dingin.

2. Skala Fahrenheit

Inggris, Amerika Serikat, Prancis, Amerika Latin dan beberapa negara lain, skala Fahrenheit sangat populer.

Gabriel Fahrenheit (Gbr. 7) adalah seorang peneliti Jerman, insinyur yang pertama kali menerapkan skalanya sendiri pada pembuatan kaca. Skala Fahrenheit lebih tipis: dimensi skala Fahrenheit lebih kecil dari derajat skala Celsius.

Beras. 7 Gabriel Fahrenheit (1686-1736)

3. Skala Reaumur

Skala teknis ditemukan oleh peneliti Prancis R.A. Reaumur (Gbr. 8). Menurut skala ini, ini sesuai dengan titik beku air, tetapi Réaumur memilih suhu 80 derajat sebagai titik didih air.

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

Dalam fisika, yang disebut skala mutlak - skala kelvin(Gbr. 8). 1 derajat Celcius sama dengan 1 derajat Kelvin, tetapi suhu di dalamnya kira-kira sesuai (Gbr. 9).

Beras. 9. William Thomson (Lord Kelvin) (1824-1907)

Beras. 10. Skala suhu

Ingatlah bahwa ketika suhu tubuh berubah, itu dimensi linier(ketika dipanaskan, tubuh mengembang, ketika didinginkan, menyempit). Ini ada hubungannya dengan perilaku molekul. Ketika dipanaskan, kecepatan pergerakan partikel meningkat, masing-masing, mereka mulai berinteraksi lebih sering dan volume meningkat (Gbr. 11).

Beras. 11. Mengubah dimensi linier

Dari sini kita dapat menyimpulkan bahwa suhu dikaitkan dengan pergerakan partikel yang membentuk benda (ini berlaku untuk benda padat, cair, dan gas).

Pergerakan partikel dalam gas (Gbr. 12) bersifat acak (karena molekul dan atom dalam gas praktis tidak berinteraksi).

Beras. 12. Pergerakan partikel dalam gas

Pergerakan partikel dalam cairan (Gbr. 13) adalah "melompat", yaitu, molekul memimpin " menetap hidup", tetapi mampu "melompat" dari satu tempat ke tempat lain. Ini menentukan fluiditas cairan.

Beras. 13. Pergerakan partikel dalam cairan

Gerakan partikel dalam padatan (Gbr. 14) disebut osilasi.

Beras. 14. Gerak partikel dalam padatan

Dengan demikian, semua partikel bergerak terus menerus. Pergerakan partikel ini disebut gerakan termal(gerakan acak, kacau). Gerakan ini tidak pernah berhenti (selama tubuh memiliki suhu). Kehadiran gerakan termal dikonfirmasi pada tahun 1827 oleh ahli botani Inggris Robert Brown (Gbr. 15), setelah siapa gerakan ini disebut gerak brown.

Beras. 15. Robert Brown (1773-1858)

Sampai saat ini diketahui bahwa suhu rendah, yang dapat dicapai adalah kira - kira . Pada suhu inilah pergerakan partikel berhenti (namun, pergerakan di dalam partikel itu sendiri tidak berhenti).

Pengalaman Galileo dijelaskan sebelumnya, dan sebagai kesimpulan kami akan mempertimbangkan pengalaman lain - pengalaman ilmuwan Prancis Guillaume Amonton (Gbr. 15), yang pada 1702 menemukan apa yang disebut termometer gas. Dengan sedikit perubahan, termometer ini bertahan hingga hari ini.

Beras. 15. Guillaume Amonton (1663-1705)

Pengalaman Amonton

Beras. 16. Pengalaman Amonton

Ambil labu dengan air dan tutup dengan sumbat dengan tabung tipis. Jika sekarang Anda memanaskan air, maka karena pemuaian air, levelnya di dalam tabung akan meningkat. Menurut tingkat kenaikan air dalam tabung, adalah mungkin untuk menarik kesimpulan tentang perubahan suhu. Keuntungan Termometer Amonton adalah bahwa itu tidak tergantung pada tekanan atmosfer.

Dalam pelajaran ini, kami telah mempertimbangkan hal yang sangat penting kuantitas fisik, sebagai suhu. Kami mempelajari metode pengukuran, karakteristik, dan propertinya. Dalam pelajaran berikutnya, kita akan mengeksplorasi konsep energi dalam .

Bibliografi

Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / Ed. Orlova V.A., Roizena I.I. Fisika 8. - M.: Mnemosyne.
Peryshkin A.V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. Fisika 8. - M.: Pencerahan.

Portal internet "class-fizika.narod.ru" ()
Portal internet "school.xvatit.com" ()
Portal internet "ponimai.su" ()

Pekerjaan rumah

1. Nomor 1-4 (ayat 1). Peryshkin A.V. Fisika 8. - M.: Bustard, 2010.

2. Mengapa termoskop Galileo tidak dapat dikalibrasi?

3. Paku besi yang dipanaskan di atas kompor:

Bagaimana kecepatan molekul besi berubah?

Bagaimana kecepatan pergerakan molekul berubah jika paku diturunkan ke dalam air dingin?

Bagaimana ini mengubah kecepatan molekul air?

Bagaimana volume kuku berubah selama percobaan ini?

4. Balon pindah dari ruangan ke dingin:

Bagaimana volume bola berubah?

Bagaimana kecepatan pergerakan molekul udara di dalam balon berubah?

Bagaimana kecepatan molekul di dalam bola berubah jika dikembalikan ke ruangan dan, di samping itu, dimasukkan ke baterai?

IV Yakovlev | Materi tentang fisika | MathUs.ru

Fisika molekuler dan termodinamika

Manual ini dikhususkan untuk bagian kedua Fisika molekuler. Termodinamika¿ dari pengkode USE dalam fisika. Ini mencakup topik-topik berikut.

Gerak termal atom dan molekul materi. gerak Brown. Difusi. Bukti eksperimental teori atomistik. Interaksi partikel materi.

Model struktur gas, cair dan padat.

Model gas ideal. Hubungan antara tekanan dan energi kinetik rata-rata gerak termal molekul gas ideal. suhu mutlak. Hubungan suhu gas dengan energi kinetik rata-rata partikelnya. Persamaan p = nkT . Persamaan Mendeleev dari Clapeyron.

Isoproses: proses isotermal, isokhorik, isobarik, adiabatik.

pasangan jenuh dan tidak jenuh. Kelembaban udara.

Perubahan wujud agregat materi: penguapan dan pengembunan, pendidihan cairan, pencairan dan kristalisasi. Perubahan energi dalam transisi fase.

Energi dalam. Keseimbangan termal. Perpindahan panas. Kuantitas panas. Panas spesifik zat. persamaan keseimbangan panas.

Bekerja di termodinamika Hukum pertama termodinamika.

Prinsip pengoperasian mesin termal. efisiensi mesin panas. Hukum kedua termodinamika. Masalah energi dan perlindungan lingkungan.

Manual ini juga berisi beberapa materi tambahan yang tidak termasuk dalam GUNAKAN pengkode(tetapi termasuk dalam kurikulum sekolah!). Materi ini memungkinkan Anda untuk lebih memahami topik yang dibahas.

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

2.3 Cairan. . . . . . sepuluh

	Rumus dasar fisika molekuler
	Suhu
		Sistem termodinamika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Kesetimbangan termal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		skala suhu. Suhu mutlak . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Persamaan keadaan gas ideal
		Energi kinetik rata-rata partikel gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Persamaan dasar MKT gas ideal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 Energi partikel dan suhu gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 Proses termodinamika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.2 Proses isotermal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.3 Grafik Proses Isotermal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6.4 Proses isobarik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.5 Plot dari proses isobarik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

	Proses isokhorik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Plot Proses Isokhorik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Uap jenuh

7.1 Evaporasi dan kondensasi

7.2 keseimbangan dinamis. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.3 Sifat uap jenuh. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8.1 Energi internal gas ideal monoatomik. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

8.2 Fungsi status. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.3 Perubahan energi dalam: melakukan usaha. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.4 Perubahan energi internal: perpindahan panas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.5 Konduktivitas termal. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 Fase transisi

10.1 Mencair dan kristalisasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10.2 Bagan pencairan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.3 Panas spesifik fusi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10.4 Grafik kristalisasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

10.5 Penguapan dan kondensasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10.6 Mendidih. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

10.7 Jadwal perebusan. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

10.8 Kurva kondensasi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 Hukum pertama termodinamika

11.1 Kerja gas dalam proses isobarik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

11.2 Gas bekerja dalam proses sewenang-wenang. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.3 Usaha yang dilakukan pada gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.4 Hukum pertama termodinamika. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

11.5 Penerapan hukum pertama termodinamika untuk isoproses. . . . . . . . . . . . . 46

11.6 proses adiabatik. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.1 Mesin panas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12.2 Mesin pendingin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

13.1 Ireversibilitas proses di alam. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 Postulat Clausius dan Kelvin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1 Ketentuan dasar teori kinetik molekul

Fisikawan Amerika yang hebat Richard Feynman, penulis kursus terkenal Feynman Lectures on Physics¿, memiliki kata-kata yang indah:

Jika, sebagai akibat dari semacam bencana global, semua akumulasi pengetahuan ilmiah akan dihancurkan dan hanya satu frasa yang akan diteruskan ke generasi makhluk hidup yang akan datang, maka pernyataan apa, yang terdiri dari jumlah kata terkecil, yang akan membawa pengaruh paling besar? informasi? Saya percaya bahwa ini adalah hipotesis atom (Anda dapat menyebutnya bukan hipotesis, tetapi fakta, tetapi ini tidak mengubah apa pun): semua benda terdiri dari atom-atom benda kecil yang bergerak konstan, menarik pada jarak kecil, tetapi menolak jika salah satu dari mereka menekan lebih keras pada yang lain. Dalam satu kalimat ini. . . berisi sejumlah besar informasi tentang dunia, Anda hanya perlu menaruh sedikit imajinasi dan sedikit pemikiran ke dalamnya.

Kata-kata ini mengandung esensi dari teori molekuler-kinetik (MKT) tentang struktur materi. Yakni, ketentuan pokok dari MKT tersebut adalah tiga pernyataan berikut.

1. Setiap zat terdiri dari partikel terkecil dari molekul dan atom. Mereka terletak secara terpisah di ruang angkasa, yaitu pada jarak tertentu satu sama lain.

2. Atom atau molekul materi berada dalam keadaan gerak acak 1 , yang tidak pernah berakhir.

3. Atom atau molekul suatu zat berinteraksi satu sama lain dengan gaya tarik-menarik dan gaya tolak menolak, yang bergantung pada jarak antar partikel.

Ketentuan ini merupakan generalisasi dari berbagai pengamatan dan fakta eksperimental. Mari kita lihat lebih dekat ketentuan ini dan berikan pembenaran eksperimentalnya.

1.1 atom dan molekul

Mari kita ambil selembar kertas dan mulai membaginya menjadi bagian-bagian yang semakin kecil. Akankah kita mendapatkan potongan kertas di setiap langkah, atau akankah sesuatu yang baru muncul di beberapa tahap?

Posisi pertama MKT memberi tahu kita bahwa materi tidak habis dibagi. Cepat atau lambat kita akan mencapai perbatasan terakhir partikel terkecil dari zat tertentu. Partikel ini adalah atom dan molekul. Mereka juga dapat dibagi menjadi beberapa bagian, tetapi kemudian substansi aslinya tidak ada lagi.

Atom adalah partikel terkecil dari suatu unsur kimia tertentu yang mempertahankan seluruh Sifat kimia. Tidak banyak unsur kimia, semuanya diringkas dalam tabel periodik.

Molekul adalah partikel terkecil dari suatu zat (bukan unsur kimia) yang mempertahankan semua sifat kimianya. Molekul terdiri dari dua atau lebih atom dari satu atau lebih unsur kimia.

Misalnya, H2O adalah molekul air yang terdiri dari dua atom hidrogen dan satu atom oksigen. Dengan membaginya menjadi atom, kita tidak akan lagi berurusan dengan zat yang disebut 'air'. Selanjutnya, dengan membagi atom H dan O menjadi bagian-bagian komponennya, kita mendapatkan satu set proton, neutron dan elektron, dan dengan demikian kehilangan informasi bahwa pada awalnya itu adalah hidrogen dan oksigen.

1 Gerakan ini disebut gerakan termal.

Ukuran atom atau molekul (terdiri dari sejumlah kecil atom) adalah sekitar 108 cm, ini adalah nilai yang sangat kecil sehingga atom tidak dapat dilihat dengan mikroskop optik apa pun.

Atom dan molekul disebut, singkatnya, hanya partikel materi. Apa sebenarnya partikel atom atau molekul dalam setiap kasus tertentu tidak sulit untuk ditetapkan. Jika kita berbicara tentang unsur kimia, maka atom akan menjadi partikel; jika zat kompleks dianggap, maka partikelnya adalah molekul yang terdiri dari beberapa atom.

Selanjutnya, proposisi pertama MKT menyatakan bahwa partikel materi tidak mengisi ruang secara terus menerus. Partikel terletak secara terpisah, yaitu seolah-olah pada titik yang terpisah. Di antara partikel ada celah, yang ukurannya dapat bervariasi dalam batas-batas tertentu.

Fenomena ekspansi termal benda bersaksi mendukung posisi pertama MKT. Yaitu, ketika dipanaskan, jarak antara partikel zat meningkat, dan dimensi tubuh meningkat. Pada pendinginan, sebaliknya, jarak antara partikel berkurang, akibatnya tubuh berkontraksi.

Difusi, penetrasi timbal balik dari zat-zat yang bersentuhan satu sama lain, juga merupakan konfirmasi yang mencolok dari posisi pertama MKT.

Misalnya, pada gambar. 1 menunjukkan2 proses difusi dalam cairan. Partikel zat terlarut ditempatkan dalam segelas air dan terletak pertama di bagian kiri atas gelas. Seiring waktu, partikel bergerak (katakanlah, berdifusi) dari daerah konsentrasi tinggi ke daerah konsentrasi rendah. Pada akhirnya, konsentrasi partikel menjadi sama di mana-mana; partikel didistribusikan secara merata di seluruh volume cairan.

Beras. 1. Difusi dalam cairan

Bagaimana menjelaskan difusi dari sudut pandang teori molekuler-kinetik? Sangat sederhana: partikel dari satu zat menembus ke dalam celah antara partikel zat lain. Difusi berjalan semakin cepat, semakin besar celah ini; oleh karena itu, gas paling mudah bercampur satu sama lain (di mana jarak antar partikel jauh lebih besar daripada ukuran partikel itu sendiri).

1.2 Gerakan termal atom dan molekul

Ingat sekali lagi rumusan proposisi kedua MKT: partikel suatu zat melakukan gerakan acak (juga disebut gerakan termal), yang tidak pernah berhenti.

Konfirmasi eksperimental dari posisi kedua MKT sekali lagi merupakan fenomena difusi, karena penetrasi timbal balik partikel hanya mungkin dilakukan dengan gerakan kontinu mereka!

2 Gambar dari en.wikipedia.org.

Tetapi bukti paling mencolok dari gerakan kacau abadi partikel materi adalah gerakan Brown. Ini adalah nama gerakan acak terus menerus dari partikel Brown dari butiran debu atau butiran (berukuran 10 5 - 104 cm) yang tersuspensi dalam cairan atau gas.

Beras. 2. Gerak Brown

Ukuran partikel Brown adalah 1000-10000 kali ukuran atom. Di satu sisi, partikel Brown cukup kecil dan masih "merasa" bahwa sejumlah molekul yang berbeda menabraknya ke arah yang berbeda; perbedaan jumlah tumbukan ini menyebabkan perpindahan partikel Brown yang nyata. Di sisi lain, partikel Brown cukup besar untuk dilihat dengan mikroskop.

Omong-omong, gerak Brown juga dapat dianggap sebagai bukti dari fakta keberadaan molekul, yaitu, ia juga dapat berfungsi sebagai pembuktian eksperimental posisi pertama MKT.

1.3 Interaksi partikel materi

Posisi ketiga MKT berbicara tentang interaksi partikel suatu zat: atom atau molekul berinteraksi satu sama lain dengan gaya tarik dan tolak, yang bergantung pada jarak antar partikel: seiring bertambahnya jarak, gaya tarik-menarik mulai menang, dengan penurunan gaya tolak.

3 Gambar dari situs nv-magadan.narod.ru.

Konfirmasi lain dari keberadaan kekuatan interaksi antarmolekul adalah adanya tiga keadaan agregat materi.

PADA Dalam gas, molekul dipisahkan satu sama lain dengan jarak yang jauh melebihi dimensi molekul itu sendiri (di udara dalam kondisi normal, sekitar 1000 kali). Pada jarak seperti itu, gaya interaksi antar molekul praktis tidak ada, oleh karena itu gas menempati seluruh volume yang disediakan untuk mereka dan mudah dikompresi.

PADA Dalam cairan, ruang antar molekul sebanding dengan ukuran molekul. Kekuatan tarik-menarik molekul sangat nyata dan memastikan pelestarian volume oleh cairan. Tetapi gaya-gaya ini tidak cukup kuat bagi cairan untuk mempertahankan bentuknya, dan cairan, seperti gas, berbentuk wadah.

PADA Dalam padatan, gaya tarik-menarik antar partikel sangat kuat: padatan tidak hanya mempertahankan volume, tetapi juga bentuknya.