การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนคืออะไร? แนวคิดอะไรที่เกี่ยวข้องกับมัน? การเคลื่อนที่ของความร้อน: พลังงานภายใน

คุณคิดว่าอะไรเป็นตัวกำหนดอัตราการละลายของน้ำตาลในน้ำ? คุณสามารถทำการทดลองง่ายๆ ใช้น้ำตาลสองชิ้นแล้วโยนลงในแก้วน้ำเดือด อีกชิ้นใส่น้ำเย็นหนึ่งแก้ว

คุณจะเห็นว่าน้ำตาลในน้ำเดือดจะละลายเร็วกว่าในน้ำเย็นหลายเท่า สาเหตุของการละลายคือการแพร่กระจาย ซึ่งหมายความว่าการแพร่กระจายจะเกิดขึ้นเร็วขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น การแพร่กระจายเกิดจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุล ดังนั้นเราจึงสรุปได้ว่าโมเลกุลเคลื่อนที่เร็วขึ้นที่อุณหภูมิสูงขึ้น นั่นคือความเร็วของการเคลื่อนที่ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ นั่นคือเหตุผลที่การเคลื่อนที่แบบสุ่มของโมเลกุลที่ประกอบขึ้นเป็นร่างกายเรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

การเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุล

อุณหภูมิสูงขึ้น การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนโมเลกุล คุณสมบัติของสสารเปลี่ยนแปลง ของแข็งละลายกลายเป็นของเหลว ของเหลวระเหยกลายเป็นก๊าซ ดังนั้น หากอุณหภูมิลดลง พลังงานเฉลี่ยของการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุลก็จะลดลงด้วย ดังนั้น กระบวนการเปลี่ยนสถานะของการรวมตัวของวัตถุจะเกิดขึ้นในทิศทางตรงกันข้าม: น้ำจะควบแน่นเป็นของเหลว ของเหลวจะแข็งตัวกลายเป็นของแข็ง ในเวลาเดียวกัน เรากำลังพูดถึงค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิและความเร็วโมเลกุลอยู่เสมอ เนื่องจากมีอนุภาคที่มีค่าเหล่านี้มากกว่าและน้อยกว่าเสมอ

โมเลกุลในสารเคลื่อนที่ผ่านระยะทางหนึ่งจึงทำงานบางอย่าง นั่นคือ เราสามารถพูดถึงพลังงานจลน์ของอนุภาคได้ อันเป็นผลมาจากการของพวกเขา ตำแหน่งสัมพัทธ์นอกจากนี้ยังมีพลังงานศักย์ของโมเลกุล เมื่อไหร่ ในคำถามเกี่ยวกับพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของร่างกาย เรากำลังพูดถึงการมีอยู่ของพลังงานกลทั้งหมดของวัตถุ ถ้าอนุภาคของร่างกายมีพลังงานจลน์และศักย์ไฟฟ้า ดังนั้น เราสามารถพูดถึงผลรวมของพลังงานเหล่านี้เป็นปริมาณอิสระได้

พลังงานภายในร่างกาย

ขอ​พิจารณา​ตัว​อย่าง. หากเราโยนลูกบอลยางยืดลงบนพื้น พลังงานจลน์ของการเคลื่อนที่จะถูกแปลงเป็นพลังงานศักย์อย่างสมบูรณ์ในขณะที่มันสัมผัสพื้น จากนั้นพลังงานจลน์จะเปลี่ยนไปเป็นพลังงานจลน์อีกครั้งเมื่อมันกระเด้ง หากเราขว้างลูกเหล็กหนักบนพื้นผิวแข็งและไม่ยืดหยุ่น ลูกบอลก็จะตกลงพื้นโดยไม่กระเด้ง พลังงานจลน์และศักยภาพหลังจากลงจอดจะเท่ากับศูนย์ พลังงานหายไปไหน? เธอเพิ่งหายไปเหรอ? หากเราตรวจสอบลูกบอลและพื้นผิวหลังจากการชน เราจะเห็นว่าลูกบอลแบนเล็กน้อย มีรอยบุบบนพื้นผิว และทั้งคู่ก็อุ่นขึ้นเล็กน้อย นั่นคือมีการเปลี่ยนแปลงในการจัดเรียงโมเลกุลของร่างกายและอุณหภูมิก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ซึ่งหมายความว่าพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคของร่างกายมีการเปลี่ยนแปลง พลังกายไม่ได้หายไปไหนได้ผ่านเข้าสู่พลังงานภายในร่างกายแล้ว พลังงานภายในเรียกว่าพลังงานจลน์และพลังงานศักย์ของอนุภาคทั้งหมดของร่างกาย การชนกันของวัตถุทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในพลังงานภายใน มันเพิ่มขึ้น และพลังงานกลลดลง นี่คือสิ่งที่ประกอบด้วย

