Vad tror du bestämmer upplösningshastigheten för socker i vatten? Du kan göra ett enkelt experiment. Ta två sockerbitar och kasta den ena i ett glas kokande vatten, den andra i ett glas kallt vatten.

Du kommer att se hur socker löser sig i kokande vatten flera gånger snabbare än i kallt vatten. Orsaken till upplösningen är diffusion. Detta gör att diffusion sker snabbare vid högre temperaturer. Diffusion orsakas av molekylers rörelse. Därför drar vi slutsatsen att molekyler rör sig snabbare vid högre temperaturer. Det vill säga hastigheten på deras rörelse beror på temperaturen. Det är därför den slumpmässiga kaotiska rörelsen hos molekylerna som utgör kroppen kallas för termisk rörelse.

Termisk rörelse av molekyler

När temperaturen stiger ökar den termisk rörelse molekyler förändras materiens egenskaper. Det fasta ämnet smälter, förvandlas till en vätska, vätskan avdunstar och förvandlas till ett gasformigt tillstånd. Följaktligen, om temperaturen sänks, kommer den genomsnittliga energin för den termiska rörelsen av molekyler också att minska, och följaktligen kommer processerna för att ändra tillståndet för kroppars aggregering att ske i motsatt riktning: vatten kommer att kondensera till en vätska, vätska kommer att frysa och förvandlas till ett fast tillstånd. Samtidigt talar vi alltid om medelvärdena för temperatur och molekylär hastighet, eftersom det alltid finns partiklar med större och mindre värden av dessa värden.

Molekyler i ämnen rör sig, passerar ett visst avstånd, gör därför en del arbete. Det vill säga vi kan prata om partiklars kinetiska energi. Som ett resultat av deras relativ position det finns också den potentiella energin hos molekyler. När i fråga om kroppars kinetiska och potentiella energi, då talar vi om existensen av kropparnas totala mekaniska energi. Om kroppens partiklar har kinetisk och potentiell energi, kan vi därför tala om summan av dessa energier som en oberoende storhet.

Kroppens inre energi

Tänk på ett exempel. Om vi ​​kastar en elastisk boll på golvet, omvandlas den kinetiska energin för dess rörelse fullständigt till potentiell energi i det ögonblick den nuddar golvet, och går sedan åter till kinetisk energi när den studsar. Om vi ​​kastar en tung järnkula på en hård, oelastisk yta, kommer bollen att landa utan att studsa. Dess kinetiska och potentiella energier efter landning kommer att vara lika med noll. Vart har energin tagit vägen? Försvann hon bara? Om vi ​​undersöker bollen och ytan efter kollisionen kan vi se att bollen plattades till lite, en buckla lämnades på ytan och båda värmdes upp något. Det vill säga, det skedde en förändring i arrangemanget av kropparnas molekyler, och temperaturen ökade också. Detta betyder att de kinetiska och potentiella energierna hos kroppens partiklar har förändrats. Kroppens energi har inte tagit vägen någonstans, det har passerat in i kroppens inre energi. Intern energi kallas den kinetiska och potentiella energin för alla partiklar i kroppen. Kollisionen av kroppar orsakade en förändring inre energi, den ökade och den mekaniska energin minskade. Detta är vad den består

Den här lektionen diskuterar begreppet termisk rörelse och sådant fysisk kvantitet som temperatur.

Termiska fenomen i mänskligt liv är av stor betydelse. Vi möter dem både under väderprognosen och under kokningen av vanligt vatten. Termiska fenomen är förknippade med sådana processer som skapandet av nya material, smältning av metaller, förbränning av bränsle, skapandet av nya typer av bränsle för bilar och flygplan, etc.

Temperatur är ett av de viktigaste begreppen förknippade med termiska fenomen, eftersom det ofta är temperaturen som är den viktigaste egenskapen för förloppet av termiska processer.

Definition.termiska fenomen- dessa är fenomen förknippade med uppvärmning eller kylning av kroppar, såväl som med en förändring i deras aggregationstillstånd (Fig. 1).

Ris. 1. Issmältning, vattenuppvärmning och avdunstning

Alla termiska fenomen är förknippade med temperatur.

Alla kroppar kännetecknas av deras tillstånd termisk jämvikt. Huvudkaraktär termisk jämvikt är temperatur.

Definition.Temperaturär ett mått på kroppens "värme".

Eftersom temperatur är en fysisk storhet kan och bör den mätas. Ett instrument som används för att mäta temperatur kallas termometer(från grekiska. termo- "varmt", metero- "Jag mäter") (Fig. 2).

