V svetu okoli nas obstajajo različni fizični pojavi, ki so neposredno povezani sprememba telesne temperature. Že od otroštva vemo, da hladna voda, ko se segreje, sprva postane komaj topla in šele nato določen čas vroče.

Z besedami, kot so "hladno", "vroče", "toplo", definiramo različne stopnje "ogrevanja" teles ali, rečeno v jeziku fizike, različne temperature teles. Temperatura topla voda nekoliko toplejša od hladne vode. Če primerjamo temperaturo poletnega in zimskega zraka, je razlika v temperaturi očitna.

Telesno temperaturo merimo s termometrom in je izražena v stopinjah Celzija (°C).

Kot je znano, je difuzija pri višji temperaturi hitrejša. Iz tega sledi, da sta hitrost gibanja molekul in temperatura med seboj globoko povezani. Če povečate temperaturo, se bo hitrost gibanja molekul povečala, če jo znižate, se bo zmanjšala.

Tako sklepamo: telesna temperatura je neposredno povezana s hitrostjo gibanja molekul.

Topla voda je sestavljena iz popolnoma enakih molekul kot hladna voda. Razlika med njima je le v hitrosti gibanja molekul.

Pojave, ki so povezane s segrevanjem ali hlajenjem teles, spremembo temperature, imenujemo toplotni. Sem spadajo ogrevanje ali hlajenje zraka, taljenje kovine, taljenje snega.

Molekule ali atomi, ki so osnova vseh teles, so v neskončnem kaotičnem gibanju. Število takšnih molekul in atomov v telesih okoli nas je ogromno. Prostornina, enaka 1 cm³ vode, vsebuje približno 3,34 x 10²² molekul. Vsaka molekula ima zelo zapleteno pot gibanja. Na primer, delci plina, ki se premikajo z velikimi hitrostmi v različnih smereh, lahko trčijo tako med seboj kot s stenami posode. Tako spremenijo svojo hitrost in se znova nadaljujejo.

Slika #1 prikazuje naključno gibanje delcev barve, raztopljenih v vodi.

Tako naredimo še en zaključek: kaotično gibanje delcev, ki sestavljajo telesa, imenujemo toplotno gibanje.

Naključnost je najpomembnejša lastnost toplotnega gibanja. Eden najpomembnejših dokazov za gibanje molekul je difuzija in Brownovo gibanje.(Brownovo gibanje je gibanje najmanjših trdnih delcev v tekočini pod vplivom molekularnih udarcev. Kot kaže opazovanje, se Brownovo gibanje ne more ustaviti).

V tekočinah lahko molekule nihajo, se vrtijo in premikajo glede na druge molekule. Če vzamemo trdne snovi, potem v njih molekule in atomi vibrirajo okoli nekih povprečnih položajev.

Pri toplotnem gibanju molekul in atomov sodelujejo absolutno vse molekule telesa, zato se s spremembo toplotnega gibanja spreminja tudi stanje telesa, njegove različne lastnosti. Tako, če povečate temperaturo ledu, se začne taliti, medtem ko prevzame popolnoma drugačno obliko - led postane tekoč. Če se, nasprotno, temperatura na primer živega srebra zniža, bo spremenilo svoje lastnosti in se iz tekočine spremenilo v trdno snov.

T telesna temperatura je neposredno odvisna od povprečne kinetične energije molekul. Izvedemo očiten zaključek: višja kot je temperatura telesa, večja je povprečna kinetična energija njegovih molekul. Nasprotno, ko se telesna temperatura znižuje, se povprečna kinetična energija njegovih molekul zmanjša.

Če imate kakršna koli vprašanja ali želite izvedeti več o toplotnem gibanju in temperaturi, se registrirajte na naši spletni strani in poiščite pomoč mentorja.

Imaš kakšno vprašanje? Ne veste, kako narediti domačo nalogo?
Če želite dobiti pomoč mentorja - registrirajte se.
Prva lekcija je brezplačna!

strani, s popolnim ali delnim kopiranjem gradiva, je potrebna povezava do vira.

Kaj menite, kaj določa hitrost raztapljanja sladkorja v vodi? Lahko naredite preprost poskus. Vzemite dva kosa sladkorja in enega vrzite v kozarec vrele vode, drugega v kozarec hladne vode.

Videli boste, kako se sladkor v vreli vodi raztopi večkrat hitreje kot v vreli vodi hladna voda. Vzrok raztapljanja je difuzija. To pomeni, da pri višjih temperaturah pride do hitrejše difuzije. Difuzijo povzroča gibanje molekul. Zato sklepamo, da se molekule pri višjih temperaturah premikajo hitreje. To pomeni, da je hitrost njihovega gibanja odvisna od temperature. Zato se naključno kaotično gibanje molekul, ki sestavljajo telo, imenuje toplotno gibanje.