ในโลกรอบตัวเรามีปรากฏการณ์ทางกายภาพหลายประเภทที่เกี่ยวข้องโดยตรงกับ อุณหภูมิร่างกายเปลี่ยนแปลง. ตั้งแต่วัยเด็กเรารู้ดีว่า น้ำเย็นเมื่อถูกความร้อน แรก ๆ แทบจะไม่อบอุ่น และหลังจากนั้นเท่านั้น ช่วงเวลาหนึ่งร้อน.

ด้วยคำเช่น "เย็น", "ร้อน", "อุ่น" เรากำหนดระดับ "ความร้อน" ของร่างกายที่แตกต่างกันหรือในภาษาของฟิสิกส์คืออุณหภูมิที่แตกต่างกันของร่างกาย อุณหภูมิ น้ำอุ่นอุ่นกว่าน้ำเย็นเล็กน้อย หากเราเปรียบเทียบอุณหภูมิของอากาศในฤดูร้อนและฤดูหนาว จะเห็นความแตกต่างของอุณหภูมิได้ชัดเจน

อุณหภูมิของร่างกายวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์และแสดงเป็นองศาเซลเซียส (° C)

ดังที่ทราบกันดีว่าการแพร่กระจายที่อุณหภูมิสูงขึ้นจะเร็วขึ้น จากนี้ไปความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและอุณหภูมินั้นเชื่อมโยงถึงกันอย่างลึกซึ้ง หากคุณเพิ่มอุณหภูมิความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นหากคุณลดลงก็จะลดลง

ดังนั้นเราจึงสรุป: อุณหภูมิของร่างกายสัมพันธ์โดยตรงกับความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุล

น้ำร้อนประกอบด้วยโมเลกุลเดียวกันกับน้ำเย็น ความแตกต่างระหว่างพวกมันคือความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเท่านั้น

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับความร้อนหรือความเย็นของร่างกายการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเรียกว่าความร้อน สิ่งเหล่านี้รวมถึงอากาศที่ให้ความร้อนหรือความเย็น โลหะที่หลอมละลาย หิมะที่กำลังหลอมละลาย

โมเลกุลหรืออะตอมซึ่งเป็นพื้นฐานของร่างกายทั้งหมดอยู่ในการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายไม่รู้จบ จำนวนของโมเลกุลและอะตอมดังกล่าวในร่างกายรอบตัวเรามีมหาศาล ปริมาตรที่เท่ากับ 1 ซม.³ ของน้ำประกอบด้วยโมเลกุลประมาณ 3.34 x 10²² โมเลกุลใด ๆ มีวิถีการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อนมาก ตัวอย่างเช่น อนุภาคก๊าซที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในทิศทางที่ต่างกันสามารถชนกันและชนกับผนังของภาชนะได้ ดังนั้นพวกเขาจึงเปลี่ยนความเร็วและเคลื่อนที่ต่อไปอีกครั้ง

รูปที่ #1 แสดงการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคสีที่ละลายในน้ำ

ดังนั้นเราจึงสรุปอีกอย่างหนึ่ง: การเคลื่อนที่แบบโกลาหลของอนุภาคที่ประกอบเป็นร่างกายเรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

ความสุ่มเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน หลักฐานที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งสำหรับการเคลื่อนที่ของโมเลกุลคือ การแพร่กระจายและการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน(การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคของแข็งที่เล็กที่สุดในของเหลวภายใต้อิทธิพลของการกระแทกระดับโมเลกุล ตามที่สังเกตได้แสดงให้เห็นว่า การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนไม่สามารถหยุดได้)