Ris. 2. Termometer

Den första termometern (eller snarare dess analog) uppfanns av Galileo Galilei (Fig. 3).

Ris. 3. Galileo Galilei (1564-1642)

Uppfinningen av Galileo, som han presenterade för sina studenter vid föreläsningar vid universitetet i slutet av 1500-talet (1597), kallades termoskop. Funktionen av en termometer är baserad på följande princip: fysikaliska egenskaperämnen förändras med temperaturen.

Galileos erfarenhet bestod av följande: han tog en kolv med lång skaft och fyllde den med vatten. Sedan tog han ett glas vatten och vände upp och ner på kolven och lade den i ett glas. En del av vattnet rann givetvis ut, men som ett resultat blev en viss vattennivå kvar i benet. Om nu kolven (som innehåller luft) värms upp, kommer vattennivån att sjunka, och om den kyls, kommer den tvärtom att stiga. Detta beror på det faktum att ämnen (särskilt luft) vid upphettning tenderar att expandera, och när de kyls smalnar de av (vilket är anledningen till att skenorna görs diskontinuerliga och trådarna mellan polerna ibland hänger lite).

Ris. 4. Erfarenhet av Galileo

Denna idé låg till grund för det första termoskopet (fig. 5), som gjorde det möjligt att uppskatta temperaturförändringen (det är omöjligt att noggrant mäta temperaturen med ett sådant termoskop, eftersom dess avläsningar kommer att vara starkt beroende av atmosfärstrycket).

Ris. 5. Kopia av Galileos termoskop

Samtidigt infördes den så kallade examensskalan. Själva ordet grad på latin betyder "steg".

Hittills har tre huvudvågar överlevt.

1. Celsius

Den mest använda skalan, som är känd för alla sedan barndomen, är Celsiusskalan.

Anders Celsius (Fig. 6) - Svensk astronom, som föreslog följande temperaturskala: - vattnets kokpunkt; - Vattnets fryspunkt. Nuförtiden är vi alla vana vid den inverterade Celsiusskalan.

Ris. 6 Andres Celsius (1701-1744)

Notera: Celsius sa själv att ett sådant val av skalan orsakades av ett enkelt faktum: å andra sidan skulle det inte finnas någon negativ temperatur på vintern.

2. Fahrenheit-skala

England, USA, Frankrike, Latinamerika och vissa andra länder är Fahrenheit-skalan populär.

Gabriel Fahrenheit (Fig. 7) är en tysk forskare, ingenjör som först tillämpade sin egen skala på glastillverkning. Fahrenheitskalan är tunnare: dimensionen på Fahrenheitskalan är mindre än graden av Celsiusskalan.

Ris. 7 Gabriel Fahrenheit (1686-1736)

3. Réaumur skala

Den tekniska skalan uppfanns av den franske forskaren R.A. Réaumur (fig. 8). Enligt denna skala motsvarar det vattnets fryspunkt, men Réaumur valde en temperatur på 80 grader som kokpunkt för vattnet.

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

Inom fysiken, den sk absolut skala - Kelvin skala(Fig. 8). 1 grad Celsius är lika med 1 grad Kelvin, men temperaturen i motsvarar ungefär (Fig. 9).

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

Ris. 10. Temperaturskalor

Kom ihåg att när kroppstemperaturen ändras, är det linjära dimensioner(vid uppvärmning expanderar kroppen, när den kyls smalnar den av). Det har att göra med molekylernas beteende. Vid uppvärmning ökar partiklarnas rörelsehastighet, de börjar interagera oftare och volymen ökar (fig. 11).

Ris. 11. Ändra linjära dimensioner

Av detta kan vi dra slutsatsen att temperaturen är förknippad med rörelsen av partiklar som utgör kroppar (detta gäller fasta, flytande och gasformiga kroppar).

Rörelsen av partiklar i gaser (fig. 12) är slumpmässig (eftersom molekyler och atomer i gaser praktiskt taget inte interagerar).

Ris. 12. Rörelse av partiklar i gaser

Rörelsen av partiklar i vätskor (fig. 13) är "hoppande", det vill säga molekylerna leder " stillasittande livet", men kan "hoppa" från en plats till en annan. Detta bestämmer fluiditeten hos vätskor.

Ris. 13. Rörelse av partiklar i vätskor

Rörelsen av partiklar i fasta ämnen (fig. 14) kallas oscillerande.

Ris. 14. Rörelse av partiklar i fasta ämnen

Således är alla partiklar i kontinuerlig rörelse. Denna rörelse av partiklar kallas termisk rörelse(slumpmässig, kaotisk rörelse). Denna rörelse slutar aldrig (så länge kroppen har en temperatur). Förekomsten av termisk rörelse bekräftades 1827 av den engelske botanikern Robert Brown (fig. 15), efter vilken denna rörelse kallas brownisk rörelse.