Toplotno gibanje molekul

Ko se temperatura dvigne, se poveča toplotno gibanje molekul se spremenijo lastnosti snovi. Trdna snov se topi, spremeni v tekočino, tekočina izhlapi in preide v plinasto stanje. V skladu s tem se bo, če se temperatura zniža, zmanjšala tudi povprečna energija toplotnega gibanja molekul, zato se bodo procesi spreminjanja agregacijskega stanja teles odvijali v nasprotni smeri: voda se bo kondenzirala v tekočino, tekočina bo zamrznila in se spremenila v trdno stanje. Hkrati pa vedno govorimo o povprečnih vrednostih temperature in molekularne hitrosti, saj vedno obstajajo delci z večjimi in manjšimi vrednostmi teh vrednosti.

Molekule v snoveh se premikajo, prečkajo določeno razdaljo, zato opravljajo nekaj dela. To pomeni, da lahko govorimo o kinetični energiji delcev. Kot rezultat njihovega relativni položaj obstaja tudi potencialna energija molekul. Kdaj pod vprašajem o kinetični in potencialni energiji teles, potem govorimo o obstoju celotne mehanske energije teles. Če imajo delci telesa kinetično in potencialno energijo, torej lahko govorimo o vsoti teh energij kot neodvisni količini.

Notranja energija telesa

Razmislite o primeru. Če vržemo elastično žogo na tla, se kinetična energija njenega gibanja v trenutku, ko se dotakne tal, popolnoma pretvori v potencialno energijo, nato pa spet preide v kinetično energijo, ko se odbije. Če težko železno žogo vržemo na trdo, neelastično podlago, bo žoga pristala brez odboja. Njegova kinetična in potencialna energija po pristanku bosta enaki nič. Kam je izginila energija? Je pravkar izginila? Če po trku pregledamo žogico in podlago, vidimo, da se je žoga nekoliko sploščila, na površini je ostala vdolbina, obe pa sta se rahlo ogreli. To pomeni, da se je spremenila razporeditev molekul teles, povečala se je tudi temperatura. To pomeni, da sta se spremenili kinetična in potencialna energija delcev telesa. Energija telesa ni šla nikamor, je prešla v notranjo energijo telesa. Notranja energija se imenuje kinetična in potencialna energija vseh delcev telesa. Trk teles je povzročil spremembo notranje energije, povečala se je, mehanska pa se zmanjšala. To je tisto, kar je sestavljeno

Teme kodifikatorja USE: toplotno gibanje atomov in molekul snovi, Brownovo gibanje, difuzija, interakcija delcev snovi, eksperimentalni dokazi atomistične teorije.

Veliki ameriški fizik Richard Feynman, avtor znamenitih Feynmanovih predavanj o fiziki, je zapisal naslednje izjemne besede:

– Če se je zaradi neke globalne katastrofe vse nabralo znanstveno spoznanje bi bila uničena in samo ena fraza bi prešla na prihajajoče generacije živih bitij, potem kakšna izjava, sestavljena iz najmanjša količina besede, bi prinesla največ informacij? Mislim, da je atomska hipoteza(to lahko imenujete ne hipoteza, ampak dejstvo, vendar to nič ne spremeni): vsa telesa so sestavljena iz atomov majhnih teles, ki so v stalnem gibanju, se privlačijo na kratki razdalji, vendar se odbijajo, če je eno od njih stisnjeno bližje drugemu. Ta en stavek ... vsebuje neverjetno količino informacij o svetu, le malo je treba uporabiti domišljijo in malo premisleka.

Te besede vsebujejo bistvo molekularno-kinetične teorije (MKT) strukture snovi. Glavne določbe MKT so namreč naslednje tri trditve.

1. Vsaka snov je sestavljena iz najmanjših delcev molekul in atomov. Nahajajo se diskretno v prostoru, torej na določeni razdalji drug od drugega.
2. Atomi ali molekule snovi so v stanju naključnega gibanja (to gibanje imenujemo toplotno gibanje), ki se nikoli ne ustavi.
3. Atomi ali molekule snovi medsebojno delujejo s silami privlačnosti in odbijanja, ki sta odvisni od razdalj med delci.

Te določbe so posploševanje številnih opažanj in eksperimentalnih dejstev. Oglejmo si te določbe podrobneje in podamo njihovo eksperimentalno utemeljitev.