ในของเหลว โมเลกุลสามารถแกว่ง หมุน และเคลื่อนที่สัมพันธ์กับโมเลกุลอื่นๆ หากเรานำของแข็งเข้าไป โมเลกุลและอะตอมจะสั่นสะเทือนรอบๆ ตำแหน่งเฉลี่ย

โมเลกุลทั้งหมดของร่างกายมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่เชิงความร้อนของโมเลกุลและอะตอม ซึ่งเป็นเหตุด้วยการเปลี่ยนแปลงของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน สถานะของร่างกายเอง คุณสมบัติต่างๆ ของมันจึงเปลี่ยนไปเช่นกัน ดังนั้น หากคุณเพิ่มอุณหภูมิของน้ำแข็ง น้ำแข็งจะเริ่มละลายในขณะที่อยู่ในรูปแบบที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง น้ำแข็งจะกลายเป็นของเหลว ในทางตรงกันข้าม หากอุณหภูมิของปรอทลดลง จะทำให้คุณสมบัติของปรอทเปลี่ยนแปลงและเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง

ตู่ อุณหภูมิของร่างกายขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลโดยตรง เราได้ข้อสรุปที่ชัดเจน: ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้นเท่าใด พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน เมื่ออุณหภูมิของร่างกายลดลง พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลจะลดลง

หากคุณมีคำถามหรือต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนและอุณหภูมิ ลงทะเบียนบนเว็บไซต์ของเราและรับความช่วยเหลือจากผู้สอน

คุณมีคำถามใด ๆ หรือไม่? ไม่ทราบวิธีการทำการบ้านของคุณ?
เพื่อรับความช่วยเหลือจากติวเตอร์ - ลงทะเบียน
บทเรียนแรก ฟรี!

เว็บไซต์ที่มีการคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา

 ทฤษฎี:อะตอมและโมเลกุลอยู่ในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างต่อเนื่อง เคลื่อนที่แบบสุ่ม เปลี่ยนทิศทางและโมดูลัสความเร็วอย่างต่อเนื่องเนื่องจากการชนกัน

ยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้นเท่าใดความเร็วของโมเลกุลก็จะยิ่งสูงขึ้น เมื่ออุณหภูมิลดลง ความเร็วของโมเลกุลจะลดลง มีอุณหภูมิที่เรียกว่า "ศูนย์สัมบูรณ์" - อุณหภูมิ (-273 ° C) ที่การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลหยุดลง แต่ "ศูนย์สัมบูรณ์" นั้นไม่สามารถบรรลุได้
การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคขนาดเล็กมากด้วยกล้องจุลทรรศน์ของสสารของแข็งที่มองเห็นได้แขวนลอยอยู่ในของเหลวหรือก๊าซ ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคของของเหลวหรือก๊าซ ปรากฏการณ์นี้ถูกพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2370 โดยโรเบิร์ต บราวน์ เขาศึกษาละอองเรณูของพืชซึ่งอยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำ บราวน์สังเกตว่าละอองเรณูเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา และยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการเปลี่ยนแปลงของละอองเรณูก็เร็วขึ้น เขาแนะนำว่าการเคลื่อนที่ของละอองเรณูเกิดจากการที่โมเลกุลของน้ำกระทบละอองเรณูและทำให้มันเคลื่อนที่

การแพร่กระจายเป็นกระบวนการของการแทรกซึมร่วมกันของโมเลกุลของสารหนึ่งเข้าไปในช่องว่างระหว่างโมเลกุลของสารอื่น

ตัวอย่าง บราวเนียนเคลื่อนไหวเป็น
1) ละอองเรณูเคลื่อนที่แบบสุ่มในหยดน้ำ
2) สุ่มการเคลื่อนไหวของคนแคระใต้ตะเกียง
3) การละลาย ของแข็งในของเหลว
4) การเจาะ สารอาหารจากดินสู่รากพืช
การตัดสินใจ:จากคำจำกัดความของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนนั้นชัดเจนว่าคำตอบที่ถูกต้องคือ 1 ละอองเรณูเคลื่อนที่แบบสุ่มเนื่องจากโมเลกุลของน้ำกระทบกับมัน การเคลื่อนที่แบบสุ่มของคนแคระใต้ตะเกียงไม่เหมาะสม เนื่องจากคนแคระเลือกทิศทางของการเคลื่อนไหว คำตอบสองข้อสุดท้ายจึงเป็นตัวอย่างของการแพร่กระจาย
ตอบ: 1.