Ris. 15. Robert Brown (1773-1858)

Hittills är det känt att låg temperatur, vilket kan uppnås är ungefär . Det är vid denna temperatur som partiklarnas rörelse stannar (dock stannar inte rörelsen inuti själva partiklarna).

Galileos erfarenhet beskrevs tidigare, och avslutningsvis ska vi överväga en annan erfarenhet - erfarenheten av den franske vetenskapsmannen Guillaume Amonton (fig. 15), som 1702 uppfann den s.k. gastermometer. Med mindre ändringar har denna termometer överlevt till denna dag.

Ris. 15. Guillaume Amonton (1663-1705)

Amonton erfarenhet

Ris. 16. Erfarenhet av Amonton

Ta en kolv med vatten och plugga den med en propp med ett tunt rör. Om du nu värmer vattnet, kommer dess nivå i röret att öka på grund av vattnets expansion. Beroende på nivån på vattenhöjningen i röret är det möjligt att dra en slutsats om temperaturförändringen. Fördel Amonton termometerär att det inte beror på atmosfärstrycket.

I den här lektionen tog vi hänsyn till en så viktig fysisk storhet som temperatur. Vi studerade metoderna för dess mätning, egenskaper och egenskaper. I nästa lektion kommer vi att utforska konceptet inre energi.

Bibliografi

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

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

Läxa

1. Nr 1-4 (stycke 1). Peryshkin A.V. Fysik 8. - M.: Bustard, 2010.

2. Varför går det inte att kalibrera Galileos termoskop?

3. Järnspik uppvärmd på spisen:

Hur har järnmolekylernas hastighet förändrats?

Hur kommer molekylernas rörelsehastighet att förändras om nageln sänks ner i kallt vatten?

Hur förändrar detta hastigheten på vattenmolekyler?

Hur förändras nagelvolymen under dessa experiment?

4. Ballong flyttade ut ur rummet in i kylan:

Hur kommer volymen på bollen att förändras?

Hur kommer rörelsehastigheten för luftmolekyler inuti ballongen att förändras?

Hur kommer hastigheten på molekylerna inuti bollen att förändras om den återförs till rummet och dessutom placeras i batteriet?

IV Yakovlev | Material om fysik | MathUs.ru

Molekylär fysik och termodynamik

Denna manual ägnas åt det andra avsnittet ¾Molekylär fysik. Termodynamik ANVÄND kodifierare i fysik. Den täcker följande ämnen.

Termisk rörelse av atomer och materia molekyler. Brownsk rörelse. Diffusion. Experimentella bevis på atomistisk teori. Interaktion mellan partiklar av materia.

Modeller av strukturen hos gaser, vätskor och fasta ämnen.

Idealisk gasmodell. Förhållandet mellan tryck och genomsnittlig kinetisk energi för termisk rörelse för ideala gasmolekyler. absolut temperatur. Koppling av gastemperatur med genomsnittlig kinetisk energi för dess partiklar. Ekvation p = nkT . Mendeleevs ekvation av Clapeyron.

Isoprocesser: isotermiska, isokoriska, isobariska, adiabatiska processer.

Mättade och omättade par. Luftfuktighet.

Förändringar i materiens aggregerade tillstånd: avdunstning och kondensation, vätskekokning, smältning och kristallisation. Energiförändring i fasövergångar.

Inre energi. Termisk balans. Värmeöverföring. Mängd värme. Specifik värmeämnen. Värmebalansekvation.

Arbeta med termodynamik. Termodynamikens första lag.

Principer för drift av termiska maskiner. värmemotorns effektivitet. Termodynamikens andra lag. Problem med energi och miljöskydd.

Manualen innehåller också en del ytterligare material som inte ingår i USE-kodifieraren (men ingår i Läroplanen!). Detta material låter dig bättre förstå de ämnen som tas upp.

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

2.3 Vätskor . . . . . . tio

	Grundläggande formler för molekylär fysik
	Temperatur
		Termodynamiskt system. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Termisk jämvikt. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		temperaturskala. Absolut temperatur . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Ideal gasekvation för tillstånd
		Genomsnittlig kinetisk energi för gaspartiklar. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Grundekvationen för MKT för en idealgas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 Partikelenergi och gastemperatur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 Termodynamisk process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.2 Isotermisk process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.3 Isotermiska processgrafer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6.4 Isobarisk process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.5 Handlingar av den isobariska processen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

	Isokorisk process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Isokoriska processplots. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Mättad ånga

7.1 Avdunstning och kondensation

7.2 dynamisk balans. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.3 Mättad ånga egenskaper. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8.1 Intern energi hos en monoatomisk idealgas. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

8.2 Statusfunktion. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.3 Förändring i inre energi: gör arbete. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.4 Förändring av intern energi: värmeöverföring . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.5 Värmeledningsförmåga. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 Fasövergångar

10.1 Smältning och kristallisation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10.2 Smältdiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.3 Specifik fusionsvärme. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10.4 Kristallisationsdiagram. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

10.5 Förångning och kondensation. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10.6 Kokning . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

10.7 Kokschema . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

10.8 Kondenskurva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 Termodynamikens första lag

11.1 En gass arbete i en isobar process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

11.2 Gasarbete i en godtycklig process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.3 Arbete utfört på gas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.4 Termodynamikens första lag. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

11.5 Tillämpning av termodynamikens första lag på isoprocesser. . . . . . . . . . . . . 46

11.6 adiabatisk process. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.1 Värmemotorer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12.2 Kylmaskiner. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

13.1 Irreversibilitet av processer i naturen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 Postulat av Clausius och Kelvin. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1 Nyckelord molekylär kinetisk teori

Den store amerikanske fysikern Richard Feynman, författaren till den berömda kursen ¾Feynman Lectures on Physics¿, äger underbara ord:

Om, som ett resultat av någon global katastrof, alla ackumulerade vetenskaplig kunskap skulle förstöras och bara en fras skulle passera till de kommande generationerna av levande varelser, vilket uttalande då, sammansatt av minsta kvantitet ord, skulle ge mest information? Jag tror att detta är en atomhypotes (man kan kalla det inte en hypotes, utan ett faktum, men detta förändrar ingenting): alla kroppar är sammansatta av atomer av små kroppar som är i konstant rörelse, attraherar på litet avstånd, men stöta bort om en av dem trycker hårdare på den andra. I denna enda mening. . . innehåller otroligt mycket information om världen, det är bara att lägga ner lite fantasi och lite eftertanke.

Dessa ord innehåller essensen av den molekylär-kinetiska teorin (MKT) om materiens struktur. De viktigaste bestämmelserna i MKT är nämligen följande tre uttalanden.

1. Varje ämne består av de minsta partiklarna av molekyler och atomer. De är placerade diskret i rymden, det vill säga på vissa avstånd från varandra.

2. Atomer eller molekyler av materia är i ett tillstånd av slumpmässig rörelse 1 , som aldrig upphör.

3. Atomer eller molekyler av ett ämne interagerar med varandra av attraktions- och repulsionskrafter, som beror på avstånden mellan partiklarna.

Dessa bestämmelser är en generalisering av många observationer och experimentella fakta. Låt oss titta närmare på dessa bestämmelser och ge deras experimentella motivering.

1.1 Atomer och molekyler

Låt oss ta ett papper och börja dela upp det i mindre och mindre delar. Kommer vi att få papperslappar vid varje steg, eller dyker det upp något nytt i något skede?

Den första positionen i MKT säger oss att materia inte är oändligt delbar. Förr eller senare når vi ¾ sista gränsen¿ de minsta partiklarna av ett givet ämne. Dessa partiklar är atomer och molekyler. De kan också delas upp i delar, men då kommer den ursprungliga substansen att upphöra att existera.

En atom är den minsta partikeln av ett givet kemiskt element som behåller allt Kemiska egenskaper. Det finns inte så många kemiska grundämnen, de är alla sammanfattade i det periodiska systemet.

En molekyl är den minsta partikeln av ett visst ämne (som inte är ett kemiskt element) som behåller alla sina kemiska egenskaper. En molekyl är uppbyggd av två eller flera atomer av ett eller flera kemiska element.

Till exempel är H2O en vattenmolekyl som består av två väteatomer och en syreatom. Genom att dela upp det i atomer kommer vi inte längre att hantera ett ämne som kallas ¾vatten¿. Vidare, genom att dela upp H- och O-atomerna i deras beståndsdelar, får vi en uppsättning protoner, neutroner och elektroner, och förlorar därmed informationen om att det först var väte och syre.

1 Denna rörelse kallas termisk rörelse.

Storleken på en atom eller molekyl (som består av ett litet antal atomer) är cirka 10 8 cm. Detta är ett så litet värde att atomen inte kan ses med något optiskt mikroskop.

Atomer och molekyler kallas, för kort, helt enkelt materiepartiklar. Vad exakt är en partikel en atom eller en molekyl i varje enskilt fall är inte svårt att fastställa. Om det handlar om kemiskt element, då kommer partikeln att vara en atom; om det övervägs komplex substans, då är dess partikel en molekyl som består av flera atomer.

Vidare säger den första propositionen i MKT att partiklar av materia inte fyller rymden kontinuerligt. Partiklarna är placerade diskret, det vill säga som vid separata punkter. Mellan partiklarna finns luckor, vars storlek kan variera inom vissa gränser.

Fenomenet med termisk expansion av kroppar vittnar till förmån för MKT:s första position. När det värms upp ökar nämligen avstånden mellan partiklarna i ämnet och kroppens dimensioner ökar. Vid kylning minskar tvärtom avstånden mellan partiklarna, vilket leder till att kroppen drar ihop sig.

Diffusion, den ömsesidiga penetrationen av kontaktämnen i varandra, är också en slående bekräftelse på MKT:s första position.

Till exempel, i fig. 1 visar2 diffusionsprocessen i en vätska. Partiklarna av det lösta ämnet placeras i ett glas vatten och placeras först i den övre vänstra delen av glaset. Med tiden rör sig partiklar (säg, diffusa) från ett område med hög koncentration till ett område med låg koncentration. I slutändan blir koncentrationen av partiklar densamma överallt, partiklarna är jämnt fördelade över hela vätskans volym.

Ris. 1. Diffusion i en vätska

Hur förklarar man diffusion utifrån molekylär-kinetisk teori? Mycket enkelt: partiklar av ett ämne tränger in i mellanrummen mellan partiklarna i ett annat ämne. Diffusion går fortare, desto större dessa luckor är; därför blandas gaser lättast med varandra (där avstånden mellan partiklarna är många fler storlekar partiklarna själva).

1.2 Termisk rörelse av atomer och molekyler

Minns återigen formuleringen av den andra propositionen i MKT: materiens partiklar utför slumpmässig rörelse (även kallad termisk rörelse), som aldrig slutar.

Experimentell bekräftelse av MKT:s andra position är återigen diffusionsfenomenet, eftersom den ömsesidiga penetrationen av partiklar endast är möjlig med deras kontinuerliga rörelse!

2 Bild från en.wikipedia.org.

Men det mest slående beviset på den eviga kaotiska rörelsen av materiepartiklar är Brownsk rörelse. Detta är namnet på den kontinuerliga slumpmässiga rörelsen av Brownska partiklar av dammpartiklar eller korn (10 5 - 104 cm i storlek) suspenderade i en vätska eller gas.

Brownsk rörelse fick sitt namn för att hedra den skotske botanikern Robert Brown, som genom ett mikroskop såg den kontinuerliga dansen av pollenpartiklar suspenderade i vatten. Som bevis på att denna rörelse tar evigheter, hittade Brown en bit kvarts med en hålighet fylld med vatten. Trots att vattnet kom dit för många miljoner år sedan, fortsatte motesna som kom dit sin rörelse, vilket inte skilde sig från vad som observerades i andra experiment.

Orsak brownisk rörelseär att en suspenderad partikel upplever okompenserade stötar från flytande (gas) molekyler, och på grund av molekylernas kaotiska rörelse är storleken och riktningen av den resulterande stöten absolut oförutsägbara. Därför beskriver en Brownsk partikel komplexa sicksackbanor (Fig. 2)3.

Ris. 2. Brownsk rörelse

Storleken på Brownska partiklar är 1000–10000 gånger storleken på en atom. Å ena sidan är en Brownsk partikel tillräckligt liten och "känner" fortfarande att ett annat antal molekyler träffar den i olika riktningar; denna skillnad i antalet stötar leder till märkbara förskjutningar av den Brownska partikeln. Å andra sidan är Brownska partiklar tillräckligt stora för att kunna ses med ett mikroskop.

Förresten, Brownsk rörelse kan också betraktas som ett bevis på själva faktumet att det finns molekyler, d.v.s. det kan också tjäna som ett experimentellt belägg för MKT:s första position.

1.3 Interaktion mellan partiklar av materia

Den tredje positionen i MKT talar om växelverkan mellan partiklar av ett ämne: atomer eller molekyler interagerar med varandra av attraktions- och repulsionskrafter, som beror på avstånden mellan partiklarna: när avstånden ökar börjar attraktionskrafterna att råda, med en minskning av den frånstötande kraften.

Giltigheten av den tredje positionen av MKT bevisas av de elastiska krafterna som uppstår från deformationer av kroppar. När en kropp sträcks ökar avstånden mellan dess partiklar, och partiklarnas attraktionskrafter till varandra börjar råda. När en kropp komprimeras minskar avstånden mellan partiklarna och som ett resultat dominerar frånstötande krafter. I båda fallen är den elastiska kraften riktad i motsatt riktning mot deformationen.

3 Bild från sajten nv-magadan.narod.ru.

En annan bekräftelse på förekomsten av krafter för intermolekylär interaktion är närvaron av tre aggregerade materiatillstånd.

PÅ I gaser är molekylerna separerade från varandra genom avstånd som väsentligt överstiger molekylernas dimensioner (i luft under normala förhållanden, cirka 1000 gånger). På sådana avstånd är krafterna för interaktion mellan molekyler praktiskt taget frånvarande, därför upptar gaser hela volymen som tillhandahålls dem och komprimeras lätt.

PÅ I vätskor är utrymmena mellan molekylerna jämförbara med storleken på molekylerna. De molekylära attraktionskrafterna är mycket påtagliga och säkerställer att vätskor bevarar volymen. Men dessa krafter är inte tillräckligt starka för att vätskor ska behålla sin form, och vätskor, som gaser, tar formen av ett kärl.

PÅ I fasta ämnen är attraktionskrafterna mellan partiklar mycket starka: fasta kroppar behåll inte bara volymen utan också formen.

Övergången av ett ämne från ett aggregationstillstånd till ett annat är resultatet av en förändring i storleken på krafterna för växelverkan mellan ämnets partiklar. Själva partiklarna förblir oförändrade.

Ämnen för USE-kodifieraren: termisk rörelse av atomer och materia molekyler, Brownsk rörelse, diffusion, interaktion mellan partiklar av materia, experimentella bevis för atomistisk teori.

Den store amerikanske fysikern Richard Feynman, författaren till de berömda Feynman-föreläsningarna om fysik, skrev följande anmärkningsvärda ord:

– Om, som ett resultat av någon form av global katastrof, all ackumulerad vetenskaplig kunskap skulle förstöras och bara en fras skulle gå vidare till framtida generationer av levande varelser, vilket uttalande, som består av det minsta antalet ord, skulle då ge mest information? Det tror jag atomhypotes(man kan kalla det inte en hypotes, utan ett faktum, men detta förändrar ingenting): alla kroppar är uppbyggda av atomer av små kroppar som är i konstant rörelse, attraherar på kort avstånd, men stöter bort om en av dem är pressas närmare den andra. Den där meningen... innehåller otroligt mycket information om världen, det gäller bara att lägga lite fantasi och lite hänsyn till den.

Dessa ord innehåller essensen av den molekylär-kinetiska teorin (MKT) om materiens struktur. De viktigaste bestämmelserna i MKT är nämligen följande tre uttalanden.

1. Varje ämne består av de minsta partiklarna av molekyler och atomer. De är placerade diskret i rymden, det vill säga på vissa avstånd från varandra.
2. Atomer eller molekyler av ett ämne befinner sig i ett tillstånd av slumpmässig rörelse (denna rörelse kallas termisk rörelse), som aldrig stannar.
3. Atomer eller molekyler av ett ämne interagerar med varandra genom attraktions- och repulsionskrafter, som beror på avstånden mellan partiklarna.

Dessa bestämmelser är en generalisering av många observationer och experimentella fakta. Låt oss titta närmare på dessa bestämmelser och ge deras experimentella motivering.

Till exempel är en vattenmolekyl som består av två väteatomer och en syreatom. Om vi ​​delar upp det i atomer kommer vi inte längre att hantera ett ämne som kallas "vatten". Vidare, genom att dela upp atomerna och i beståndsdelar, får vi en uppsättning protoner, neutroner och elektroner och förlorar därigenom informationen om att dessa till en början var väte och syre.

Atomer och molekyler kallas helt enkelt partiklarämnen. Vad exakt är en partikel - en atom eller en molekyl - i varje specifikt fall är inte svårt att fastställa. Om vi ​​talar om ett kemiskt element, så kommer en atom att vara en partikel; om ett komplext ämne betraktas, är dess partikel en molekyl som består av flera atomer.

Vidare säger den första propositionen i MKT att partiklar av materia inte fyller rymden kontinuerligt. Partiklarna är ordnade diskret, det vill säga på separata punkter. Mellan partiklarna finns luckor, vars storlek kan variera inom vissa gränser.

Till förmån för den första positionen i MKT är fenomenet termisk expansion tel. När det värms upp ökar nämligen avstånden mellan partiklarna i ämnet och kroppens dimensioner ökar. Vid kylning minskar tvärtom avstånden mellan partiklarna, vilket leder till att kroppen drar ihop sig.

En slående bekräftelse på MKT:s första position är också diffusion- ömsesidig penetration av angränsande ämnen i varandra.

Till exempel, i fig. 1 visar diffusionsprocessen i en vätska. Partiklarna av det lösta ämnet placeras i ett glas vatten och placeras först i den övre vänstra delen av glaset. Med tiden rör sig partiklarna (som de säger, diffus) från ett område med hög koncentration till ett område med låg koncentration. I slutändan blir koncentrationen av partiklar densamma överallt - partiklarna är jämnt fördelade över hela vätskans volym.

Ris. 1. Diffusion i en vätska

Hur förklarar man diffusion utifrån molekylär-kinetisk teori? Mycket enkelt: partiklar av ett ämne tränger in i mellanrummen mellan partiklarna i ett annat ämne. Diffusion går fortare, desto större dessa luckor - därför är gaser lättast att blanda med varandra (där avstånden mellan partiklarna är mycket större än storleken på själva partiklarna).

Termisk rörelse av atomer och molekyler

Kom ihåg ordalydelsen i den andra bestämmelsen i MKT: materiens partiklar utför slumpmässig rörelse (även kallad termisk rörelse) som aldrig stannar.

Experimentell bekräftelse av MKT:s andra position är återigen diffusionsfenomenet, eftersom den ömsesidiga penetrationen av partiklar endast är möjlig med deras kontinuerliga rörelse! Men det mest slående beviset på den eviga kaotiska rörelsen av materiepartiklar är Brownsk rörelse. Detta är namnet på den kontinuerliga oberäkneliga rörelsen bruna partiklar- dammpartiklar eller korn (cm i storlek) suspenderade i en vätska eller gas.

Brownsk rörelse fick sitt namn för att hedra den skotske botanikern Robert Brown, som genom ett mikroskop såg den kontinuerliga dansen av pollenpartiklar suspenderade i vatten. Som bevis på att denna rörelse tar evigheter, hittade Brown en bit kvarts med en hålighet fylld med vatten. Trots att vattnet kom dit för många miljoner år sedan, fortsatte motesna som kom dit sin rörelse, vilket inte skilde sig från vad som observerades i andra experiment.

Anledningen till Brownsk rörelse är att en suspenderad partikel upplever okompenserade stötar från flytande (gas) molekyler, och på grund av molekylernas kaotiska rörelse är storleken och riktningen av den resulterande stöten absolut oförutsägbara. Därför beskriver en Brownsk partikel komplexa sicksackbanor (Fig. 2).

Ris. 2. Brownsk rörelse

Förresten, Brownsk rörelse kan också betraktas som ett bevis på själva faktumet att det finns molekyler, d.v.s. det kan också tjäna som ett experimentellt belägg för MKT:s första position.

Interaktion mellan partiklar av materia

Den tredje positionen i MKT talar om interaktionen mellan partiklar av materia: atomer eller molekyler interagerar med varandra av attraktions- och repulsionskrafter, som beror på avstånden mellan partiklarna: när avstånden ökar börjar attraktionskrafterna att dominera och när avstånden minskar de frånstötande krafterna.

Giltigheten av den tredje positionen av MKT bevisas av de elastiska krafterna som uppstår från deformationer av kroppar. När en kropp sträcks ökar avstånden mellan dess partiklar, och partiklarnas attraktionskrafter till varandra börjar råda. När en kropp komprimeras minskar avstånden mellan partiklarna och som ett resultat dominerar frånstötande krafter. I båda fallen är den elastiska kraften riktad i motsatt riktning mot deformationen.

En annan bekräftelse på förekomsten av krafter för intermolekylär interaktion är närvaron av tre aggregerade materiatillstånd.

I gaser är molekylerna separerade från varandra genom avstånd som väsentligt överstiger molekylernas dimensioner (i luft under normala förhållanden, cirka 1000 gånger). På sådana avstånd är krafterna för interaktion mellan molekyler praktiskt taget frånvarande, därför upptar gaser hela volymen som tillhandahålls dem och komprimeras lätt.

I vätskor är utrymmena mellan molekylerna jämförbara med storleken på molekylerna. De molekylära attraktionskrafterna är mycket påtagliga och säkerställer att vätskor bevarar volymen. Men dessa krafter är inte tillräckligt starka för att vätskor ska behålla sin form - vätskor, som gaser, tar formen av ett kärl.

I fasta ämnen är attraktionskrafterna mellan partiklar mycket starka: fasta ämnen behåller inte bara volymen utan också formen.

Övergången av ett ämne från ett aggregationstillstånd till ett annat är resultatet av en förändring i storleken på krafterna för växelverkan mellan ämnets partiklar. Själva partiklarna förblir oförändrade.

 Teori: Atomer och molekyler är i kontinuerlig termisk rörelse, rör sig slumpmässigt, ändrar ständigt riktning och hastighetsmodul på grund av kollisioner.

Ju högre temperatur, desto högre hastighet har molekylerna. När temperaturen sjunker, minskar hastigheten på molekylerna. Det finns en temperatur, som kallas "absolut noll" - temperaturen (-273 ° C) vid vilken den termiska rörelsen av molekyler stannar. Men "absolut noll" är ouppnåeligt.
Brownsk rörelse är den slumpmässiga rörelsen av mikroskopiska partiklar av fast material som är synliga suspenderade i en vätska eller gas, orsakad av den termiska rörelsen av partiklar av en vätska eller gas. Detta fenomen observerades första gången 1827 av Robert Brown. Han studerade pollen från växter, som fanns i vattenmiljön. Brown märkte att pollen skiftar hela tiden över tiden, och ju högre temperatur desto snabbare blir pollenskiftet. Han föreslog att pollens rörelse beror på att vattenmolekyler träffar pollenet och får det att röra sig.

Diffusion är processen för ömsesidig penetration av molekyler av ett ämne in i luckorna mellan molekylerna av ett annat ämne.

Ett exempel på Brownsk rörelse är
1) slumpmässig rörelse av pollen i en vattendroppe
2) slumpmässig rörelse av myggor under lyktan
3) upplösning fasta ämnen i vätskor
4) penetration näringsämnen från jord till växtrötter
Lösning: från definitionen av Brownsk rörelse är det tydligt att det korrekta svaret är 1. Pollen rör sig slumpmässigt på grund av att vattenmolekyler träffar det. Den oberäkneliga rörelsen av muggar under lampan är inte lämplig, eftersom muggarna själva väljer rörelseriktningen, de två sista svaren är exempel på diffusion.
Svar: 1.

Oche uppgift i fysik (jag löser provet): Vilket av följande påståenden är korrekt?
A. Molekyler eller atomer i ett ämne är i kontinuerlig termisk rörelse, och ett av argumenten för detta är diffusionsfenomenet.
B. Molekyler eller atomer i materia är i kontinuerlig termisk rörelse, och beviset på detta är fenomenet konvektion.
1) endast A
2) endast B
3) både A och B
4) varken A eller B
Lösning: Diffusion är processen för ömsesidig penetration av molekyler av ett ämne in i luckorna mellan molekylerna av ett annat ämne. Det första påståendet är sant, konventionen är överföring av intern energi med lager av vätska eller gas, det visar sig att det andra påståendet inte är sant.
Svar: 1.

Oche uppdrag i fysik (fipi): 2) En blykula värms i en ljuslåga. Hur förändras ballongens volym under uppvärmning? medelhastighet rörelsen av dess molekyler?
Upprätta en överensstämmelse mellan fysiska storheter och deras eventuella förändringar.
För varje värde, bestäm vilken typ av förändring som är lämplig:
1) ökar
2) minskar
3) ändras inte
Skriv i tabellen de valda siffrorna för varje fysisk storhet. Siffror i svaret kan upprepas.
Lösning (tack vare Milena): 2) 1. Bollens volym kommer att öka på grund av att molekylerna kommer att börja röra sig snabbare.
2. Molekylernas hastighet ökar när de värms upp.
Svar: 11.

Demonstration jobb OGE-alternativ 2019: En av bestämmelserna i den molekylär-kinetiska teorin om materiens struktur är att "materiepartiklar (molekyler, atomer, joner) är i kontinuerlig kaotisk rörelse." Vad betyder orden "kontinuerlig rörelse"?
1) Partiklar rör sig alltid i en viss riktning.
2) Rörelsen av materiepartiklar följer inte några lagar.
3) Partiklarna rör sig alla tillsammans i den ena eller andra riktningen.
4) Molekylernas rörelse upphör aldrig.
Lösning: Molekyler rör sig, på grund av kollisioner förändras molekylernas hastighet ständigt, så vi kan inte beräkna hastigheten och riktningen för varje molekyl, men vi kan beräkna molekylernas rotmedelkvadrathastighet, och den är relaterad till temperatur, som temperaturen sjunker, molekylernas hastighet minskar. Det beräknas att temperaturen vid vilken molekylernas rörelse kommer att stoppa är -273 °C (lägsta möjliga temperatur i naturen). Men det går inte att uppnå. så att molekylerna aldrig slutar röra sig.