Na primer, je molekula vode, sestavljena iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika. Če ga razdelimo na atome, se ne bomo več ukvarjali s snovjo, imenovano "voda". Nadalje z razdelitvijo atomov na sestavne dele dobimo nabor protonov, nevtronov in elektronov in s tem izgubimo informacijo, da sta bila sprva vodik in kisik.

Atome in molekule imenujemo preprosto delci snovi. Kaj pravzaprav je delec – atom ali molekula – v vsakem konkretnem primeru ni težko ugotoviti. Če gre za kemični element, potem bo delec atom; če se upošteva kompleksna snov, potem je njegov delec molekula, sestavljena iz več atomov.

Nadalje, prvi predlog MKT navaja, da delci snovi ne zapolnjujejo prostora neprekinjeno. Delci so razporejeni diskretno, torej na ločenih točkah. Med delci so vrzeli, katerih velikost se lahko v določenih mejah spreminja.

V prid prvemu položaju MKT je fenomen toplotno raztezanje tel. Pri segrevanju se namreč povečajo razdalje med delci snovi, povečajo pa se tudi dimenzije telesa. Pri ohlajanju se nasprotno zmanjšajo razdalje med delci, zaradi česar se telo skrči.

Osupljiva potrditev prvega položaja MKT je tudi difuzijo- medsebojno prodiranje sosednjih snovi ena v drugo.

Na primer, na sl. 1 prikazuje proces difuzije v tekočini. Delce topljenca damo v kozarec vode in se nahajajo najprej v zgornjem levem delu kozarca. Sčasoma se delci premikajo (kot pravijo, razpršeno) iz območja z visoko koncentracijo v območje z nizko koncentracijo. Na koncu postane koncentracija delcev povsod enaka – delci so enakomerno razporejeni po celotnem volumnu tekočine.

riž. 1. Difuzija v tekočini

Kako razložiti difuzijo z vidika molekularno-kinetične teorije? Zelo preprosto: delci ene snovi prodrejo v reže med delci druge snovi. Difuzija poteka hitreje, večje so te vrzeli – zato se plini med seboj najlažje mešajo (v katerih so razdalje med delci veliko več velikosti sami delci).

Toplotno gibanje atomov in molekul

Še enkrat spomnimo na besedilo druge določbe MKT: delci snovi izvajajo naključno gibanje (imenovano tudi toplotno gibanje), ki se nikoli ne ustavi.

Eksperimentalna potrditev drugega položaja MKT je spet fenomen difuzije, saj je medsebojno prodiranje delcev možno le z njihovim neprekinjenim gibanjem! Toda najbolj presenetljiv dokaz večnega kaotičnega gibanja delcev snovi je Brownovo gibanje. To je ime neprekinjenega nerednega gibanja Brownian delci- prašni delci ali zrna (velikosti cm), suspendirani v tekočini ali plinu.

Brownovo gibanje je dobilo ime v čast škotskega botanika Roberta Browna, ki je skozi mikroskop videl neprekinjen ples delcev cvetnega prahu, suspendiranih v vodi. Kot dokaz, da to gibanje traja večno, je Brown našel kos kremena z votlino, napolnjeno z vodo. Kljub temu, da je voda prišla tja pred več milijoni let, so drobci, ki so prišli tja, nadaljevali s svojim gibanjem, kar se ni razlikovalo od tega, kar so opazili v drugih poskusih.

Razlog za Brownovo gibanje je v tem, da suspendirani delec doživlja nekompenzirane udarce tekočih (plinskih) molekul, zaradi kaotičnega gibanja molekul pa sta velikost in smer nastalega udarca popolnoma nepredvidljivi. Zato Brownov delec opisuje kompleksne cikcakaste trajektorije (slika 2).

riž. 2. Brownovo gibanje

Mimogrede, Brownovo gibanje je mogoče obravnavati tudi kot dokaz samega dejstva obstoja molekul, torej lahko služi tudi kot eksperimentalna utemeljitev prvega položaja MKT.

Interakcija delcev snovi

Tretji položaj MKT govori o interakciji delcev snovi: atomi ali molekule medsebojno delujejo s silami privlačnosti in odbijanja, ki sta odvisni od razdalj med delci: ko se razdalje povečujejo, začnejo prevladovati sile privlačnosti, ko se razdalje zmanjšujejo, pa odbojne sile.