การมอบหมาย Oge ในวิชาฟิสิกส์ (ฉันจะแก้ข้อสอบ):ข้อความใดต่อไปนี้ (ถูกต้อง)
A. โมเลกุลหรืออะตอมในสสารมีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างต่อเนื่อง และหนึ่งในข้อโต้แย้งที่สนับสนุนสิ่งนี้คือปรากฏการณ์ของการแพร่
ข. โมเลกุลหรืออะตอมในสสารมีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างต่อเนื่อง และข้อพิสูจน์นี้คือปรากฏการณ์การพาความร้อน
1) เท่านั้น A
2) เท่านั้น B
3) ทั้ง A และ B
4) ไม่ใช่ A หรือ B
การตัดสินใจ:การแพร่กระจายเป็นกระบวนการของการแทรกซึมร่วมกันของโมเลกุลของสารหนึ่งเข้าไปในช่องว่างระหว่างโมเลกุลของสารอื่น ข้อความแรกเป็นจริง อนุสัญญาคือการถ่ายโอนพลังงานภายในด้วยชั้นของของเหลวหรือก๊าซ ปรากฎว่าคำสั่งที่สองไม่เป็นความจริง
ตอบ: 1.

การมอบหมาย Oge ในวิชาฟิสิกส์ (fipi): 2) ลูกตะกั่วถูกทำให้ร้อนในเปลวเทียน ปริมาณของบอลลูนเปลี่ยนแปลงอย่างไรในระหว่างการให้ความร้อน? ความเร็วเฉลี่ยการเคลื่อนที่ของโมเลกุล?
สร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณทางกายภาพกับการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้
สำหรับแต่ละค่า ให้กำหนดลักษณะที่เหมาะสมของการเปลี่ยนแปลง:
1) เพิ่มขึ้น
2) ลดลง
3)ไม่เปลี่ยนแปลง
เขียนตัวเลขที่เลือกสำหรับแต่ละตารางลงในตาราง ปริมาณทางกายภาพ. ตัวเลขในคำตอบสามารถทำซ้ำได้
วิธีแก้ปัญหา (ขอบคุณ Milena) : 2) 1. ปริมาณของลูกบอลจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากโมเลกุลจะเริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้น
2. ความเร็วของโมเลกุลเมื่อถูกความร้อนจะเพิ่มขึ้น
ตอบ: 11.

ออกกำลังกาย รุ่นสาธิตโอจีอี 2019:หนึ่งในบทบัญญัติของทฤษฎีโมเลกุล-จลนศาสตร์ของโครงสร้างของสสารคือ "อนุภาคของสสาร (โมเลกุล อะตอม ไอออน) อยู่ในการเคลื่อนที่ที่วุ่นวายอย่างต่อเนื่อง" คำว่า "การเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่อง" หมายถึงอะไร?
1) อนุภาคเคลื่อนที่ไปในทิศทางที่แน่นอนเสมอ
2) การเคลื่อนที่ของอนุภาคของสสารไม่เป็นไปตามกฎหมายใดๆ
3) อนุภาคทั้งหมดเคลื่อนที่เข้าหากันในทิศทางเดียวหรืออีกทางหนึ่ง
4) การเคลื่อนที่ของโมเลกุลไม่เคยหยุดนิ่ง
การตัดสินใจ:โมเลกุลเคลื่อนที่เนื่องจากการชนกัน ความเร็วของโมเลกุลจะเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา เราจึงไม่สามารถคำนวณความเร็วและทิศทางของแต่ละโมเลกุลได้ แต่เราสามารถคำนวณความเร็วกำลังสองเฉลี่ยรูตของโมเลกุลได้ ซึ่งสัมพันธ์กับอุณหภูมิดังนี้ อุณหภูมิลดลงความเร็วของโมเลกุลลดลง มีการคำนวณว่าอุณหภูมิที่โมเลกุลจะหยุดเคลื่อนที่คือ -273 °C (อุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ในธรรมชาติ) แต่มันไม่สามารถทำได้ ดังนั้นโมเลกุลจะไม่หยุดเคลื่อนที่

