Zakaj toplotno gibanje. toplotno gibanje

 teorija: Atomi in molekule so v neprekinjenem toplotnem gibanju, se gibljejo naključno, zaradi trkov nenehno spreminjajo smer in modul hitrosti.

Višja kot je temperatura, večja je hitrost molekul. Ko se temperatura znižuje, se hitrost molekul zmanjša. Obstaja temperatura, ki se imenuje "absolutna nič" - temperatura (-273 ° C), pri kateri se ustavi toplotno gibanje molekule. Toda "absolutna ničla" je nedosegljiva.
Brownovo gibanje- kaotično gibanje vidnih mikroskopskih delcev trdne snovi, suspendiranih v tekočini ali plinu, ki je posledica toplotnega gibanja delcev tekočine ali plina. Ta pojav je leta 1827 prvič opazil Robert Brown. Proučeval je cvetni prah rastlin, ki je bil v vodnem okolju. Brown je opazil, da se cvetni prah sčasoma ves čas premika in višja kot je temperatura, hitrejša je hitrost premika cvetnega prahu. Predlagal je, da je gibanje cvetnega prahu posledica dejstva, da molekule vode zadenejo cvetni prah in ga spodbudijo k premikanju.

Difuzija je proces medsebojnega prodiranja molekul ene snovi v reže med molekulami druge snovi.

Primer Brownovega gibanja je
1) naključno premikanje cvetnega prahu v kapljici vode
2) naključno gibanje mušic pod lučjo
3) raztapljanje trdne snovi v tekočinah
4) penetracija hranila od zemlje do korenin rastlin
Odločitev: iz definicije Brownovega gibanja je jasno, da je pravilen odgovor 1. Cvetni prah se giblje naključno zaradi dejstva, da ga zadenejo molekule vode. Nepravilno gibanje mušic pod svetilko ni primerno, saj si mušice same izberejo smer gibanja, zadnja dva odgovora sta primera difuzije.
odgovor: 1.

Oge naloga iz fizike (rešil bom izpit): Katera od naslednjih trditev je (so) pravilna?
A. Molekule ali atomi v snovi so v neprekinjenem toplotnem gibanju in eden od argumentov v prid temu je pojav difuzije.
B. Molekule ali atomi v snovi so v neprekinjenem toplotnem gibanju, dokaz za to pa je pojav konvekcije.
1) samo A
2) samo B
3) tako A kot B
4) niti A niti B
Odločitev: Difuzija je proces medsebojnega prodiranja molekul ene snovi v reže med molekulami druge snovi. Prva trditev je pravilna, Konvencija je prenos notranja energija s plastmi tekočine ali plina se izkaže, da druga trditev ne drži.
odgovor: 1.

Oge naloga iz fizike (fipi): 2) Svinčeno kroglo segrejemo v plamenu sveče. Kako se pri segrevanju spremeni prostornina balona? Povprečna hitrost gibanje njegovih molekul?
Vzpostavite skladnost med fizikalnimi količinami in njihovimi možnimi spremembami.
Za vsako vrednost določite ustrezno naravo spremembe:
1) poveča
2) zmanjša
3) se ne spremeni
V tabelo zapišite izbrane številke za vsako fizična količina. Številke v odgovoru se lahko ponovijo.
Rešitev (Hvala Mileni): 2) 1. Volumen kroglice se bo povečal zaradi dejstva, da se bodo molekule začele premikati hitreje.
2. Hitrost molekul pri segrevanju se bo povečala.
odgovor: 11.

Vaja demo različica OGE 2019: Ena od določil molekularno-kinetične teorije strukture snovi je, da so »delci snovi (molekule, atomi, ioni) v neprekinjenem kaotičnem gibanju«. Kaj pomenijo besede "neprekinjeno gibanje"?
1) Delci se vedno premikajo v določeni smeri.
2) Gibanje delcev snovi ni podrejeno nobenim zakonom.
3) Delci se vsi skupaj premikajo v eno ali drugo smer.
4) Gibanje molekul se nikoli ne ustavi.
Odločitev: Molekule se premikajo, zaradi trkov se hitrost molekul nenehno spreminja, zato ne moremo izračunati hitrosti in smeri vsake molekule, lahko pa izračunamo povprečno kvadratno hitrost molekul in je povezana s temperaturo, kot je temperatura se zmanjša, hitrost molekul se zmanjša. Izračunano je, da je temperatura, pri kateri se bo gibanje molekul ustavilo, -273 °C (najnižja možna temperatura v naravi). Vendar to ni dosegljivo. tako da se molekule nikoli ne prenehajo premikati.

Teme UPORABITE kodifikator: 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 napisal naslednje čudovite 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 tako 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 lahko štejemo tudi za 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 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.

Za preučevanje teme "Toplotno gibanje" moramo ponoviti:

V svetu okoli nas se pojavljajo različni fizikalni pojavi, ki so neposredno povezani s spremembami temperature teles.

Že od otroštva se spominjamo, da je voda v jezeru sprva mrzla, nato komaj topla in šele čez nekaj časa postane primerna za kopanje.

Z besedami, kot so "hladno", "vroče", "rahlo toplo", opredeljujemo različne stopnje "ogretosti" teles ali, v jeziku fizike, različne temperature teles.

Če primerjamo temperaturo v jezeru poleti in pozno jeseni, razlika je očitna. Temperatura topla voda nekoliko nad temperaturo ledene vode.

Kot je znano, je difuzija pri višji temperaturi hitrejša. Iz tega sledi, da sta hitrost gibanja molekul in temperatura med seboj globoko povezani.

Poskusite: Vzemite tri kozarce in jih napolnite s hladnim, toplim in vroča voda, zdaj pa v vsak kozarec daj čajno vrečko in opazuj, kako se spreminja barva vode? Kje se bo ta sprememba najbolj intenzivno odvijala?

Če povečate temperaturo, se bo hitrost gibanja molekul povečala, če jo zmanjšate, 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. Ti vključujejo ogrevanje ali hlajenje, ne samo tekoča telesa ampak tudi plinast in trden zrak.

Drugi primeri toplotnih pojavov: taljenje kovin, taljenje snega.

Molekule ali atomi, ki so osnova vseh teles, so v neskončnem kaotičnem gibanju. Gibanje molekul v različnih telesih poteka na različne načine. Molekule plinov se naključno gibljejo z velikimi hitrostmi po zelo zapleteni poti.Pri trčenju se odbijata drug od drugega, pri čemer spreminjata velikost in smer hitrosti.

Tekoče molekule nihajo okoli ravnotežnih položajev (ker se nahajajo skoraj blizu drug drugemu) in razmeroma redko skačejo iz enega ravnotežnega položaja v drugega. Gibanje molekul v tekočinah je manj prosto kot v plinih, a bolj prosto kot v trdnih snoveh.

V trdnih snoveh molekule in atomi nihajo okoli določenih povprečnih položajev.

Ko se temperatura dvigne, se hitrost delcev poveča, Zato kaotično gibanje delcev običajno imenujemo toplotno.

zanimivo:

Kakšna je točna višina Eifflov stolp? In odvisno je od temperature okolice!

Dejstvo je, da višina stolpa niha za kar 12 centimetrov.

temperatura žarkov pa lahko doseže do 40 stopinj Celzija.

In kot veste, se snovi lahko razširijo pod vplivom visoke temperature.

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). Brownovo gibanje je odkril angleški botanik Robert Brown (1773-1858).

Pri toplotnem gibanju molekul in atomov sodelujejo absolutno vse molekule telesa, zato se s spremembo toplotnega gibanja spreminja tudi stanje telesa, njegove različne lastnosti.

Razmislite, kako se lastnosti vode spreminjajo s temperaturo.

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.

Temperatura - vrednost, ki označuje toplotno stanje telesa ali drugače merilo "ogrevanja" telesa.

Višja kot je temperatura telesa, več energije imajo v povprečju njegovi atomi in molekule.

Temperatura se meri termometri, tj. instrumenti za merjenje temperature

Temperatura se ne meri neposredno! Izmerjena vrednost je odvisna od temperature!

Trenutno obstajajo tekoči in električni termometri.

V sodobnem tekoči termometri je volumen alkohola ali živega srebra. Termometer meri svojo temperaturo! In, če želimo s termometrom izmeriti temperaturo nekega drugega telesa, moramo počakati nekaj časa, da se temperaturi telesa in termometra izenačita, t.j. med termometrom in telesom bo prišlo do toplotnega ravnovesja. Domači termometer "termometer" potrebuje čas natančneje pomen bolnikovo temperaturo.

To je zakon toplotnega ravnotežja:

za katero koli skupino izoliranih teles čez nekaj časa postanejo temperature enake,

tiste. nastopi stanje toplotnega ravnotežja.

Telesno temperaturo merimo s termometrom in jo najpogosteje izražamo v stopinj Celzija(°C). Obstajajo tudi druge merske enote: Fahrenheit, Kelvin in Réaumur.

Večina fizikov meri temperaturo po Kelvinovi lestvici. 0 stopinj Celzija = 273 stopinj Kelvina

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 bo sladkor v vreli vodi raztopil večkrat hitreje kot v hladni vodi. 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 toplotno gibanje molekul poveča in lastnosti snovi se spremenijo. 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 spremeni v potencialno energijo, nato pa se ob odboju spremeni nazaj v kinetično energijo. 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

V svetu okoli nas obstajajo različni fizični pojavi, ki so neposredno povezani sprememba telesne temperature. To vemo že od otroštva hladna voda ko se segreje, sprva postane komaj toplo 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 tople vode je nekoliko višja od temperature 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 vzamete trdna telesa, potem v njih molekule in atomi vibrirajo okoli nekaterih 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.