Veljavnost tretjega položaja MKT dokazujejo elastične sile, ki izhajajo iz deformacij teles. Ko se telo raztegne, se razdalje med njegovimi delci povečajo in sile privlačnosti delcev med seboj začnejo prevladovati. Ko je telo stisnjeno, se razdalje med delci zmanjšajo in posledično prevladujejo odbojne sile. V obeh primerih je elastična sila usmerjena v smer, nasprotno od deformacije.

Druga potrditev obstoja sil medmolekularne interakcije je prisotnost treh agregatnih stanj snovi.

V plinih so molekule med seboj ločene z razdaljami, ki bistveno presegajo dimenzije samih molekul (v zraku v normalnih pogojih približno 1000-krat). Na takih razdaljah so sile interakcije med molekulami praktično odsotne, zato plini zasedajo celoten volumen, ki jim je na voljo, in se zlahka stisnejo.

V tekočinah so prostori med molekulami primerljivi z velikostjo molekul. Sile molekularne privlačnosti so zelo oprijemljive in zagotavljajo ohranjanje volumna s tekočinami. Toda te sile niso dovolj močne, da bi tekočine ohranile svojo obliko - tekočine, tako kot plini, imajo obliko posode.

V trdnih snoveh so sile privlačnosti med delci zelo močne: trdna telesa ohraniti ne le volumen, ampak tudi obliko.

Prehod snovi iz enega agregacijskega stanja v drugo je posledica spremembe velikosti sil interakcije med delci snovi. Sami delci ostanejo nespremenjeni.

Ta lekcija obravnava koncept toplotnega gibanja in fizično količino, kot je temperatura.

Toplotni pojavi v človekovem življenju so zelo pomembni. Z njimi se srečujemo tako med vremensko napovedjo kot med vrenjem navadne vode. Toplotni pojavi so povezani s procesi, kot so ustvarjanje novih materialov, taljenje kovin, zgorevanje goriva, ustvarjanje novih vrst goriva za avtomobile in letala itd.

Temperatura je eden najpomembnejših pojmov, povezanih s toplotnimi pojavi, saj je pogosto ravno temperatura najpomembnejša značilnost poteka toplotnih procesov.

Opredelitev.toplotnih pojavov- to so pojavi, povezani s segrevanjem ali hlajenjem teles, pa tudi s spremembo njihovega agregacijskega stanja (slika 1).

riž. 1. Taljenje ledu, ogrevanje vode in izhlapevanje

Vsi toplotni pojavi so povezani z temperaturo.

Za vsa telesa je značilno njihovo stanje toplotno ravnovesje. Glavna značilnost toplotno ravnovesje je temperatura.

Opredelitev.Temperatura je merilo "toplote" telesa.

Ker je temperatura fizikalna količina, jo je mogoče in jo je treba meriti. Instrument, ki se uporablja za merjenje temperature, se imenuje termometer(iz grščine. termo- "toplo", metreo- "merim") (slika 2).

riž. 2. Termometer

Prvi termometer (ali bolje rečeno, njegov analog) je izumil Galileo Galilei (slika 3).

riž. 3. Galileo Galilei (1564-1642)

Izum Galileja, ki ga je predstavil svojim študentom na predavanjih na univerzi ob koncu 16. stoletja (1597), se je imenoval termoskop. Delovanje katerega koli termometra temelji na naslednjem principu: fizične lastnosti snovi se spreminjajo s temperaturo.

Galilejeva izkušnja sestavljen iz naslednjega: vzel je bučko z dolgim ​​steblom in jo napolnil z vodo. Nato je vzel kozarec vode in obrnil bučko na glavo ter jo postavil v kozarec. Del vode se je seveda izlil, a je posledično v nogi ostala določena količina vode. Če se zdaj bučka (ki vsebuje zrak) segreje, se bo nivo vode znižal, in če se ohladi, se bo, nasprotno, dvignil. To je posledica dejstva, da se snovi (zlasti zrak) pri segrevanju nagibajo k širjenju, pri hlajenju pa zožijo (zaradi tega so tirnice prekinjene, žice med drogovi pa včasih nekoliko povešene).

riž. 4. Izkušnje Galilea

Ta ideja je bila osnova za prvi termoskop (slika 5), ​​ki je omogočil oceno spremembe temperature (s takšnim termoskopom je nemogoče natančno izmeriti temperaturo, saj bodo njegovi odčitki močno odvisni od atmosferskega tlaka).

riž. 5. Kopija Galilejevega termoskopa

Hkrati je bila uvedena tako imenovana lestvica stopenj. Sama beseda stopnje v latinščini pomeni "korak".

Do danes so se ohranile tri glavne lestvice.