§ 1. การเคลื่อนที่ของความร้อน อุณหภูมิ ในโลกรอบตัวเรา มีปรากฏการณ์ทางกายภาพต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับความร้อนและความเย็นของร่างกายเกิดขึ้น เราทราบดีว่าเมื่อน้ำร้อนจัด น้ำอุ่นจะอุ่นก่อนแล้วจึงร้อน ด้วยคำเช่น "เย็น" "อุ่น" และ "ร้อน" เราชี้ไปที่ระดับความร้อนของร่างกายที่แตกต่างกันหรือตามที่พวกเขาพูดในฟิสิกส์ถึงอุณหภูมิที่แตกต่างกันของร่างกาย อุณหภูมิ น้ำร้อนเหนืออุณหภูมิที่เย็นจัด อุณหภูมิอากาศในฤดูร้อนจะสูงกว่าฤดูหนาวตัวอย่างของปรากฏการณ์ทางความร้อน:
เอ - น้ำแข็งละลาย; b - การแช่แข็งของน้ำ อุณหภูมิของร่างกายวัดด้วยเทอร์โมมิเตอร์และแสดงเป็นองศาเซลเซียส (° C)คุณรู้อยู่แล้วว่าการแพร่กระจายที่อุณหภูมิสูงขึ้นเร็วกว่า ซึ่งหมายความว่าความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและอุณหภูมิสัมพันธ์กัน เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นเมื่อลดลงจะลดลง ดังนั้นอุณหภูมิของร่างกายจึงขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลน้ำอุ่นประกอบด้วยโมเลกุลเดียวกันกับน้ำเย็น ความแตกต่างระหว่างพวกมันอยู่ที่ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเท่านั้น ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับตัวทำความร้อนหรือความเย็นที่มีการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเรียกว่าความร้อน ปรากฏการณ์ดังกล่าว ได้แก่ ความร้อนและความเย็นของอากาศ การหลอมของน้ำแข็ง การหลอมโลหะ เป็นต้น การหลอมโลหะ โมเลกุลหรืออะตอมที่ประกอบกันเป็นวัตถุเคลื่อนที่แบบสุ่มอย่างต่อเนื่อง จำนวนในร่างกายรอบตัวเรามีมาก ดังนั้น ในปริมาตรเท่ากับ 1 cm3 ของน้ำ มีประมาณ 3.34 1,022 โมเลกุล แต่ละโมเลกุลเคลื่อนที่ไปตามวิถีที่ซับซ้อนมาก นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าอนุภาคก๊าซที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในทิศทางต่างๆ ชนกันและกับผนังของเรือ เป็นผลให้พวกเขาเปลี่ยนความเร็วและเคลื่อนที่ต่อไปอีกครั้ง รูปที่ 1 แสดงวิถีของอนุภาคขนาดเล็กของสีที่ละลายในน้ำข้าว. 1. วิถีการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กของสีที่ละลายในน้ำ เนื่องจากอุณหภูมิสัมพันธ์กับความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของร่างกาย การเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคจึงเรียกว่า การเคลื่อนที่ด้วยความร้อน. ในของเหลว โมเลกุลสามารถแกว่ง หมุน และเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน ที่ ของแข็งโมเลกุลและอะตอมแกว่งไปมารอบ ๆ ตำแหน่งเฉลี่ย โมเลกุลทั้งหมดของร่างกายมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนดังนั้นด้วยการเปลี่ยนแปลงในธรรมชาติของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนสถานะของร่างกายและคุณสมบัติของมันก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ดังนั้น เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้น น้ำแข็งก็เริ่มละลายกลายเป็นของเหลว ตัวอย่างเช่นหากอุณหภูมิของปรอทลดลงก็จะกลายเป็นของแข็ง ตาข่ายคริสตัลน้ำแข็ง อุณหภูมิของร่างกายสัมพันธ์อย่างใกล้ชิดกับพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงขึ้นเท่าใด พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิของร่างกายลดลง พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลจะลดลง