Kas, jūsuprāt, nosaka cukura šķīšanas ātrumu ūdenī? Jūs varat veikt vienkāršu eksperimentu. Ņem divus cukura gabalus un vienu iemet glāzē verdoša ūdens, otru glāzē auksta ūdens.

Jūs redzēsiet, kā cukurs izšķīst verdošā ūdenī vairākas reizes ātrāk nekā ūdenī auksts ūdens. Izšķīšanas cēlonis ir difūzija. Tas nozīmē, ka augstākā temperatūrā difūzija notiek ātrāk. Difūziju izraisa molekulu kustība. Tāpēc mēs secinām, ka molekulas pārvietojas ātrāk augstākās temperatūrās. Tas ir, to kustības ātrums ir atkarīgs no temperatūras. Tāpēc ķermeni veidojošo molekulu nejaušo haotisko kustību sauc par termisko kustību.

Molekulu termiskā kustība

Temperatūrai paaugstinoties, tā palielinās termiskā kustība molekulas, mainās matērijas īpašības. Cietā viela kūst, pārvēršoties šķidrumā, šķidrums iztvaiko, pārvēršoties gāzveida stāvoklī. Attiecīgi, pazeminot temperatūru, samazināsies arī molekulu termiskās kustības vidējā enerģija, un attiecīgi ķermeņu agregācijas stāvokļa maiņas procesi notiks pretējā virzienā: ūdens kondensēsies šķidrumā, šķidrums sasalst, pārvēršoties cietā stāvoklī. Tajā pašā laikā mēs vienmēr runājam par temperatūras un molekulārā ātruma vidējām vērtībām, jo ​​vienmēr ir daļiņas ar lielākām un mazākām šo vērtību vērtībām.

Vielās esošās molekulas pārvietojas, šķērsojot noteiktu attālumu, tāpēc veic kādu darbu. Tas ir, mēs varam runāt par daļiņu kinētisko enerģiju. Kā rezultātā viņu relatīvā pozīcija ir arī molekulu potenciālā enerģija. Kad jautājumā par ķermeņu kinētisko un potenciālo enerģiju, tad runa ir par ķermeņu kopējās mehāniskās enerģijas esamību. Ja ķermeņa daļiņām ir kinētiskā un potenciālā enerģija, tad par šo enerģiju summu var runāt kā par neatkarīgu lielumu.

Ķermeņa iekšējā enerģija

Apsveriet piemēru. Ja mēs metam elastīgu bumbu uz grīdas, tad tās kustības kinētiskā enerģija brīdī, kad tā pieskaras grīdai, tiek pilnībā pārvērsta potenciālajā enerģijā, un tad atkal pāriet kinētiskajā enerģijā, kad tā atsitās. Ja mēs metīsim smagu dzelzs lodi uz cietas, neelastīgas virsmas, tad bumba piezemēsies bez atlēkšanas. Tā kinētiskā un potenciālā enerģija pēc nosēšanās būs vienāda ar nulli. Kur pazudusi enerģija? Vai viņa vienkārši pazuda? Ja pēc sadursmes apskatām bumbiņu un virsmu, redzams, ka bumba nedaudz saplacinājusies, virspusē palikusi iespiedums un abas nedaudz uzsilušas. Tas ir, notika izmaiņas ķermeņu molekulu izkārtojumā, un arī temperatūra paaugstinājās. Tas nozīmē, ka ir mainījusies ķermeņa daļiņu kinētiskā un potenciālā enerģija. Ķermeņa enerģija nekur nav pazudusi, tas ir pārgājis ķermeņa iekšējā enerģijā. Iekšējo enerģiju sauc par visu ķermeņa daļiņu kinētisko un potenciālo enerģiju. Ķermeņu sadursme izraisīja pārmaiņas iekšējā enerģija, tā palielinājās un mehāniskā enerģija samazinājās. Tas ir tas, ko tas sastāv

Šajā nodarbībā tiek apspriests termiskās kustības jēdziens un tamlīdzīgi fiziskais daudzums kā temperatūra.

Siltuma parādībām cilvēka dzīvē ir liela nozīme. Ar tiem sastopamies gan laika prognozes laikā, gan parastā ūdens vārīšanās laikā. Siltuma parādības ir saistītas ar tādiem procesiem kā jaunu materiālu radīšana, metālu kušana, degvielas sadegšana, jaunu degvielas veidu radīšana automašīnām un lidmašīnām u.c.

Temperatūra ir viens no svarīgākajiem jēdzieniem, kas saistīts ar termiskām parādībām, jo ​​bieži vien tieši temperatūra ir vissvarīgākā termisko procesu norises īpašība.

Definīcija.termiskās parādības- tās ir parādības, kas saistītas ar ķermeņu sasilšanu vai atdzišanu, kā arī ar to agregācijas stāvokļa izmaiņām (1. att.).

Rīsi. 1. Ledus kausēšana, ūdens sildīšana un iztvaicēšana

Visas termiskās parādības ir saistītas ar temperatūra.

Visus ķermeņus raksturo to stāvoklis termiskais līdzsvars. Galvenā īpašība termiskais līdzsvars ir temperatūra.

Definīcija.Temperatūra ir ķermeņa "siltuma" mērs.

Tā kā temperatūra ir fizikāls lielums, to var un vajag izmērīt. Temperatūras mērīšanai izmantoto instrumentu sauc termometrs(no grieķu val. termo- "sirsnīgi", metroo- “Es mēru”) (2. att.).

Rīsi. 2. Termometrs

Pirmo termometru (pareizāk sakot, tā analogu) izgudroja Galileo Galilejs (3. att.).

Rīsi. 3. Galileo Galilejs (1564-1642)

Galileja izgudrojumu, ko viņš 16. gadsimta beigās (1597. gadā) universitātē prezentēja saviem studentiem lekcijās, sauca termoskops. Jebkura termometra darbība balstās uz šādu principu: fizikālās īpašības vielas mainās līdz ar temperatūru.

Galileo pieredze sastāvēja no sekojošā: viņš paņēma kolbu ar garu kātu un piepildīja to ar ūdeni. Tad viņš paņēma glāzi ūdens un apgrieza kolbu otrādi, ievietojot to glāzē. Daļa ūdens, protams, izlija, bet rezultātā zināms ūdens līmenis kājā palika. Ja tagad kolba (kurā ir gaiss) tiek uzkarsēta, tad ūdens līmenis pazemināsies, un, ja tas ir atdzesēts, tad, gluži pretēji, tas paaugstināsies. Tas ir saistīts ar faktu, ka karsējot vielām (īpaši gaisam) ir tendence izplesties, un, atdzesējot, tās sašaurinās (tāpēc sliedes tiek padarītas pārtrauktas, un vadi starp stabiem dažreiz nedaudz nokrīt).

Rīsi. 4. Galileo pieredze

Šī ideja veidoja pamatu pirmajam termoskopam (5. att.), kas ļāva novērtēt temperatūras izmaiņas (ar šādu termoskopu nav iespējams precīzi izmērīt temperatūru, jo tā rādījumi būs ļoti atkarīgi no atmosfēras spiediena).

Rīsi. 5. Galileo termoskopa kopija

Tajā pašā laikā tika ieviesta tā sauktā grādu skala. Pats vārds grāds latīņu valodā nozīmē "solis".

Līdz šim ir saglabājušās trīs galvenās skalas.

1. Celsija

Visplašāk izmantotā skala, kas visiem zināma kopš bērnības, ir Celsija skala.

Anderss Celsijs (6. att.) - zviedru astronoms, kurš piedāvāja šādu temperatūras skalu: - ūdens viršanas temperatūra; - ūdens sasalšanas punkts. Mūsdienās mēs visi esam pieraduši pie apgrieztās Celsija skalas.

Rīsi. 6 Andress Celsijs (1701-1744)

Piezīme: Pats Celsijs sacīja, ka šādu skalas izvēli izraisījis vienkāršs fakts: no otras puses, ziemā nebūtu negatīvas temperatūras.

2. Fārenheita skala

Anglija, ASV, Francija, Latīņamerika un dažās citās valstīs Fārenheita skala ir populāra.

Gabriels Fārenheits (7. att.) ir vācu pētnieks, inženieris, kurš pirmo reizi izmantoja savu skalu stikla ražošanā. Fārenheita skala ir plānāka: Fārenheita skalas izmērs ir mazāks par Celsija skalas pakāpi.

Rīsi. 7 Gabriel Fārenheits (1686-1736)

3. Reaumura skala

Tehnisko mērogu izgudroja franču pētnieks R.A. Reaumur (8. att.). Pēc šīs skalas tas atbilst ūdens sasalšanas temperatūrai, bet Réaumur par ūdens viršanas temperatūru izvēlējās 80 grādu temperatūru.

Rīsi. 8. Renē Antuāns Reamurs (1683-1757)

Fizikā t.s absolūtais mērogs - Kelvina skala(8. att.). 1 grāds pēc Celsija ir vienāds ar 1 Kelvina grādu, bet temperatūra in atbilst aptuveni (9. att.).

Rīsi. 9. Viljams Tomsons (lords Kelvins) (1824-1907)

Rīsi. 10. Temperatūras skalas

Atgādināt, ka, mainoties ķermeņa temperatūrai, tā lineārie izmēri(karsējot ķermenis izplešas, atdzesējot – sašaurinās). Tas ir saistīts ar molekulu uzvedību. Sildot, palielinās daļiņu kustības ātrums, attiecīgi, tās sāk mijiedarboties biežāk un palielinās apjoms (11. att.).

Rīsi. 11. Lineāro izmēru maiņa

No tā mēs varam secināt, ka temperatūra ir saistīta ar daļiņu kustību, kas veido ķermeņus (tas attiecas uz cietiem, šķidriem un gāzveida ķermeņiem).

Daļiņu kustība gāzēs (12. att.) ir nejauša (jo molekulas un atomi gāzēs praktiski nesadarbojas).

Rīsi. 12. Daļiņu kustība gāzēs

Daļiņu kustība šķidrumos (13. att.) ir "lēkšana", tas ir, molekulas ved " mazkustīgs dzīvi", bet spēj "pārlēkt" no vienas vietas uz otru. Tas nosaka šķidrumu plūstamību.

Rīsi. 13. Daļiņu kustība šķidrumos

Daļiņu kustību cietās vielās (14. att.) sauc par svārstību.

Rīsi. 14. Daļiņu kustība cietās vielās

Tādējādi visas daļiņas atrodas nepārtrauktā kustībā. Šo daļiņu kustību sauc termiskā kustība(gadījuma rakstura, haotiska kustība). Šī kustība nekad neapstājas (kamēr ķermenim ir temperatūra). Termiskās kustības esamību 1827. gadā apstiprināja angļu botāniķis Roberts Brauns (15. att.), pēc kura šī kustība nosaukta. brūna kustība.

Rīsi. 15. Roberts Brauns (1773-1858)

Līdz šim ir zināms, ka zema temperatūra, ko var sasniegt, ir aptuveni . Tieši šajā temperatūrā daļiņu kustība apstājas (tomēr kustība pašās daļiņās neapstājas).

Galileja pieredze tika aprakstīta iepriekš, un noslēgumā aplūkosim citu pieredzi - franču zinātnieka Gijoma Amontona pieredzi (15. att.), kurš 1702. gadā izgudroja t.s. gāzes termometrs. Ar nelielām izmaiņām šis termometrs ir saglabājies līdz mūsdienām.

Rīsi. 15. Gijoms Amontons (1663-1705)

Amontonas pieredze

Rīsi. 16. Amontona pieredze

Paņemiet kolbu ar ūdeni un aizveriet to ar aizbāzni ar plānu cauruli. Ja tagad silda ūdeni, tad ūdens izplešanās dēļ tā līmenis caurulē palielināsies. Pēc ūdens kāpuma līmeņa caurulē var izdarīt secinājumu par temperatūras izmaiņām. Priekšrocība Amontona termometrs ir tas, ka tas nav atkarīgs no atmosfēras spiediena.

Šajā nodarbībā mēs izskatījām tik svarīgu fizisko lielumu kā temperatūra. Mēs pētījām tā mērīšanas metodes, raksturlielumus un īpašības. Nākamajā nodarbībā mēs izpētīsim koncepciju iekšējā enerģija.

Bibliogrāfija

1. Gendenšteins L.E., Kaidalovs A.B., Koževņikovs V.B. / Red. Orlova V.A., Roizena I.I. Fizika 8. - M.: Mnemosīns.
2. Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustards, 2010.
3. Fadejeva A.A., Zasovs A.V., Kiseļevs D.F. Fizika 8. - M.: Apgaismība.

1. Interneta portāls "class-fizika.narod.ru" ()
2. Interneta portāls "school.xvatit.com" ()
3. Interneta portāls "ponimai.su" ()

Mājasdarbs

1. Nr.1-4 (1.punkts). Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustards, 2010.

2. Kāpēc nevar kalibrēt Galileo termoskopu?

3. Uz plīts uzkarsēta dzelzs nagla:

Kā ir mainījies dzelzs molekulu ātrums?

Kā mainīsies molekulu kustības ātrums, ja nagu nolaidīs aukstā ūdenī?

Kā tas maina ūdens molekulu ātrumu?

Kā mainās nagu apjoms šo eksperimentu laikā?

4. Balons izvācās no istabas aukstumā:

Kā mainīsies bumbas skaļums?

Kā mainīsies gaisa molekulu kustības ātrums balona iekšpusē?

Kā mainīsies bumbiņas iekšpusē esošo molekulu ātrums, ja tā tiks atgriezta telpā un papildus pievienota akumulatoram?

IV Jakovļevs | Materiāli par fiziku | MathUs.ru

Molekulārā fizika un termodinamika

Šī rokasgrāmata ir veltīta otrajai sadaļai ¾Molekulārā fizika. Termodinamika LIETOT kodifikatoru fizikā. Tas aptver šādas tēmas.

Vielas atomu un molekulu termiskā kustība. Brauna kustība. Difūzija. Eksperimentālie pierādījumi atomisma teorijai. Vielas daļiņu mijiedarbība.

Gāzu, šķidrumu un cietvielu struktūras modeļi.

Ideāls gāzes modelis. Saikne starp spiedienu un ideālo gāzes molekulu termiskās kustības vidējo kinētisko enerģiju. absolūtā temperatūra. Gāzes temperatūras saistība ar tās daļiņu vidējo kinētisko enerģiju. Vienādojums p = nkT . Mendeļejeva Klepeirona vienādojums.

Izoprocesi: izotermiskie, izohoriskie, izobāriskie, adiabātiskie procesi.

Piesātinātie un nepiesātinātie pāri. Gaisa mitrums.

Vielas agregātu stāvokļu izmaiņas: iztvaikošana un kondensācija, šķidruma viršana, kušana un kristalizācija. Enerģijas izmaiņas fāzu pārejās.

Iekšējā enerģija. Termiskais līdzsvars. Siltuma pārnese. Siltuma daudzums. Īpašs karstums vielas. Siltuma bilances vienādojums.

Darbs termodinamikā. Pirmais termodinamikas likums.

Termo mašīnu darbības principi. siltumdzinēja efektivitāte. Otrais termodinamikas likums. Enerģētikas un vides aizsardzības problēmas.

Rokasgrāmatā ir arī daži papildu materiāli, kas nav iekļauti USE kodētājā (bet ir iekļauti skolas mācību programma!). Šis materiāls ļauj labāk izprast aplūkotās tēmas.

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

2.3. Šķidrumi . . . . . . desmit

	Molekulārās fizikas pamatformulas
	Temperatūra
		Termodinamiskā sistēma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Termiskais līdzsvars. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		temperatūras skala. Absolūtā temperatūra . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Ideālā gāzes stāvokļa vienādojums
		Gāzes daļiņu vidējā kinētiskā enerģija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Ideālas gāzes MKT pamatvienādojums. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 Daļiņu enerģija un gāzes temperatūra. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 Termodinamiskais process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.2. Izotermisks process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.3 Izotermisko procesu grafiki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6.4. Izobāriskais process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.5 Izobāriskā procesa sižeti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

	Izohorisks process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Izohorisko procesu grafiki. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Piesātināts tvaiks

7.1 Iztvaikošana un kondensācija

7.2 dinamiskais līdzsvars. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.3 Piesātināta tvaika īpašības. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8.1 Monatomiskas ideālās gāzes iekšējā enerģija. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

8.2 Statusa funkcija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.3 Izmaiņas iekšējā enerģijā: darba veikšana. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.4. Iekšējās enerģijas izmaiņas: siltuma pārnese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.5 Siltumvadītspēja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 Fāžu pārejas

10.1 Kušana un kristalizācija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10.2 Kušanas diagramma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.3 Īpatnējais saplūšanas siltums. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10.4. Kristalizācijas diagramma. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

10.5 Iztvaikošana un kondensācija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10.6. Vārīšana . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

10.7. Vārīšanās grafiks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

10.8. Kondensācijas līkne. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 Pirmais termodinamikas likums

11.1 Gāzes darbs izobāriskā procesā. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

11.2 Gāzes darbs patvaļīgā procesā. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.3 Darbs ar gāzi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.4 Pirmais termodinamikas likums. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

11.5 Pirmā termodinamikas likuma pielietošana izoprocesiem. . . . . . . . . . . . . 46

11.6 adiabātiskais process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.1 Siltuma dzinēji. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12.2 Saldēšanas iekārtas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

13.1 Procesu neatgriezeniskums dabā. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 Klausiusa un Kelvina postulāti. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1 Pamatnoteikumi molekulārā kinētiskā teorija

Lielajam amerikāņu fiziķim Ričardam Feinmanam, slavenā kursa ¾Feynman Lectures on Physics¿ autoram, pieder brīnišķīgi vārdi:

Ja kādas globālas katastrofas rezultātā viss uzkrātais zinātniskās zināšanas tiktu iznīcināta un tikai viena frāze pārietu uz nākamajām dzīvo būtņu paaudzēm, tad kāds apgalvojums, sastāv no mazākais daudzums vārdiem, sniegtu visvairāk informācijas? Es uzskatu, ka šī ir atomu hipotēze (to var saukt nevis par hipotēzi, bet gan par faktu, bet tas neko nemaina): visi ķermeņi sastāv no mazu ķermeņu atomiem, kas atrodas pastāvīgā kustībā, piesaista nelielā attālumā, bet atvairīt, ja viens no viņiem stiprāk piespiež otru. Šajā vienā teikumā. . . satur neticami daudz informācijas par pasauli, tikai jāieliek tajā nedaudz iztēles un pārdomas.

Šie vārdi satur vielas struktūras molekulāri kinētiskās teorijas (MKT) būtību. Proti, galvenie MKT noteikumi ir šādi trīs apgalvojumi.

1. Jebkura viela sastāv no mazākajām molekulu un atomu daļiņām. Tie atrodas diskrēti telpā, tas ir, noteiktos attālumos viens no otra.

2. Vielas atomi vai molekulas atrodas nejaušas kustības stāvoklī 1 , kas nekad nebeidzas.

3. Vielas atomi vai molekulas savstarpēji mijiedarbojas ar pievilkšanas un atgrūšanas spēkiem, kas ir atkarīgi no attālumiem starp daļiņām.

Šie noteikumi ir daudzu novērojumu un eksperimentālu faktu vispārinājums. Apskatīsim šos noteikumus tuvāk un sniegsim to eksperimentālu pamatojumu.

1.1 Atomi un molekulas

Ņemsim papīra lapu un sāksim dalīt arvien mazākās daļās. Vai mēs katrā solī saņemsim papīra gabalus, vai arī kādā posmā parādīsies kaut kas jauns?

MKT pirmā pozīcija mums saka, ka matērija nav bezgalīgi dalāma. Agri vai vēlu mēs sasniegsim ¾ pēdējā robeža¿ dotās vielas mazākās daļiņas. Šīs daļiņas ir atomi un molekulas. Tos var arī sadalīt daļās, bet tad sākotnējā viela beigs pastāvēt.

Atoms ir konkrētā ķīmiskā elementa mazākā daļiņa, kas saglabā visu savu Ķīmiskās īpašības. Ķīmisko elementu nav tik daudz, tie visi ir apkopoti periodiskajā tabulā.

Molekula ir konkrētās vielas mazākā daļiņa (kas nav ķīmiskais elements), kas saglabā visas savas ķīmiskās īpašības. Molekula sastāv no diviem vai vairākiem viena vai vairāku ķīmisko elementu atomiem.

Piemēram, H2O ir ūdens molekula, kas sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma. Sadalot to atomos, mēs vairs netiksim galā ar vielu, ko sauc par ¾ ūdeni¿. Turklāt, sadalot H un O atomus to sastāvdaļās, mēs iegūstam protonu, neitronu un elektronu kopu un tādējādi zaudējam informāciju, ka sākumā tas bija ūdeņradis un skābeklis.