1. Celzija

Najbolj razširjena lestvica, ki jo poznajo vsi že od otroštva, je Celzijeva lestvica.

Anders Celsius (slika 6) - švedski astronom, ki je predlagal naslednjo temperaturno lestvico: - vrelišče vode; - ledišče vode. Dandanes smo vsi vajeni obrnjene Celzijeve lestvice.

riž. 6 Andres Celzija (1701-1744)

Opomba: Sam Celsius je dejal, da je takšno izbiro lestvice povzročilo preprosto dejstvo: po drugi strani pa pozimi ne bi bilo negativne temperature.

2. Fahrenheitova lestvica

Anglija, ZDA, Francija, Latinska Amerika in nekaterih drugih državah je Fahrenheitova lestvica priljubljena.

Gabriel Fahrenheit (slika 7) je nemški raziskovalec, inženir, ki je prvi uporabil lastno lestvico pri izdelavi stekla. Fahrenheitova lestvica je tanjša: dimenzija lestvice Fahrenheita je manjša od stopinje Celzijeve lestvice.

riž. 7 Gabriel Fahrenheit (1686-1736)

3. Réaumurjeva lestvica

Tehnično lestvico je izumil francoski raziskovalec R.A. Réaumur (slika 8). Po tej lestvici ustreza zmrzišču vode, vendar je Réaumur za vrelišče vode izbral temperaturo 80 stopinj.

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

V fiziki je tako imenovana absolutna lestvica - Kelvinova lestvica(slika 8). 1 stopinja Celzija je enaka 1 stopinji Kelvina, vendar temperatura v približno ustreza (slika 9).

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

riž. 10. Temperaturne lestvice

Spomnimo se, da ko se telesna temperatura spremeni, je linearne dimenzije(pri segrevanju se telo razširi, pri hlajenju se zoži). To je povezano z obnašanjem molekul. Pri segrevanju se hitrost gibanja delcev poveča, oziroma začnejo pogosteje medsebojno delovati in se poveča volumen (slika 11).

riž. 11. Spreminjanje linearnih dimenzij

Iz tega lahko sklepamo, da je temperatura povezana s gibanjem delcev, ki sestavljajo telesa (to velja za trdna, tekoča in plinasta telesa).

Gibanje delcev v plinih (slika 12) je naključno (saj molekule in atomi v plinih praktično ne medsebojno delujejo).

riž. 12. Gibanje delcev v plinih

Gibanje delcev v tekočinah (slika 13) je "skakanje", to je, da molekule vodijo " sedečiživljenje", vendar so sposobni "skakati" z enega kraja na drugega. To določa pretočnost tekočin.

riž. 13. Gibanje delcev v tekočinah

Gibanje delcev v trdnih snoveh (slika 14) imenujemo oscilatorno.

riž. 14. Gibanje delcev v trdnih snoveh

Tako so vsi delci v neprekinjenem gibanju. To gibanje delcev se imenuje toplotno gibanje(naključno, kaotično gibanje). To gibanje se nikoli ne ustavi (dokler ima telo temperaturo). Prisotnost toplotnega gibanja je leta 1827 potrdil angleški botanik Robert Brown (slika 15), po katerem se to gibanje imenuje Brownovo gibanje.

riž. 15. Robert Brown (1773-1858)

Do danes je znano, da nizka temperatura, kar je mogoče doseči je približno . Pri tej temperaturi se gibanje delcev ustavi (vendar se gibanje znotraj samih delcev ne ustavi).

Galilejeva izkušnja je bila opisana prej, za zaključek pa bomo upoštevali še eno izkušnjo – izkušnjo francoskega znanstvenika Guillauma Amontona (slika 15), ki je leta 1702 izumil t.i. plinski termometer. Z manjšimi spremembami se je ta termometer ohranil do danes.

riž. 15. Guillaume Amonton (1663-1705)

Amontonska izkušnja

riž. 16. Izkušnje Amontona

Vzemite bučko z vodo in jo zamašite z zamaškom s tanko cevko. Če zdaj segrejete vodo, se bo zaradi širjenja vode njena raven v cevi povečala. Glede na stopnjo dviga vode v cevi je mogoče sklepati o spremembi temperature. Prednost Amonton termometer je, da ni odvisen od atmosferskega tlaka.

V tej lekciji smo obravnavali tako pomembno fizična količina, kako temperaturo. Proučevali smo metode njegovega merjenja, značilnosti in lastnosti. V naslednji lekciji bomo raziskali koncept notranja energija .

Bibliografija

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

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

Domača naloga

1. št. 1-4 (1. odstavek). Peryshkin A.V. Fizika 8. - M.: Bustard, 2010.

2. Zakaj Galilejevega termoskopa ni mogoče kalibrirati?

3. Železni žebelj, ogret na štedilniku:

Kako se je spremenila hitrost molekul železa?

Kako se bo spremenila hitrost gibanja molekul, če žebelj spustimo v hladno vodo?

Kako to spremeni hitrost vodnih molekul?

Kako se med temi poskusi spremeni volumen nohta?

4. Balon odselil iz sobe na mraz:

Kako se bo spremenila prostornina žoge?

Kako se bo spremenila hitrost gibanja molekul zraka v balonu?

Kako se bo spremenila hitrost molekul znotraj krogle, če jo vrnemo v prostor in poleg tega damo v baterijo?

IV Yakovlev | Gradivo o fiziki | MathUs.ru

Molekularna fizika in termodinamika

Ta priročnik je posvečen drugemu razdelku ¾Molekularna fizika. Termodinamika kodifikatorja USE v fiziki. Zajema naslednje teme.

Toplotno gibanje atomov in molekul snovi. Brownovo gibanje. Difuzija. Eksperimentalni dokazi atomistične teorije. Interakcija delcev snovi.

Modeli zgradbe plinov, tekočin in trdnih snovi.

Idealen plinski model. Razmerje med tlakom in povprečno kinetično energijo toplotnega gibanja molekul idealnega plina. absolutna temperatura. Povezava temperature plina s povprečno kinetično energijo njegovih delcev. Enačba p = nkT . Mendelejeva enačba Clapeyrona.

Izoprocesi: izotermični, izohorični, izobarični, adiabatni procesi.

Nasičeni in nenasičeni pari. Vlažnost zraka.

Spremembe agregatnih stanj snovi: izhlapevanje in kondenzacija, vrenje tekočine, taljenje in kristalizacija. Sprememba energije pri faznih prehodih.

Notranja energija. Toplotno ravnovesje. Prenos toplote. Količina toplote. Specifična toplota snovi. Enačba toplotne bilance.

Delo v termodinamiki. Prvi zakon termodinamike.

Načela delovanja termičnih strojev. učinkovitost toplotnega motorja. Drugi zakon termodinamike. Problemi energije in varstva okolja.

Priročnik vsebuje tudi nekaj dodatnega gradiva, ki ni vključeno UPORABITE kodifikator(vendar vključen v šolski kurikulum!). To gradivo vam omogoča boljše razumevanje obravnavanih tem.

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

2.3 Tekočine . . . . . . 10

	Osnovne formule molekularne fizike
	Temperatura
		Termodinamični sistem. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Toplotno ravnovesje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		temperaturna lestvica. Absolutna temperatura . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Idealna plinska enačba stanja
		Povprečna kinetična energija plinskih delcev. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Osnovna enačba MKT idealnega plina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 Energija delcev in temperatura plina. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 Termodinamični proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.2 Izotermični proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.3 Grafi izotermičnih procesov. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

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

6.5 Plošče izobarnega procesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

	Izohorični proces. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Izohorične procesne ploskve. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Nasičena para

7.1 Izhlapevanje in kondenzacija

7.2 dinamično ravnovesje. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.3 Lastnosti nasičene pare. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8.1 Notranja energija enoatomskega idealnega plina. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

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

8.3 Sprememba notranje energije: opravljanje dela. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.4 Sprememba notranje energije: prenos toplote . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.5 Toplotna prevodnost. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 Fazni prehodi

10.1 Taljenje in kristalizacija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10.2 Tablica taljenja. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.3 Specifična toplota fuzije. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

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

10.5 Izhlapevanje in kondenzacija. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

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

10.7 Urnik vrenja . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

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

11.1 Delo plina v izobaričnem procesu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

11.2 Delovanje plina v poljubnem procesu. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.3 Dela na plin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

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

11.5 Uporaba prvega zakona termodinamike za izoprocese. . . . . . . . . . . . . 46

11.6 adiabatnega procesa. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.1 Toplotni motorji. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12.2 Hladilni stroji. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

13.1 Nepovratnost procesov v naravi. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 Clausiusova in Kelvinova postulata. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1 Ključne točke molekularno kinetična teorija

Veliki ameriški fizik Richard Feynman, avtor znamenitega tečaja ¾Feynmanova predavanja o fiziki¿, ima čudovite besede:

Če bi bila zaradi neke vrste globalne katastrofe uničena vsa nakopičena znanstvena spoznanja in bi se prihodnjim rodovom živih bitij prenesla le ena fraza, potem katera izjava, sestavljena iz najmanjšega števila besed, bi prinesla največ informacije? Verjamem, da je to atomska hipoteza (lahko jo imenujete ne hipoteza, ampak dejstvo, vendar to nič ne spremeni): vsa telesa so sestavljena iz atomov majhnih teles, ki so v stalnem gibanju, se privlačijo na majhni razdalji, vendar se odbije, če eden od njih močneje pritisne na drugega. V tem enem stavku. . . vsebuje neverjetno veliko informacij o svetu, le malo je treba vložiti domišljije in malo razmišljanja.

