열운동이란? 어떤 개념이 관련되어 있습니까? 열 운동. 온도

우리 주변에는 인체와 직접적인 관련이 있는 다양한 물리적 현상이 존재한다. 체온의 변화. 어린 시절부터 우리는 찬 물을 데우면 처음에는 거의 따뜻해지지 않고 나중에는 특정 시간더운.

"차가운", "뜨거운", "따뜻한"과 같은 단어로 신체의 "가열" 정도를 정의하거나 물리학 언어로 말하면 신체의 다양한 온도를 정의합니다. 온도 따뜻한 물찬물보다 약간 따뜻합니다. 여름과 겨울 공기의 온도를 비교하면 온도 차이가 확연합니다.

체온은 체온계로 측정되며 섭씨(°C)로 표시됩니다.

알려진 바와 같이 더 높은 온도에서 확산이 더 빠릅니다. 이로부터 분자의 이동 속도와 온도는 깊이 연결되어 있음을 알 수 있습니다. 온도를 높이면 분자의 운동 속도가 증가하고 온도를 낮추면 감소합니다.

따라서 우리는 다음과 같이 결론을 내립니다. 체온은 분자의 운동 속도와 직접적인 관련이 있습니다.

온수는 냉수와 정확히 동일한 분자로 구성됩니다. 그들 사이의 차이점은 분자의 이동 속도에만 있습니다.

신체의 가열 또는 냉각, 온도 변화와 관련된 현상을 열이라고 합니다. 여기에는 공기 가열 또는 냉각, 녹는 금속, 녹는 눈이 포함됩니다.

모든 물체의 기초가 되는 분자나 원자는 끝없이 무질서하게 움직입니다. 우리 주변의 신체에 있는 그러한 분자와 원자의 수는 엄청납니다. 1cm³의 물에는 약 3.34 x 10²² 분자가 들어 있습니다. 모든 분자는 매우 복잡한 운동 궤적을 가지고 있습니다. 예를 들어, 서로 다른 방향으로 고속으로 움직이는 가스 입자는 서로 충돌하고 용기의 벽과 충돌할 수 있습니다. 따라서 그들은 속도를 변경하고 다시 계속 움직입니다.

그림 #1은 물에 용해된 페인트 입자의 무작위 움직임을 보여줍니다.

따라서 우리는 한 가지 더 결론을 내립니다. 물체를 구성하는 입자의 무질서한 운동을 열 운동이라고 합니다.

임의성은 열 운동의 가장 중요한 특징입니다. 분자 운동에 대한 가장 중요한 증거 중 하나는 확산과 브라운 운동.(브라운 운동은 분자 충돌의 영향을 받는 액체에서 가장 작은 고체 입자의 운동입니다. 관찰에서 알 수 있듯이 브라운 운동은 멈출 수 없습니다.)

액체에서 분자는 다른 분자에 대해 진동, 회전 및 이동할 수 있습니다. 우리가 고체를 취하면 분자와 원자가 평균 위치 주위에서 진동합니다.

절대적으로 신체의 모든 분자는 분자와 원자의 열 운동에 참여하므로 열 운동의 변화와 함께 신체 자체의 상태, 다양한 특성도 변합니다. 따라서 얼음의 온도를 높이면 얼음이 녹기 시작하면서 완전히 다른 형태를 취합니다. 얼음은 액체가 됩니다. 반대로 온도를 낮추기 위해 예를 들어 수은은 특성이 바뀌고 액체에서 고체로 변합니다.

티 체온은 분자의 평균 운동 에너지에 직접적으로 의존합니다. 우리는 명백한 결론을 내립니다. 신체의 온도가 높을수록 분자의 평균 운동 에너지가 커집니다. 반대로 체온이 떨어지면 분자의 평균 운동 에너지가 감소합니다.

질문이 있거나 열 운동 및 온도에 대해 더 자세히 알고 싶다면 당사 웹사이트에 등록하고 튜터의 도움을 받으십시오.

질문있으세요? 숙제하는 방법을 모르십니까?
튜터의 도움을 받으려면 - 등록하십시오.
첫 수업은 무료입니다!

사이트에서 자료의 전체 또는 일부를 복사하려면 소스에 대한 링크가 필요합니다.

설탕이 물에 녹는 속도를 결정짓는 것은 무엇이라고 생각합니까? 간단한 실험을 할 수 있습니다. 설탕 두 조각을 가지고 하나는 끓는 물 한 컵에, 다른 하나는 찬 물 한 컵에 던집니다.

설탕이 끓는 물에 녹을 때보다 몇 배 더 빨리 녹는 것을 볼 수 있습니다. 차가운 물. 용해의 원인은 확산입니다. 이것은 확산이 더 높은 온도에서 더 빨리 일어난다는 것을 의미합니다. 확산은 분자의 움직임으로 인해 발생합니다. 따라서 우리는 분자가 더 높은 온도에서 더 빨리 움직인다는 결론을 내렸습니다. 즉, 이동 속도는 온도에 따라 다릅니다. 그래서 몸을 구성하는 분자들의 무작위적인 무질서한 운동을 열운동이라고 합니다.

분자의 열 운동

온도가 상승함에 따라 증가한다. 열 운동분자, 물질의 성질이 변합니다. 고체가 녹아 액체로 변하고 액체가 증발하여 기체 상태로 변합니다. 따라서 온도가 낮아지면 분자의 열 운동의 평균 에너지도 감소하므로 몸체의 응집 상태를 변경하는 과정이 반대 방향으로 발생합니다. 물은 액체로 응축되고, 액체가 얼어 고체 상태로 변합니다. 동시에 우리는 항상 온도와 분자 속도의 평균 값에 대해 이야기하고 있습니다. 왜냐하면 이러한 값의 값이 더 크거나 작은 입자가 항상 있기 때문입니다.

물질의 분자는 이동하여 일정 거리를 이동하므로 일부 작업을 수행합니다. 즉, 입자의 운동 에너지에 대해 이야기할 수 있습니다. 그들의 결과로 상대 위치분자의 위치 에너지도 있습니다. 언제 문제의신체의 운동 에너지와 위치 에너지에 대해 이야기하면 신체의 총 역학적 에너지의 존재에 대해 이야기하고 있습니다. 따라서 신체의 입자에 운동 에너지와 위치 에너지가 있으면 이러한 에너지의 합을 독립된 양으로 말할 수 있습니다.

신체의 내부 에너지

예를 들어 보십시오. 탄성 공을 바닥에 던지면 그 운동의 운동 에너지는 바닥에 닿는 순간 위치 에너지로 완전히 변환되고, 튕겨 나갈 때 다시 운동 에너지가 됩니다. 딱딱하고 비탄성적인 표면에 무거운 쇠공을 던지면 공은 튀지 않고 떨어질 것입니다. 착륙 후 운동 및 잠재적 에너지는 0과 같습니다. 에너지는 어디로 갔습니까? 그녀는 방금 사라졌습니까? 충돌 후 볼과 표면을 살펴보면 볼이 약간 납작해지고 표면에 움푹 들어간 부분이 있고 둘 다 약간 가열된 것을 볼 수 있습니다. 즉, 몸체의 분자 배열에 변화가 있었고 온도도 상승했습니다. 이것은 신체 입자의 운동 에너지와 잠재적 에너지가 변경되었음을 의미합니다. 몸의 에너지는 어디에도 가지 않았다, 그것은 신체의 내부 에너지로 전달되었습니다. 내부 에너지는 신체의 모든 입자의 운동 에너지 및 위치 에너지라고합니다. 물체의 충돌은 내부 에너지의 변화를 일으켜 증가하고 기계적 에너지는 감소했습니다. 이렇게 구성되어 있습니다

USE 코디네이터의 주제:원자와 물질 분자의 열 운동, 브라운 운동, 확산, 물질 입자의 상호 작용, 원자 이론의 실험적 증거.

유명한 Feynman Lectures on Physics의 저자인 위대한 미국 물리학자 Richard Feynman은 다음과 같은 놀라운 말을 남겼습니다.

– 일부 글로벌 재앙의 결과로 누적된 모든 과학적 지식파괴되고 오직 한 구절만이 다음 세대의 생명체에게 전달될 것입니다. 그렇다면 다음으로 구성된 진술은 무엇입니까? 최소 수량단어, 가장 많은 정보를 가져올까요? 나는 그것이라고 생각한다 원자 가설(당신은 그것을 가설이 아니라 사실이라고 부를 수 있지만 이것은 아무것도 바꾸지 않습니다): 모든 몸체는 일정한 운동을 하고 짧은 거리에서 끌어당기는 작은 몸체의 원자로 구성되어 있지만 그 중 하나가 다른 쪽을 더 가까이 눌렀습니다. 그 한 문장은... 세상에 대한 엄청난 양의 정보를 포함하고 있습니다. 당신은 그것에 대해 약간의 상상력과 약간의 고려를 적용해야 합니다.

이 단어에는 물질 구조의 분자 운동 이론(MKT)의 본질이 포함되어 있습니다. 즉, MKT의 주요 조항은 다음 세 가지입니다.

1. 모든 물질은 분자와 원자의 가장 작은 입자로 구성됩니다. 그것들은 공간에서 불연속적으로, 즉 서로 특정 거리에 위치합니다.
2. 물질의 원자 또는 분자는 무작위로 움직이는 상태(이 운동을 열 운동이라고 함)에 있으며 결코 멈추지 않습니다.
3. 물질의 원자 또는 분자는 입자 사이의 거리에 따라 달라지는 인력과 반발력에 의해 서로 상호 작용합니다.

이러한 조항은 수많은 관찰 및 실험적 사실을 일반화한 것입니다. 이러한 조항을 자세히 살펴보고 실험적 근거를 제시해 보겠습니다.

예를 들어, 는 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자로 구성된 물 분자입니다. 그것을 원자로 나누면 더 이상 "물"이라는 물질을 다루지 않을 것입니다. 또한 원자를 구성 요소로 나누면 양성자, 중성자 및 전자 집합을 얻을 수 있으므로 처음에는 이것이 수소와 산소였다는 정보를 잃게 됩니다.

원자와 분자를 간단히 입자물질. 각각의 특정한 경우에 입자(원자 또는 분자)가 정확히 무엇인지 확인하는 것은 어렵지 않습니다. 에 관한 것이라면 화학 원소, 그러면 입자는 원자가 될 것입니다. 고려한다면 복합 물질, 그 입자는 여러 원자로 구성된 분자입니다.

또한 MKT의 첫 번째 명제는 물질 입자가 공간을 연속적으로 채우지 않는다는 것입니다. 입자들이 배열되어 있다 따로따로, 즉 별도의 지점에서. 입자 사이에는 간격이 있으며 그 크기는 특정 한계 내에서 변할 수 있습니다.

MKT의 첫 번째 위치에 찬성하는 현상은 열 팽창전화 즉, 가열되면 물질의 입자 사이의 거리가 증가하고 몸체의 치수가 증가합니다. 반대로 냉각하면 입자 사이의 거리가 줄어들어 신체가 수축합니다.

MKT의 첫 번째 위치에 대한 놀라운 확인도 확산- 인접한 물질의 상호 침투.

예를 들어, 그림. 1은 액체에서 확산 과정을 보여줍니다. 용질의 입자는 물 한 잔에 놓여지고 유리의 왼쪽 상단에 먼저 위치합니다. 시간이 지남에 따라 입자가 이동합니다(그들이 말했듯이, 퍼지다) 고농도 영역에서 저농도 영역으로. 결국 입자의 농도는 모든 곳에서 동일해집니다. 입자는 액체의 전체 부피에 고르게 분포됩니다.

쌀. 1. 액체에서의 확산

분자 운동 이론의 관점에서 확산을 설명하는 방법은 무엇입니까? 아주 간단하게: 한 물질의 입자는 다른 물질의 입자 사이의 틈으로 침투합니다. 확산이 빨라질수록 이러한 간격이 커집니다. 따라서 가스는 서로 가장 쉽게 혼합됩니다(입자 사이의 거리가 많은 더 많은 크기입자 자체).

원자와 분자의 열 운동

MKT의 두 번째 조항의 문구를 다시 한 번 상기하십시오. 물질 입자는 멈추지 않는 무작위 운동(열 운동이라고도 함)을 수행합니다.

MKT의 두 번째 위치에 대한 실험적 확인은 입자의 상호 침투가 지속적인 움직임에서만 가능하기 때문에 다시 확산 현상입니다! 그러나 물질 입자의 영원한 혼돈 운동에 대한 가장 놀라운 증거는 브라운 운동. 이것이 계속되는 불규칙한 움직임의 이름이다. 브라운 입자- 액체나 기체에 떠 있는 먼지 입자 또는 알갱이(크기 cm).

브라운 운동은 현미경을 통해 물에 떠 있는 꽃가루 입자의 연속적인 춤을 본 스코틀랜드의 식물학자 로버트 브라운을 기리기 위해 그 이름을 얻었습니다. 이 무브먼트가 영원하다는 증거로 브라운은 구멍이 물로 채워진 석영 조각을 발견했습니다. 수백만 년 전에 그곳에 물이 들어왔다는 사실에도 불구하고 그곳에 도착한 티끌은 계속 움직였습니다. 이는 다른 실험에서 관찰된 것과 다르지 않았습니다.

브라운 운동의 이유는 부유 입자가 액체(기체) 분자로부터 보상되지 않은 충격을 받고, 분자의 혼돈 운동으로 인해 결과 충격의 크기와 방향을 절대 예측할 수 없기 때문입니다. 따라서 브라운 입자는 복잡한 지그재그 궤적을 나타냅니다(그림 2).

쌀. 2. 브라운 운동

그건 그렇고, 브라운 운동은 또한 분자의 존재에 대한 바로 그 사실의 증거로 간주 될 수 있습니다. 즉, MKT의 첫 번째 위치에 대한 실험적 입증으로 작용할 수도 있습니다.

물질 입자의 상호 작용

MKT의 세 번째 위치는 물질 입자의 상호 작용에 대해 말합니다. 원자 또는 분자는 입자 사이의 거리에 따라 달라지는 인력과 반발력에 의해 서로 상호 작용합니다. 거리가 증가하면 인력이 우세하기 시작하고 거리가 감소하면 반발력이 발생합니다.

MKT의 세 번째 위치의 유효성은 몸체의 변형으로 인해 발생하는 탄성력에 의해 입증됩니다. 몸이 늘어나면 입자 사이의 거리가 증가하고 입자가 서로 끌어 당기는 힘이 우세해지기 시작합니다. 몸체가 압축되면 입자 사이의 거리가 줄어들고 그 결과 반발력이 우세합니다. 두 경우 모두 탄성력은 변형의 반대 방향으로 향합니다.

분자간 상호 작용의 힘의 존재에 대한 또 다른 확인은 물질의 세 가지 집합체 상태의 존재입니다.

가스에서 분자는 분자 자체의 치수를 훨씬 초과하는 거리만큼 서로 분리됩니다(정상 조건의 공기 중에서는 약 1000배). 이러한 거리에서 분자 사이의 상호 작용력은 실제로 존재하지 않으므로 가스는 제공된 전체 부피를 차지하고 쉽게 압축됩니다.

액체에서 분자 사이의 공간은 분자의 크기와 비슷합니다. 분자 인력의 힘은 매우 유형적이며 액체에 의한 체적 보존을 보장합니다. 그러나 이러한 힘은 액체가 모양을 유지하기에 충분히 강하지 않습니다. 기체와 같은 액체는 용기의 형태를 취합니다.

고체에서 입자 사이의 인력은 매우 강합니다. 솔리드 바디볼륨뿐만 아니라 모양도 유지하십시오.

한 응집 상태에서 다른 응집 상태로 물질의 전이는 물질 입자 사이의 상호 작용력의 크기 변화의 결과입니다. 입자 자체는 변경되지 않은 상태로 유지됩니다.

이 단원에서는 열 운동의 개념과 온도와 같은 물리량에 대해 설명합니다.

인간 생활의 열 현상은 매우 중요합니다. 우리는 일기 예보와 일반 물이 끓는 동안 모두 마주칩니다. 열 현상은 신소재 생성, 금속 용해, 연료 연소, 자동차 및 항공기용 새로운 유형의 연료 생성 등과 같은 프로세스와 관련이 있습니다.

온도는 열 현상과 관련된 가장 중요한 개념 중 하나입니다. 종종 열 프로세스 과정에서 가장 중요한 특성이 온도이기 때문입니다.

정의.열 현상- 이들은 물체의 가열 또는 냉각 및 응집 상태의 변화와 관련된 현상입니다(그림 1).

쌀. 1. 얼음 용해, 물 가열 및 증발

모든 열 현상은 다음과 관련이 있습니다. 온도.

모든 신체는 그 상태로 특징지어진다. 열 평형. 주요 특징열평형은 온도입니다.

정의.온도몸의 "따뜻함"의 척도입니다.

온도는 물리량이므로 측정할 수 있고 측정해야 합니다. 온도를 측정하는 데 사용하는 도구를 온도계(그리스어에서. 열- "따뜻하게", 메트로- "측정합니다") (그림 2).

쌀. 2. 온도계

최초의 온도계(또는 그 유사체)는 Galileo Galilei에 의해 발명되었습니다(그림 3).

쌀. 3. 갈릴레오 갈릴레이(1564-1642)

16세기 말(1597년) 대학 강의에서 그가 학생들에게 제시한 갈릴레오의 발명은 온도계. 모든 온도계의 작동은 다음 원칙을 기반으로 합니다. 물리적 특성물질은 온도에 따라 변한다.

갈릴레오의 경험그는 다음과 같이 구성되어 있습니다 : 그는 긴 줄기가 달린 플라스크를 가져다가 물로 채웠습니다. 그런 다음 그는 물 한 컵을 가져다가 플라스크를 거꾸로 뒤집어 유리에 넣었습니다. 물론 물의 일부는 쏟아졌지만 결과적으로 다리에는 일정 수준의 물이 남아있었습니다. 이제 플라스크 (공기가 들어 있음)가 가열되면 수위가 떨어지고 냉각되면 반대로 상승합니다. 이것은 가열되면 물질(특히 공기)이 팽창하는 경향이 있고 냉각되면 좁아지기 때문입니다(이 때문에 레일이 불연속적으로 만들어지고 극 사이의 와이어가 때때로 약간 처짐).

쌀. 4. 갈릴레오 체험

이 아이디어는 첫 번째 온도계(그림 5)의 기초를 형성했으며, 이를 통해 온도 변화를 추정할 수 있었습니다(측정값이 대기압에 크게 의존하기 때문에 이러한 온도계로 온도를 정확하게 측정하는 것은 불가능합니다).

쌀. 5. 갈릴레오의 온도계 복사

동시에 소위 학위 척도가 도입되었습니다. 바로 그 말 도라틴어로 "단계"를 의미합니다.

현재까지 3개의 주요 스케일이 살아남았습니다.

1. 섭씨

어린 시절부터 모든 사람에게 알려진 가장 널리 사용되는 척도는 섭씨 척도입니다.

안데르스 섭씨 (그림 6) - 스웨덴의 천문학자, 다음 온도 척도를 제안했습니다. - 물의 끓는점; - 물의 어는점. 오늘날 우리는 모두 거꾸로 된 섭씨 눈금에 익숙합니다.

쌀. 6 안드레스 섭씨 (1701-1744)

메모:섭씨 자신은 그러한 척도 선택이 단순한 사실에 기인한다고 말했습니다. 반면에 겨울에는 음의 온도가 없을 것입니다.

2. 화씨 스케일

영국, 미국, 프랑스, 라틴 아메리카일부 다른 국가에서는 화씨 척도가 인기가 있습니다.

Gabriel Fahrenheit(그림 7)은 독일 연구원이자 엔지니어로 처음으로 유리 제조에 자신의 규모를 적용했습니다. 화씨 눈금은 더 얇습니다. 화씨 눈금의 치수는 섭씨 눈금보다 작습니다.

쌀. 7 가브리엘 화씨(1686-1736)

3. 로뮈르 스케일

기술 저울은 프랑스 연구원 R.A.가 발명했습니다. Réaumur(그림 8). 이 척도에 따르면 물의 어는점에 해당하지만 Réaumur는 물의 끓는점으로 80도의 온도를 선택했습니다.

쌀. 8. 르네 앙투안 로뮈르(1683-1757)

물리학에서는 소위 절대 척도 - 켈빈 스케일(그림 8). 섭씨 1도는 1도 켈빈과 같지만 온도는 대략 해당합니다(그림 9).

쌀. 9. 윌리엄 톰슨(Kelvin 경)(1824-1907)

쌀. 10. 온도 눈금

체온이 변하면 체온이 변한다는 것을 기억하십시오. 선형 치수(가열되면 몸체가 팽창하고 냉각되면 좁아집니다). 그것은 분자의 행동과 관련이 있습니다. 가열되면 입자의 이동 속도가 각각 증가하고 더 자주 상호 작용하기 시작하고 부피가 증가합니다(그림 11).

쌀. 11. 선형 치수 변경

이것으로부터 우리는 온도가 물체를 구성하는 입자의 움직임과 관련이 있다는 결론을 내릴 수 있습니다(이것은 고체, 액체 및 기체 물체에 적용됨).

가스에서 입자의 움직임(그림 12)은 무작위입니다(가스의 분자와 원자는 실제로 상호 작용하지 않기 때문에).

쌀. 12. 기체 입자의 움직임

액체에서 입자의 움직임 (그림 13)은 "점프", 즉 분자가 " 앉아 있는삶"이지만 한 장소에서 다른 장소로 "점프"할 수 있습니다. 이것은 액체의 유동성을 결정합니다.

쌀. 13. 액체에서 입자의 움직임

고체에서 입자의 운동(그림 14)을 진동이라고 합니다.

쌀. 14. 고체에서 입자의 운동

따라서 모든 입자는 연속적으로 움직입니다. 이러한 입자의 움직임을 열 운동(무작위, 혼란스러운 움직임). 이 움직임은 결코 멈추지 않습니다(몸에 온도가 있는 한). 열 운동의 존재는 1827년 영국 식물학자 로버트 브라운(Robert Brown)에 의해 확인되었으며(그림 15), 그의 이름을 따서 이 운동이라고 불렀습니다. 브라운 운동.

쌀. 15. 로버트 브라운(1773-1858)

현재까지 알려진 낮은 온도, 달성할 수 있는 것은 대략 입니다. 이 온도에서 입자의 움직임이 멈춥니다(그러나 입자 자체 내부의 움직임은 멈추지 않음).

갈릴레오의 경험은 이전에 설명되었으며 결론적으로 우리는 1702년에 소위 말하는 것을 발명한 프랑스 과학자 Guillaume Amonton(그림 15)의 경험인 또 다른 경험을 고려할 것입니다. 가스 온도계. 사소한 변화로 이 온도계는 오늘날까지 살아남았습니다.

쌀. 15. 기욤 아몬통(1663-1705)

아몬톤 체험

쌀. 16. Amonton의 경험

물이 담긴 플라스크를 가지고 가는 튜브로 마개로 막습니다. 이제 물을 가열하면 물의 팽창으로 인해 튜브의 수위가 높아집니다. 관의 수위 상승에 따라 온도 변화에 대한 결론을 도출할 수 있습니다. 이점 아몬톤 온도계대기압에 의존하지 않는다는 것입니다.

이 수업에서 우리는 다음과 같은 중요한 사항을 고려했습니다. 물리량, 처럼 온도. 측정 방법, 특성 및 특성을 연구했습니다. 다음 수업에서는 개념을 살펴보겠습니다. 내부 에너지 .

서지

Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / 에드. Orlova V.A., Roizena I.I. 물리학 8. - M.: Mnemosyne.
페리시킨 A.V. 물리학 8. - M.: Bustard, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. 물리학 8. - M.: 계몽.

인터넷 포털 "class-fizika.narod.ru"()
인터넷 포털 "school.xvatit.com"()
인터넷 포털 "ponimai.su"()

숙제

1. 제1-4호(제1항). 페리시킨 A.V. 물리학 8. - M.: Bustard, 2010.

2. 갈릴레오의 온도계를 보정할 수 없는 이유는 무엇입니까?

3. 스토브에서 가열된 철제 못:

철 분자의 속도는 어떻게 변했습니까?

못을 찬물에 담그면 분자의 운동 속도는 어떻게 변할까요?

이것은 어떻게 물 분자의 속도를 변화시키는가?

이 실험 동안 손톱의 부피는 어떻게 변합니까?

4. 풍선방에서 나와 추운 곳으로 옮겼습니다.

공의 부피는 어떻게 변할까요?

풍선 내부의 공기 분자의 이동 속도는 어떻게 변합니까?

공이 방으로 돌아가고 배터리에 추가되면 공 내부의 분자 속도는 어떻게 변합니까?

IV 야코블레프 | 물리학의 재료 | MathUs.ru

분자 물리학 및 열역학

이 매뉴얼은 두 번째 섹션인 분자 물리학에 전념합니다. 물리학에서 USE codifier의 열역학. 다음 주제를 다룹니다.

원자와 물질 분자의 열 운동. 브라운 운동. 확산. 원자론의 실험적 증거. 물질 입자의 상호 작용.

기체, 액체 및 고체의 구조 모델.

이상 기체 모델. 이상기체 분자의 열운동 압력과 평균 운동에너지의 관계. 절대 온도. 가스 온도와 입자의 평균 운동 에너지 연결. 방정식 p = nkT . Mendeleev의 Clapeyron 방정식.

Isoprocesses: 등온, isochoric, isobaric, 단열 과정.

포화 및 불포화 쌍. 공기 습도.

물질의 응집 상태 변화: 증발 및 응축, 액체 비등, 용융 및 결정화. 상전이의 에너지 변화.

내부 에너지. 열 균형. 열전달. 열량. 비열물질. 열 균형 방정식.

열역학에서 일하십시오. 열역학 제1법칙.

열 기계의 작동 원리. 열기관 효율. 열역학 제2법칙. 에너지 및 환경 보호 문제.

설명서에는 포함되지 않은 몇 가지 추가 자료도 포함되어 있습니다. USE 코디네이터(하지만 포함 학교 커리큘럼!). 이 자료를 통해 다루는 주제를 더 잘 이해할 수 있습니다.

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

2.3 액체 . . . . . . 십

	분자 물리학의 기본 공식
	온도
		열역학 시스템. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		열 평형. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		온도 척도. 절대 온도 . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	이상 기체 상태 방정식
		가스 입자의 평균 운동 에너지. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 이상 기체의 MKT의 기본 방정식. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 입자 에너지 및 가스 온도. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 열역학적 과정. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.2 등온 과정. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.3 등온 공정 그래프. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6.4 등압 과정. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.5 등압 과정의 플롯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

	등변성 과정. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	등코릭 프로세스 플롯. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 포화 증기

7.1 증발 및 응축

7.2 동적 균형. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.3 포화 증기 특성. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8.1 단원자 이상 기체의 내부 에너지. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

8.2 상태 기능. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.3 내부 에너지의 변화: 일하기. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.4 내부 에너지의 변화: 열전달 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.5 열 전도성. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 상전이

10.1 용융 및 결정화. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10.2 녹는 차트. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.3 비융합열. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10.4 결정화 차트. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

10.5 기화 및 응축. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10.6 끓이기 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

10.7 끓는 일정 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

10.8 응축 곡선. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 열역학 제1법칙

11.1 등압 과정에서 기체의 일. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

11.2 임의의 과정에서 가스 작업. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.3 기체에 대한 일. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.4 열역학 제1법칙. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

11.5 아이소프로세스에 열역학 제1법칙 적용. . . . . . . . . . . . . 46

11.6 단열 과정. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.1 열기관. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12.2 냉동 기계. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

13.1 자연에서 과정의 비가역성. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 클라우지우스와 켈빈의 가정. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1 기본 조항분자 운동 이론

위대한 미국 물리학자 Richard Feynman은 유명한 코스인 ¾Feynman Lectures on Physics(물리학에 대한 강의)의 저자로 다음과 같은 멋진 말을 남겼습니다.

어떤 종류의 전지구적 재앙의 결과로 축적된 모든 과학적 지식이 파괴되고 오직 한 구절만이 미래 세대의 생명체에게 전해진다면, 가장 적은 수의 단어로 구성된 어떤 진술이 가장 큰 영향을 미칠 것입니까? 정보? 나는 이것이 원자 가설이라고 믿습니다 (가설이 아니라 사실이라고 부를 수 있지만 이것은 아무것도 바꾸지 않습니다). 모든 몸체는 일정한 운동을하고 작은 거리에서 끌어 당기는 작은 몸체의 원자로 구성됩니다. 그러나 그들 중 하나가 다른 하나를 더 세게 누르면 격퇴하십시오. 이 한 문장에서. . . 세계에 대한 엄청난 양의 정보가 포함되어 있으므로 약간의 상상력과 약간의 생각만 하면 됩니다.

이 단어에는 물질 구조의 분자 운동 이론(MKT)의 본질이 포함되어 있습니다. 즉, MKT의 주요 조항은 다음 세 가지입니다.

1. 모든 물질은 분자와 원자의 가장 작은 입자로 구성됩니다. 그것들은 공간에서 불연속적으로, 즉 서로 특정 거리에 위치합니다.

2. 물질의 원자 또는 분자는 무작위 운동 상태에 있습니다. 1 , 절대 종료되지 않습니다.

3. 물질의 원자 또는 분자는 입자 사이의 거리에 따라 달라지는 인력과 반발력에 의해 서로 상호 작용합니다.

이러한 조항은 수많은 관찰 및 실험적 사실을 일반화한 것입니다. 이러한 조항을 자세히 살펴보고 실험적 근거를 제시해 보겠습니다.

1.1 원자와 분자

종이 한 장을 가져 와서 더 작은 부분으로 나누기 시작합시다. 각 단계에서 종이 조각을 얻을 수 있습니까, 아니면 어떤 단계에서 새로운 것이 나타날 것입니까?

MKT의 첫 번째 위치는 물질이 무한히 나누어지지 않는다는 것을 알려줍니다. 조만간 우리는 ¾에 도달할 것입니다. 마지막 국경¿ 주어진 물질의 가장 작은 입자. 이 입자는 원자와 분자입니다. 그것들은 또한 부분으로 나눌 수 있지만 원래의 물질은 더 이상 존재하지 않을 것입니다.

원자는 주어진 화학 원소의 모든 구성 요소를 유지하는 가장 작은 입자입니다. 화학적 특성. 화학 원소는 그리 많지 않으며 주기율표에 모두 요약되어 있습니다.

분자는 모든 화학적 특성을 유지하는 주어진 물질(화학 원소가 아님)의 가장 작은 입자입니다. 분자는 하나 이상의 화학 원소의 두 개 이상의 원자로 구성됩니다.

예를 들어, H2O는 2개의 수소 원자와 1개의 산소 원자로 구성된 물 분자입니다. 그것을 원자로 나누면 우리는 더 이상 ¾ 물이라는 물질을 다루지 않을 것입니다. 또한 H와 O 원자를 구성 요소로 나누면 양성자, 중성자 및 전자 집합을 얻을 수 있으므로 처음에는 수소와 산소라는 정보를 잃게 됩니다.

1 이 운동을 열 운동이라고 합니다.

원자 또는 분자(소수의 원자로 구성됨)의 크기는 약 10 8 cm로 광학현미경으로는 원자를 볼 수 없을 정도로 작은 값입니다.

원자와 분자는 간단히 말해서 단순히 물질의 입자라고 불립니다. 각각의 특정한 경우에 입자가 정확히 무엇인지 원자 또는 분자를 확립하는 것은 어렵지 않습니다. 우리가 화학 원소에 대해 이야기하고 있다면 원자는 입자가 될 것입니다. 복잡한 물질을 고려하면 그 입자는 여러 원자로 구성된 분자입니다.

또한 MKT의 첫 번째 명제는 물질 입자가 공간을 연속적으로 채우지 않는다는 것입니다. 입자는 마치 별도의 지점에 있는 것처럼 불연속적으로 위치합니다. 입자 사이에는 간격이 있으며 그 크기는 특정 한계 내에서 변할 수 있습니다.

몸체의 열팽창 현상은 MKT의 첫 번째 위치에 찬성하여 증언합니다. 즉, 가열되면 물질의 입자 사이의 거리가 증가하고 몸체의 치수가 증가합니다. 반대로 냉각하면 입자 사이의 거리가 줄어들어 신체가 수축합니다.

접촉 물질의 상호 침투인 확산 역시 MKT의 첫 번째 위치에 대한 놀라운 확인입니다.

예를 들어, 그림. 1은 액체에서 확산 과정을 보여줍니다. 용질의 입자는 물 한 잔에 놓여지고 유리의 왼쪽 상단에 먼저 위치합니다. 시간이 지남에 따라 입자는 농도가 높은 영역에서 농도가 낮은 영역으로 이동(확산)합니다. 결국 입자의 농도는 모든 곳에서 동일하게 되고 입자는 액체의 부피 전체에 고르게 분포됩니다.

쌀. 1. 액체에서의 확산

분자 운동 이론의 관점에서 확산을 설명하는 방법은 무엇입니까? 아주 간단하게: 한 물질의 입자는 다른 물질의 입자 사이의 틈으로 침투합니다. 확산이 빨라질수록 이러한 간격이 더 커지므로 가스가 서로 가장 쉽게 혼합됩니다(입자 사이의 거리가 입자 자체의 크기보다 훨씬 큼).

1.2 원자와 분자의 열 운동

MKT의 두 번째 명제의 공식화를 다시 한 번 상기하십시오. 물질의 입자는 멈추지 않는 무작위 운동(열 운동이라고도 함)을 수행합니다.

MKT의 두 번째 위치에 대한 실험적 확인은 입자의 상호 침투가 지속적인 움직임에서만 가능하기 때문에 다시 확산 현상입니다!

2 en.wikipedia.org의 이미지.

그러나 물질 입자의 영원한 혼돈 운동에 대한 가장 놀라운 증거는 브라운 운동입니다. 이것은 액체나 기체에 떠 있는 먼지 입자나 알갱이(크기 10 5 - 104 cm)의 브라운 입자가 연속적으로 무작위로 움직이는 이름입니다.

브라운 운동의 이유는 부유 입자가 액체(기체) 분자로부터 보상되지 않은 충격을 받고, 분자의 혼돈 운동으로 인해 결과 충격의 크기와 방향을 절대 예측할 수 없기 때문입니다. 따라서 브라운 입자는 복잡한 지그재그 궤적을 나타냅니다(그림 2)3.

쌀. 2. 브라운 운동

브라운 입자의 크기는 원자 크기의 1000~10000배입니다. 한편으로 브라운 입자는 충분히 작고 여전히 다른 수의 분자가 다른 방향으로 충돌하는 것처럼 "느끼는" 것입니다. 충돌 횟수의 이러한 차이는 브라운 입자의 눈에 띄는 변위를 초래합니다. 반면에 브라운 입자는 현미경으로 볼 수 있을 만큼 충분히 큽니다.