1 Šo kustību sauc par termisko kustību.

Atoma vai molekulas izmērs (sastāv no neliela atomu skaita) ir aptuveni 10 8 cm.Tā ir tik maza vērtība, ka atomu nevar redzēt ne ar vienu optisko mikroskopu.

Atomi un molekulas īsumā sauc vienkārši par vielas daļiņām. Kas īsti ir daļiņa, atoms vai molekula katrā konkrētajā gadījumā, nav grūti noteikt. Ja runa ir par ķīmiskais elements, tad daļiņa būs atoms; ja uzskata sarežģīta viela, tad tā daļiņa ir molekula, kas sastāv no vairākiem atomiem.

Turklāt pirmais MKT priekšlikums nosaka, ka matērijas daļiņas neaizpilda telpu nepārtraukti. Daļiņas atrodas diskrēti, tas ir, it kā atsevišķos punktos. Starp daļiņām ir spraugas, kuru izmērs var mainīties noteiktās robežās.

Ķermeņu termiskās izplešanās fenomens liecina par labu MKT pirmajai pozīcijai. Proti, karsējot, palielinās attālumi starp vielas daļiņām, palielinās ķermeņa izmēri. Atdziestot, gluži pretēji, attālumi starp daļiņām samazinās, kā rezultātā ķermenis saraujas.

Difūzija, saskarē esošo vielu savstarpēja iekļūšana viena otrā, ir arī pārsteidzošs MKT pirmās pozīcijas apstiprinājums.

Piemēram, attēlā. 1 parāda2 difūzijas procesu šķidrumā. Izšķīdušās vielas daļiņas ievieto ūdens glāzē un vispirms atrodas glāzes augšējā kreisajā daļā. Laika gaitā daļiņas pārvietojas (teiksim, izkliedējas) no augstas koncentrācijas reģiona uz zemas koncentrācijas reģionu. Galu galā daļiņu koncentrācija visur kļūst vienāda, daļiņas tiek vienmērīgi sadalītas visā šķidruma tilpumā.

Rīsi. 1. Difūzija šķidrumā

Kā izskaidrot difūziju no molekulāri kinētiskās teorijas viedokļa? Ļoti vienkārši: vienas vielas daļiņas iekļūst spraugās starp citas vielas daļiņām. Jo ātrāk notiek difūzija, jo lielākas ir šīs spraugas, tāpēc gāzes visvieglāk sajaucas savā starpā (kurā attālumi starp daļiņām ir daudz vairāk izmēru pašas daļiņas).

1.2 Atomu un molekulu termiskā kustība

Vēlreiz atcerieties MKT otrā priekšlikuma formulējumu: vielas daļiņas veic nejaušu kustību (ko sauc arī par termisko kustību), kas nekad neapstājas.

MKT otrās pozīcijas eksperimentāls apstiprinājums atkal ir difūzijas fenomens, jo daļiņu savstarpēja iespiešanās iespējama tikai ar to nepārtrauktu kustību!

2 Attēls no en.wikipedia.org.

Bet visspilgtākais pierādījums matērijas daļiņu mūžīgajai haotiskajai kustībai ir Brauna kustība. Tas ir Brauna putekļu graudu vai graudu (10 5–104 cm lielu) daļiņu nepārtrauktas nejaušas kustības nosaukums, kas suspendētas šķidrumā vai gāzē.

Brauna kustība savu nosaukumu ieguvusi par godu skotu botāniķim Robertam Braunam, kurš caur mikroskopu redzēja ūdenī suspendēto putekšņu daļiņu nepārtraukto deju. Kā pierādījumu tam, ka šī kustība ilgst mūžīgi, Brauns atrada kvarca gabalu ar dobumu, kas bija piepildīts ar ūdeni. Neraugoties uz to, ka ūdens tur nokļuva pirms daudziem miljoniem gadu, tur nokļuvušās močas turpināja kustību, kas neatšķīrās no citos eksperimentos novērotā.

Cēlonis brūna kustība ir tāds, ka suspendētā daļiņa piedzīvo nekompensētu šķidruma (gāzes) molekulu ietekmi, un molekulu haotiskās kustības dēļ iegūtā trieciena apjoms un virziens ir absolūti neparedzams. Tāpēc Brauna daļiņa apraksta sarežģītas zigzaga trajektorijas (2. att.)3.

Rīsi. 2. Brauna kustība

Brauna daļiņu izmērs ir 1000–10 000 reižu lielāks par atoma izmēru. No vienas puses, Brauna daļiņa ir pietiekami maza un joprojām “jūt”, ka to dažādos virzienos ietriecas atšķirīgs molekulu skaits; šī triecienu skaita atšķirība izraisa ievērojamas Brauna daļiņas nobīdes. No otras puses, Brauna daļiņas ir pietiekami lielas, lai tās varētu redzēt ar mikroskopu.

Starp citu, Brauna kustību var uzskatīt arī par pierādījumu pašam molekulu eksistences faktam, t.i., tā var kalpot arī kā MKT pirmās pozīcijas eksperimentāls pamatojums.

1.3 Vielas daļiņu mijiedarbība

MKT trešā pozīcija runā par vielas daļiņu mijiedarbību: atomi vai molekulas mijiedarbojas savā starpā ar pievilkšanās un atgrūšanas spēkiem, kas ir atkarīgi no attālumiem starp daļiņām: attālumam palielinoties, pievilkšanās spēki sāk darboties. dominē, samazinoties atgrūšanas spēkam.

Par MKT trešās pozīcijas pamatotību liecina elastīgie spēki, kas rodas no ķermeņu deformācijām. Kad ķermenis tiek izstiepts, attālumi starp tā daļiņām palielinās, un sāk dominēt daļiņu pievilkšanās spēki. Kad ķermenis tiek saspiests, attālumi starp daļiņām samazinās, un rezultātā dominē atgrūdošie spēki. Abos gadījumos elastīgais spēks ir vērsts virzienā, kas ir pretējs deformācijai.

3 Attēls no vietnes nv-magadan.narod.ru.

Vēl viens apstiprinājums starpmolekulārās mijiedarbības spēku esamībai ir trīs matērijas agregātu stāvokļu klātbūtne.

AT Gāzēs molekulas ir atdalītas viena no otras ar attālumiem, kas ievērojami pārsniedz pašu molekulu izmērus (gaisā normālos apstākļos apmēram 1000 reizes). Šādos attālumos molekulu mijiedarbības spēku praktiski nav, tāpēc gāzes aizņem visu tām paredzēto tilpumu un ir viegli saspiežamas.

AT Šķidrumos atstarpes starp molekulām ir salīdzināmas ar molekulu lielumu. Molekulārās pievilkšanās spēki ir ļoti taustāmi un nodrošina šķidruma tilpuma saglabāšanu. Bet šie spēki nav pietiekami spēcīgi, lai šķidrumi saglabātu savu formu, un šķidrumi, tāpat kā gāzes, iegūst trauka formu.

AT Cietās vielās pievilkšanās spēki starp daļiņām ir ļoti spēcīgi: cietie ķermeņi saglabā ne tikai apjomu, bet arī formu.

Vielas pāreja no viena agregācijas stāvokļa uz citu ir vielas daļiņu mijiedarbības spēku lieluma izmaiņu rezultāts. Pašas daļiņas paliek nemainīgas.

USE kodifikatora tēmas: Vielas atomu un molekulu termiskā kustība, Brauna kustība, difūzija, vielas daļiņu mijiedarbība, atomisma teorijas eksperimentālie pierādījumi.

Izcilais amerikāņu fiziķis Ričards Feinmens, slaveno Feinmena lekciju par fiziku autors, uzrakstīja šādus ievērojamus vārdus:

– Ja kādas globālas katastrofas rezultātā tiktu iznīcinātas visas uzkrātās zinātnes atziņas un tikai viena frāze pārietu uz nākamajām dzīvo būtņu paaudzēm, tad kāds apgalvojums, salikts no mazākā vārdu skaita, nestu lielākā daļa informācijas? Es domāju, ka tā ir atomu hipotēze(var to saukt nevis par hipotēzi, bet faktu, bet tas neko nemaina): visi ķermeņi sastāv no mazu ķermeņu atomiem, kuri atrodas pastāvīgā kustībā, pievelk nelielā attālumā, bet atgrūž, ja kāds no tiem ir piespiedās tuvāk otram. Tas viens teikums... satur neticami daudz informācijas par pasauli, tikai jāpieliek nedaudz iztēles un mazliet pārdomām.

Šie vārdi satur vielas struktūras molekulāri kinētiskās teorijas (MKT) būtību. Proti, galvenie MKT noteikumi ir šādi trīs apgalvojumi.

1. Jebkura viela sastāv no mazākajām molekulu un atomu daļiņām. Tie atrodas diskrēti telpā, tas ir, noteiktos attālumos viens no otra.
2. Vielas atomi vai molekulas atrodas nejaušas kustības stāvoklī (šo kustību sauc par termisko kustību), kas nekad neapstājas.
3. Vielas atomi vai molekulas savstarpēji mijiedarbojas ar pievilkšanas un atgrūšanas spēkiem, kas ir atkarīgi no attālumiem starp daļiņām.

Šie noteikumi ir daudzu novērojumu un eksperimentālu faktu vispārinājums. Apskatīsim šos noteikumus tuvāk un sniegsim to eksperimentālu pamatojumu.

Piemēram, ir ūdens molekula, kas sastāv no diviem ūdeņraža atomiem un viena skābekļa atoma. Sadalot to atomos, mēs vairs netiksim galā ar vielu, ko sauc par "ūdeni". Turklāt, sadalot atomus un sastāvdaļas, mēs iegūstam protonu, neitronu un elektronu kopu un tādējādi zaudējam informāciju, ka sākotnēji tie bija ūdeņradis un skābeklis.

Atomus un molekulas sauc vienkārši daļiņas vielas. Kas īsti ir daļiņa – atoms vai molekula – katrā konkrētajā gadījumā nav grūti noteikt. Ja mēs runājam par ķīmisko elementu, tad atoms būs daļiņa; ja aplūko kompleksu vielu, tad tās daļiņa ir molekula, kas sastāv no vairākiem atomiem.

Turklāt pirmais MKT priekšlikums nosaka, ka matērijas daļiņas neaizpilda telpu nepārtraukti. Daļiņas ir sakārtotas diskrēti, tas ir, atsevišķos punktos. Starp daļiņām ir spraugas, kuru izmērs var mainīties noteiktās robežās.

Par labu MKT pirmajai pozīcijai ir fenomens termiska izplešanās tālr. Proti, karsējot, palielinās attālumi starp vielas daļiņām, palielinās ķermeņa izmēri. Atdziestot, gluži pretēji, attālumi starp daļiņām samazinās, kā rezultātā ķermenis saraujas.

Uzkrītošs apstiprinājums MKT pirmajai pozīcijai ir arī difūzija- blakus esošo vielu savstarpēja iespiešanās viena otrā.

Piemēram, attēlā. 1 parāda difūzijas procesu šķidrumā. Izšķīdušās vielas daļiņas ievieto ūdens glāzē un vispirms atrodas glāzes augšējā kreisajā daļā. Laika gaitā daļiņas pārvietojas (kā saka, izkliedēts) no augstas koncentrācijas zonas uz zemas koncentrācijas zonu. Galu galā daļiņu koncentrācija visur kļūst vienāda - daļiņas tiek vienmērīgi sadalītas visā šķidruma tilpumā.

Rīsi. 1. Difūzija šķidrumā

Kā izskaidrot difūziju no molekulāri kinētiskās teorijas viedokļa? Ļoti vienkārši: vienas vielas daļiņas iekļūst spraugās starp citas vielas daļiņām. Difūzija notiek ātrāk, jo lielākas ir šīs spraugas - tāpēc gāzes ir visvieglāk sajaucas savā starpā (kurā attālumi starp daļiņām ir daudz lielāki par pašu daļiņu izmēriem).

Atomu un molekulu termiskā kustība

Vēlreiz atgādināt MKT otrā noteikuma redakciju: matērijas daļiņas veic nejaušu kustību (ko sauc arī par termisko kustību), kas nekad neapstājas.

MKT otrās pozīcijas eksperimentāls apstiprinājums atkal ir difūzijas fenomens, jo daļiņu savstarpēja iespiešanās iespējama tikai ar to nepārtrauktu kustību! Bet visspilgtākie pierādījumi par matērijas daļiņu mūžīgo haotisko kustību ir Brauna kustība. Tas ir nepārtrauktas neregulāras kustības nosaukums brūnās daļiņas- putekļu daļiņas vai graudi (cm lieli), kas suspendēti šķidrumā vai gāzē.

Brauna kustība savu nosaukumu ieguvusi par godu skotu botāniķim Robertam Braunam, kurš caur mikroskopu redzēja ūdenī suspendēto putekšņu daļiņu nepārtraukto deju. Kā pierādījumu tam, ka šī kustība ilgst mūžīgi, Brauns atrada kvarca gabalu ar dobumu, kas bija piepildīts ar ūdeni. Neraugoties uz to, ka ūdens tur nokļuva pirms daudziem miljoniem gadu, tur nokļuvušās močas turpināja kustību, kas neatšķīrās no citos eksperimentos novērotā.

Brauna kustības iemesls ir tāds, ka suspendētā daļiņa piedzīvo nekompensētu šķidruma (gāzes) molekulu triecienu, un molekulu haotiskās kustības dēļ radītā trieciena apjoms un virziens ir absolūti neparedzams. Tāpēc Brauna daļiņa apraksta sarežģītas zigzaga trajektorijas (2. att.).

Rīsi. 2. Brauna kustība

Starp citu, Brauna kustību var uzskatīt arī par pierādījumu pašam molekulu eksistences faktam, t.i., tā var kalpot arī kā MKT pirmās pozīcijas eksperimentāls pamatojums.

Vielas daļiņu mijiedarbība

MKT trešā pozīcija runā par vielas daļiņu mijiedarbību: atomi vai molekulas savstarpēji mijiedarbojas ar pievilkšanas un atgrūšanas spēkiem, kas ir atkarīgi no attālumiem starp daļiņām: attālumiem palielinoties, sāk dominēt pievilkšanās spēki, attālumiem samazinoties, atgrūšanas spēki.

Par MKT trešās pozīcijas pamatotību liecina elastīgie spēki, kas rodas no ķermeņu deformācijām. Kad ķermenis tiek izstiepts, attālumi starp tā daļiņām palielinās, un sāk dominēt daļiņu pievilkšanās spēki. Kad ķermenis tiek saspiests, attālumi starp daļiņām samazinās, un rezultātā dominē atgrūdošie spēki. Abos gadījumos elastīgais spēks ir vērsts virzienā, kas ir pretējs deformācijai.

Vēl viens apstiprinājums starpmolekulārās mijiedarbības spēku esamībai ir trīs matērijas agregātu stāvokļu klātbūtne.

Gāzēs molekulas ir atdalītas viena no otras ar attālumiem, kas ievērojami pārsniedz pašu molekulu izmērus (gaisā normālos apstākļos apmēram 1000 reizes). Šādos attālumos molekulu mijiedarbības spēku praktiski nav, tāpēc gāzes aizņem visu tām paredzēto tilpumu un ir viegli saspiežamas.

Šķidrumos atstarpes starp molekulām ir salīdzināmas ar molekulu lielumu. Molekulārās pievilkšanās spēki ir ļoti taustāmi un nodrošina šķidruma tilpuma saglabāšanu. Bet šie spēki nav pietiekami spēcīgi, lai šķidrumi saglabātu savu formu - šķidrumi, tāpat kā gāzes, iegūst trauka formu.

Cietās daļiņās pievilkšanās spēki starp daļiņām ir ļoti spēcīgi: cietās vielas saglabā ne tikai tilpumu, bet arī formu.

Vielas pāreja no viena agregācijas stāvokļa uz citu ir vielas daļiņu mijiedarbības spēku lieluma izmaiņu rezultāts. Pašas daļiņas paliek nemainīgas.

 Teorija: Atomi un molekulas atrodas nepārtrauktā termiskā kustībā, pārvietojas nejauši, sadursmju dēļ pastāvīgi maina virzienu un ātruma moduli.

Jo augstāka temperatūra, jo lielāks ir molekulu ātrums. Temperatūrai pazeminoties, molekulu ātrums samazinās. Pastāv temperatūra, ko sauc par "absolūto nulli" - temperatūra (-273 ° C), kurā molekulu termiskā kustība apstājas. Bet "absolūtā nulle" ir nesasniedzama.
Brauna kustība ir šķidrumā vai gāzē suspendētu, redzamu cietas vielas mikroskopisku daļiņu nejauša kustība, ko izraisa šķidruma vai gāzes daļiņu termiskā kustība. Pirmo reizi šo parādību 1827. gadā novēroja Roberts Brauns. Viņš pētīja augu ziedputekšņus, kas atradās ūdens vidē. Brauns pamanīja, ka ziedputekšņi laika gaitā visu laiku mainās, un jo augstāka temperatūra, jo ātrāks ir putekšņu maiņas ātrums. Viņš ierosināja, ka ziedputekšņu kustība ir saistīta ar to, ka ūdens molekulas ietriecas ziedputekšņos un liek tiem kustēties.

Difūzija ir vienas vielas molekulu savstarpējas iekļūšanas process spraugās starp citas vielas molekulām.

Brauna kustības piemērs ir
1) nejauša ziedputekšņu kustība ūdens pilē
2) nejauša punduru kustība zem laternas
3) izšķīšana cietvielasšķidrumos
4) iespiešanās barības vielas no augsnes līdz augu saknēm
Lēmums: no Brauna kustības definīcijas ir skaidrs, ka pareizā atbilde ir 1. Ziedputekšņi pārvietojas nejauši, pateicoties tam, ka ūdens molekulas tiem ietriecas. Puķu nejauša kustība zem luktura nav piemērota, jo paši punduri izvēlas kustības virzienu, pēdējās divas atbildes ir difūzijas piemēri.
Atbilde: 1.

Oge uzdevums fizikā (risināšu eksāmenu): Kurš no šiem apgalvojumiem ir pareizs?
A. Vielā esošās molekulas vai atomi atrodas nepārtrauktā termiskā kustībā, un viens no argumentiem par labu tam ir difūzijas fenomens.
B. Vielā esošās molekulas vai atomi atrodas nepārtrauktā termiskā kustībā, un tam pierādījums ir konvekcijas fenomens.
1) tikai A
2) tikai B
3) gan A, gan B
4) ne A, ne B
Lēmums: Difūzija ir vienas vielas molekulu savstarpējas iekļūšanas process spraugās starp citas vielas molekulām. Pirmais apgalvojums ir patiess, Konvencija ir iekšējās enerģijas pārnešana ar šķidruma vai gāzes slāņiem, izrādās, ka otrais apgalvojums nav patiess.
Atbilde: 1.

Oge uzdevums fizikā (fipi): 2) Sveces liesmā tiek uzkarsēta svina bumba. Kā mainās balona tilpums sildīšanas laikā? Vidējais ātrums tās molekulu kustība?
Izveidot atbilstību starp fiziskajiem lielumiem un to iespējamām izmaiņām.
Katrai vērtībai nosakiet atbilstošo izmaiņu veidu:
1) palielinās
2) samazinās
3) nemainās
Ierakstiet tabulā izvēlētos skaitļus katram fiziskajam lielumam. Cipari atbildē var tikt atkārtoti.
Risinājums (pateicoties Milēnai): 2) 1. Bumbiņas tilpums palielināsies sakarā ar to, ka molekulas sāks kustēties ātrāk.
2. Karsējot palielināsies molekulu ātrums.
Atbilde: 11.

Demonstrācijas darbs OGE opcija 2019: Viens no matērijas struktūras molekulāri kinētiskās teorijas noteikumiem ir tāds, ka "vielas daļiņas (molekulas, atomi, joni) atrodas nepārtrauktā haotiskā kustībā". Ko nozīmē vārdi "nepārtraukta kustība"?
1) Daļiņas vienmēr pārvietojas noteiktā virzienā.
2) Vielas daļiņu kustība nepakļaujas nekādiem likumiem.
3) Visas daļiņas pārvietojas kopā vienā vai otrā virzienā.
4) molekulu kustība nekad neapstājas.
Lēmums: Molekulas kustas, sadursmju dēļ molekulu ātrums nemitīgi mainās, tāpēc nevaram aprēķināt katras molekulas ātrumu un virzienu, bet varam aprēķināt molekulu vidējo kvadrātveida ātrumu, un tas ir saistīts ar temperatūru, kā temperatūra pazeminās, molekulu ātrums samazinās. Ir aprēķināts, ka temperatūra, pie kuras apstāsies molekulu kustība, ir -273 °C (zemākā iespējamā temperatūra dabā). Bet tas nav sasniedzams. tāpēc molekulas nekad nepārstāj kustēties.