Te besede vsebujejo bistvo molekularno-kinetične teorije (MKT) strukture snovi. Glavne določbe MKT so namreč naslednje tri trditve.

1. Vsaka snov je sestavljena iz najmanjših delcev molekul in atomov. Nahajajo se diskretno v prostoru, torej na določeni razdalji drug od drugega.

2. Atomi ali molekule snovi so v stanju naključnega gibanja 1, ki se nikoli ne konča.

3. Atomi ali molekule snovi medsebojno delujejo s silami privlačnosti in odbijanja, ki sta odvisni od razdalje med delci.

Te določbe so posploševanje številnih opažanj in eksperimentalnih dejstev. Oglejmo si te določbe podrobneje in podamo njihovo eksperimentalno utemeljitev.

1.1 Atomi in molekule

Vzamemo kos papirja in ga začnemo deliti na vse manjše dele. Bomo na vsakem koraku dobili koščke papirja ali se bo v neki fazi pojavilo kaj novega?

Prvi položaj MKT nam pove, da materija ni neskončno deljiva. Prej ali slej bomo dosegli ¾ zadnja meja¿ najmanjši delci dane snovi. Ti delci so atomi in molekule. Lahko jih tudi razdelimo na dele, potem pa bo prvotna snov prenehala obstajati.

Atom je najmanjši delec določenega kemičnega elementa, ki obdrži vse svoje Kemijske lastnosti. Kemičnih elementov ni toliko, vsi so povzeti v periodnem sistemu.

Molekula je najmanjši delec določene snovi (ki ni kemični element), ki ohrani vse svoje kemične lastnosti. Molekula je sestavljena iz dveh ali več atomov enega ali več kemičnih elementov.

Na primer, H2O je molekula vode, sestavljena iz dveh atomov vodika in enega atoma kisika. Če ga razdelimo na atome, ne bomo več imeli opravka s snovjo, imenovano ¾voda¿. Nadalje, z razdelitvijo atomov H in O na njihove sestavne dele, dobimo niz protonov, nevtronov in elektronov in s tem izgubimo informacijo, da sta bila sprva vodik in kisik.

1 To gibanje se imenuje toplotno gibanje.

Velikost atoma ali molekule (sestavljene iz majhnega števila atomov) je približno 10 8 cm To je tako majhna vrednost, da atoma ni mogoče videti z nobenim optičnim mikroskopom.

Atome in molekule na kratko imenujemo preprosto delci snovi. Kaj pravzaprav je delec atom ali molekula v posameznem primeru, ni težko ugotoviti. Če govorimo o kemičnem elementu, potem bo atom delec; če upoštevamo kompleksno snov, potem je njen delec molekula, sestavljena iz več atomov.

Nadalje, prvi predlog MKT navaja, da delci snovi ne zapolnjujejo prostora neprekinjeno. Delci se nahajajo diskretno, torej kot na ločenih točkah. Med delci so vrzeli, katerih velikost se lahko v določenih mejah spreminja.

Pojav toplotnega raztezanja teles priča v prid prvega položaja MKT. Pri segrevanju se namreč povečajo razdalje med delci snovi, povečajo pa se tudi dimenzije telesa. Pri ohlajanju se nasprotno zmanjšajo razdalje med delci, zaradi česar se telo skrči.

Difuzija, medsebojno prodiranje kontaktnih snovi ena v drugo, je tudi presenetljiva potrditev prvega položaja MKT.

Na primer, na sl. 1 prikazuje2 proces difuzije v tekočini. Delce topljenca damo v kozarec vode in se nahajajo najprej v zgornjem levem delu kozarca. Sčasoma se delci premaknejo (recimo, razpršijo) iz območja z visoko koncentracijo v območje z nizko koncentracijo. Na koncu postane koncentracija delcev povsod enaka, delci so enakomerno razporejeni po volumnu tekočine.

riž. 1. Difuzija v tekočini

Kako razložiti difuzijo z vidika molekularno-kinetične teorije? Zelo preprosto: delci ene snovi prodrejo v reže med delci druge snovi. Difuzija poteka hitreje, večje so te vrzeli, zato se plini najlažje mešajo med seboj (pri čemer so razdalje med delci veliko večje od velikosti samih delcev).

1.2 Toplotno gibanje atomov in molekul

Spomnimo se še enkrat formulacije drugega predloga MKT: delci snovi izvajajo naključno gibanje (imenovano tudi toplotno gibanje), ki se nikoli ne ustavi.

Eksperimentalna potrditev drugega položaja MKT je spet fenomen difuzije, saj je medsebojno prodiranje delcev možno le z njihovim neprekinjenim gibanjem!

2 Slika iz en.wikipedia.org.

Toda najbolj presenetljiv dokaz večnega kaotičnega gibanja delcev snovi je Brownovo gibanje. To je ime neprekinjenega naključnega gibanja Brownovih delcev prašnih delcev ali zrn (velikih 10 5 - 104 cm), suspendiranih v tekočini ali plinu.

Brownovo gibanje je dobilo ime v čast škotskega botanika Roberta Browna, ki je skozi mikroskop videl neprekinjen ples delcev cvetnega prahu, suspendiranih v vodi. Kot dokaz, da to gibanje traja večno, je Brown našel kos kremena z votlino, napolnjeno z vodo. Kljub temu, da je voda prišla tja pred več milijoni let, so drobci, ki so prišli tja, nadaljevali s svojim gibanjem, kar se ni razlikovalo od tega, kar so opazili v drugih poskusih.

Razlog za Brownovo gibanje je v tem, da suspendirani delec doživlja nekompenzirane udarce tekočih (plinskih) molekul, zaradi kaotičnega gibanja molekul pa sta velikost in smer nastalega udarca popolnoma nepredvidljivi. Zato Brownov delec opisuje kompleksne cikcakaste trajektorije (slika 2)3.

riž. 2. Brownovo gibanje

Velikost Brownovih delcev je 1000-10000-krat večja od velikosti atoma. Po eni strani je Brownov delec dovolj majhen in še vedno "občuti", da ga različno število molekul udari v različne smeri; ta razlika v številu udarcev vodi do opaznih premikov Brownovega delca. Po drugi strani so Brownovi delci dovolj veliki, da jih lahko vidimo z mikroskopom.

Mimogrede, Brownovo gibanje je mogoče obravnavati tudi kot dokaz samega dejstva obstoja molekul, torej lahko služi tudi kot eksperimentalna utemeljitev prvega položaja MKT.

1.3 Interakcija delcev snovi

Tretji položaj MKT govori o medsebojnem delovanju delcev snovi: atomi ali molekule medsebojno delujejo s silami privlačnosti in odbijanja, ki sta odvisni od razdalj med delci: ko se razdalje povečujejo, začnejo privlačne sile naraščati. prevladujejo, z zmanjšanjem odbojne sile.

Veljavnost tretjega položaja MKT dokazujejo elastične sile, ki izhajajo iz deformacij teles. Ko se telo raztegne, se razdalje med njegovimi delci povečajo in sile privlačnosti delcev med seboj začnejo prevladovati. Ko je telo stisnjeno, se razdalje med delci zmanjšajo in posledično prevladujejo odbojne sile. V obeh primerih je elastična sila usmerjena v smer, nasprotno od deformacije.

3 Slika s spletnega mesta nv-magadan.narod.ru.

Druga potrditev obstoja sil medmolekularne interakcije je prisotnost treh agregatnih stanj snovi.

IN V plinih so molekule med seboj ločene z razdaljami, ki bistveno presegajo dimenzije samih molekul (v zraku v normalnih pogojih približno 1000-krat). Na takih razdaljah so sile interakcije med molekulami praktično odsotne, zato plini zasedajo celoten volumen, ki jim je na voljo, in se zlahka stisnejo.

IN V tekočinah so prostori med molekulami primerljivi z velikostjo molekul. Sile molekularne privlačnosti so zelo oprijemljive in zagotavljajo ohranjanje volumna s tekočinami. Toda te sile niso dovolj močne, da bi tudi tekočine ohranile svojo obliko. Tekočine, tako kot plini, imajo obliko posode.

IN V trdnih snoveh so sile privlačnosti med delci zelo močne: trdna telesa ohranijo ne le prostornino, ampak tudi obliko.

Prehod snovi iz enega agregacijskega stanja v drugo je posledica spremembe velikosti sil interakcije med delci snovi. Sami delci ostanejo nespremenjeni.