Чому тепловий рух? Тепловий рух

 Теорія:Атоми і молекули знаходяться в безперервному тепловому русі, рухаються хаотично, постійно через зіткнення змінюють напрямок і модуль швидкості.

Чим вища температура, тим вища швидкість руху молекул. При зниженні температури зменшується швидкість руху молекул. Існує температура, яку називають "абсолютний нуль" - температура (-273 ° С), при якій припиняється тепловий рухмолекул. Але "абсолютний нуль" недосяжний.
Броунівський рух- безладний рух мікроскопічних видимих ​​зважених у рідині або газі частинок твердої речовини, що викликається тепловим рухом частинок рідини або газу. Вперше це явище спостерігав у 1827 Роберт Броун. Він досліджував пилок рослин, який знаходився у водному середовищі. Броун помітив, що пилок з часом весь час зміщується, і що вище температура, то швидше швидкість зміщення пилку. Він припустив, що рух пилку пов'язаний з тим, що молекули води вдаряються об пилок і змушують його рухатися.

Дифузія – процес взаємного проникнення молекул однієї речовини у проміжки між молекулами іншого речеста.

Прикладом броунівського руху є
1) безладний рух квіткового пилку в крапельці води
2) безладний рух мошок під ліхтарем
3) розчинення твердих речовину рідинах
4) проникнення поживних речовинз ґрунту в коріння рослин
Рішення:з визначення броунівського руху відомо, що правильна відповідь 1. Пилок безладно рухається через те, що молекули воду ударяються об неї. Безладне рух мошок під ліхтарем не підходить так як мошки самі вибирають напрямок руху, останні дві відповіді це приклади дифузії.
Відповідь: 1.

Завдання оге з фізики (вирішу еге):Який з нижченаведених тверджень є правильним?
А. Молекули чи атоми у речовині перебувають у безперервному тепловому русі, і з аргументів на користь цього є явище дифузії.
Б. Молекули або атоми в речовині знаходяться в безперервному тепловому русі, і доказом цього є явище конвекції.
1) тільки А
2) тільки Б
3) і А, і Б
4) ні А, ні Б
Рішення:Дифузія – процес взаємного проникнення молекул однієї речовини у проміжки між молекулами іншого речеста. Перше твердження вірне, Конвенкція - перенесення внутрішньої енергіїз шарами рідини або газу, виходить, що друге твердження не вірне.
Відповідь: 1.

Завдання оге з фізики (фіпі): 2) Свинцеву кульку нагрівають у полум'ї свічки. Як у процесі нагрівання змінюється обсяг кульки та Середня швидкістьрух його молекул?
Встановіть відповідність між фізичними величинами та їх можливими змінами.
Для кожної величини визначте відповідний характер зміни:
1) збільшується
2) зменшується
3) не змінюється
Запишіть у таблиці вибрані цифри для кожної фізичної величини. Цифри у відповіді можуть повторюватися.
Рішення (Дякую Мілені) : 2) 1. Обсяг кульки збільшиться за рахунок того, що молекули почнуть рухатися швидше.
2. Швидкість молекул під час нагрівання збільшиться.
Відповідь: 11.

Завдання демонстраційного варіантуОДЕ 2019:Одне з положень молекулярно-кінетичної теорії будови речовини у тому, що «частинки речовини (молекули, атоми, іони) перебувають у безперервному хаотичному русі». Що означають слова "безперервний рух"?
1) Частинки весь час рухаються у певному напрямку.
2) Рух частинок речовини не підпорядковується жодним законам.
3) Частинки всі разом рухаються то одному, то іншому напрямку.
4) Рух молекул ніколи не припиняється.
Рішення:Молекули рухаються, з-за зіткнень швидкість молекул постійно змінюється, тому ми не можемо вирахувати швидкість і напрямок кожної молекули, але ми можемо вирахувати середню квадратичну швидкість молекул, і вона пов'язана з температурою, при зниженні температури швидкість молекул зменшується. Вважають, що температура при якій припиниться рух молекул дорівнює -273 °С (мінімальна можлива температура в природі). Але вона недосяжна. тому молекули ніколи не перестануть рухатися.

Теми кодифікатора ЄДІ: тепловий рух атомів та молекул речовини, броунівський рух, дифузія, взаємодія частинок речовини, експериментальні докази атомістичної теорії.

Великому американському фізику Річарду Фейнману, автору знаменитого курсу "Фейнманівські лекції з фізики", належать чудові слова:

– Якби внаслідок якоїсь світової катастрофи всі накопичені наукові знаннявиявилися б знищеними і до майбутніх поколінь живих істот перейшла б тільки одна фраза, то яке твердження, складене з найменшої кількостіслів, чи принесло б найбільшу інформацію? Я вважаю, що це атомна гіпотеза(можете називати її не гіпотезою, а фактом, але це нічого не змінює): всі тіла складаються з атомів маленьких тілець, які знаходяться в безперервному русі, притягуються на невеликій відстані, але відштовхуються, якщо одне з них щільніше притиснути до іншого. В одній цій фразі... міститься неймовірна кількість інформації про світ, варто лише прикласти до неї трохи уяви та міркування.

У цих словах полягає суть молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) будови речовини. А саме, основними положеннями МКТ є три твердження.

1. Будь-яка речовина складається з найдрібніших частинок молекул та атомів. Вони розташовані в просторі дискретно, тобто деякі відстані один від одного.
2. Атоми або молекули речовини перебувають у стані безладного руху (це рух називається тепловим рухом), який ніколи не припиняється.
3. Атоми або молекули речовини взаємодіють один з одним силами тяжіння та відштовхування, які залежать від відстаней між частинками.

Ці положення є узагальненням численних спостережень та екпериментальних фактів. Давайте розглянемо докладніше ці положення та наведемо їхнє дослідне обґрунтування.

Наприклад, це молекула води, що складається з двох атомів водню і одного атома кисню. Розділивши її на атоми, ми перестанемо мати справу з речовиною під назвою "вода". Далі, розділивши атоми і складові, ми отримаємо набір протонів, нейтронів і електронів і цим втратимо інформацію у тому, що це були водень і кисень.

Атоми та молекули називаються для стислості просто частинкамиречовини. Чим саме є частка – атомом чи молекулою – у кожному конкретному випадку встановити неважко. Якщо мова йде про хімічний елементто частинкою буде атом; якщо ж розглядається складна речовина, то його частка - це молекула, що складається з кількох атомів.

Далі перше положення МКТ стверджує, що частинки речовини не заповнюють простір безперервно. Частинки розташовані дискретно, тобто ніби в окремих точках. Між частинками є проміжки, величина яких може змінюватись у деяких межах.

На користь першого становища МКТ засвідчує явище теплового розширеннятел. А саме, при нагріванні збільшуються відстані між частинками речовини і розміри тіла зростають. При охолодженні, навпаки, відстані між частинками зменшуються, у результаті тіло стискається.

Яскравим підтвердженням першого положення МКТ є також дифузія- Взаємне проникнення дотичних речовин один в одного.

Наприклад, на рис. 1 показаний процес дифузії у рідині. Частинки розчинної речовини поміщені у склянку з водою та розташовані спочатку у верхній лівій частині склянки. З часом частки переміщуються (як кажуть, дифундують) із області високої концентрації в область низької концентрації. Зрештою концентрація часток стає скрізь однаковою - частки рівномірно розподіляються по всьому обсягу рідини.

Рис. 1. Дифузія у рідині

Як пояснити дифузію з погляду молекулярно-кінетичної теорії? Дуже просто: частинки однієї речовини проникають у проміжки між частинками іншої речовини. Дифузія йде тим швидше, чим більше ці проміжки - тому найлегше змішуються один з одним гази (у яких відстані між частинками багато більше розмірівсамих часток).

Тепловий рух атомів та молекул

Нагадаємо ще раз формулювання другого положення МКТ: частинки речовини здійснюють безладний рух (називається також тепловим рухом), який ніколи не припиняється.

Досвідченим підтвердженням другого становища МКТ служить знову ж таки явище дифузії адже взаємне проникнення частинок можливе лише за їх безперервному русі! Але найяскравішим доказом вічного хаотичного руху частинок речовини є броунівський рух. Так називається безперервний безладний рух броунівських частинок- порошинок або крупинок (розмірами см), зважених у рідині чи газі.

Броунівський рух отримав свою назву на честь шотландського ботаніка Роберта Броуна, який побачив у мікроскоп безперервний танець виважених у воді частинок квіткового пилку. На підтвердження того, що цей рух відбувається вічно, Броун знайшов шматок кварцу з порожниною, заповненою водою. Незважаючи на те, що вода потрапила туди багато мільйонів років тому, соринки, що там опинилися, продовжували свій рух, який нічим не відрізнявся від того, що спостерігалося в інших дослідах.

Причина броунівського руху полягає в тому, що зважена частка зазнає некомпенсованих ударів з боку молекул рідини (газу), причому в силу хаотичності руху молекул величина та напрямок результуючого впливу абсолютно непередбачувані. Тому броунівська частка описує складні зигзагоподібні траєкторії (рис. 2).

Рис. 2. Броунівський рух

До речі, броунівський рух може розглядатися як доказ самого факту існування молекул, т. е. також може бути досвідченим обгрунтуванням першого становища МКТ.

Взаємодія частинок речовини

Третє положення МКТ говорить про взаємодію частинок речовини: атоми або молекули взаємодіють один з одним силами тяжіння та відштовхування, які залежать від відстаней між частинками: зі збільшенням відстаней починають переважати сили тяжіння, при зменшенні – сили відштовхування.

Про справедливість третього становища МКТ свідчать сили пружності, що виникають при деформації тіл. При розтягуванні тіла збільшуються відстані між частинками, і починають переважати сили тяжіння частинок друг до друга. При стиску тіла відстані між частинками зменшуються, і в результаті переважають сили відштовхування. В обох випадках пружна сила спрямована у бік, протилежний до деформації.

Іншим підтвердженням існування сил міжмолекулярної взаємодії є наявність трьох агрегатних станів речовини.

У газах молекули віддалені одна від одної на відстані, що значно перевищують розміри самих молекул (у повітрі за нормальних умов - приблизно в 1000 разів). На таких відстанях сили взаємодії між молекулами практично відсутні, тому гази займають весь наданий ним обсяг і легко стискаються.

У рідинах проміжки між молекулами можна порівняти з розмірами молекул. Сили молекулярного тяжіння дуже відчутні та забезпечують збереження рідинами обсягу. Але для збереження рідинами ще й форми ці сили недостатньо великі - рідини, як і гази, набувають форми судини.

У твердих тілах сили тяжіння між частинками дуже великі: тверді тіла зберігають як обсяг, а й форму.

Перехід речовини з одного агрегатного стану до іншого є результатом зміни величини сил взаємодії між частинками речовини. Самі частки залишаються у своїй незмінними.

Для вивчення теми «Теплове рух» нам необхідно повторити:

В навколишньому світі відбуваються різноманітні фізичні явища, які безпосередньо пов'язані зі зміною температури тіл.

Ще з дитинства ми пам'ятаємо, що вода в озері спочатку холодна, потім ледь тепла і лише згодом стає придатною для купання.

Такими словами як "холодний", "гарячий", "трохи теплий", ми визначаємо різний ступінь "нагрітості" тіл, або, якщо говорити мовою фізики на різну температуру тіл.

Якщо порівнювати температуру в озері влітку та пізньої осені, то різниця очевидна. Температура теплої водитрохи вище за температуру крижаної води.

Як відомо, дифузія за більш високої температури відбувається швидше. З цього випливає, що швидкість переміщення молекул і температура взаємопов'язані між собою.

Проведіть досвід: Візьміть три склянки і наповніть їх холодною, теплою та гарячою водою, а тепер покладіть у кожну склянку чайний пакетик і поспостерігайте, як зміниться колір води? Де ця зміна відбуватиметься інтенсивніше?

Якщо збільшити температуру, швидкість руху молекул збільшиться, якщо зменшити – знизиться. Таким чином, робимо висновок: температура тіла залежить від швидкості переміщення молекул.

Гаряча вода складається з таких же молекул, як і холодна. Різниця між ними полягає лише у швидкості пересування молекул.

Явища, які стосуються нагрівання або охолодження тіл, зміни температури, отримали назву теплові. До них можна віднести нагрівання або охолодження не лише рідких тіл, а також газоподібних і твердих повітря.

Ще приклади теплових явищ: плавлення металу, танення снігу.

Молекули, або атоми, що є основою всіх тіл, перебувають у безкінечному хаотичному русі. Рух молекул у різних тілах відбувається по-різному. Молекули газів безладно рухаються з великими швидкостями дуже складною траєкторією.Зіткнувшись, вони відскакують один від одного, змінюючи величину та напрямок швидкостей.

Молекули рідини коливаються біля рівноважних положень (оскільки розташовані майже впритул один до одного) і порівняно рідко перескакують з одного рівноважного положення в інше. Рух молекул у рідинах є менш вільним, ніж у газах, але вільнішим, ніж у твердих тілах.

У твердих тілах молекули та атоми коливаються при деяких середніх положеннях.

Зі зростанням температури швидкість частинок збільшується, тому хаотичний рух частинок прийнято називати тепловим.

Цікаво:

Яка точна висота Ейфелевої вежі? А це залежить від температури довкілля!

Справа в тому, що висота вежі коливається на цілих 12 сантиметрів.

і температура балок може сягати 40 градусів за Цельсієм.

Як відомо, речовини можуть розширюватися під впливом високої температури.

Хаотичність є найважливішою рисою теплового руху. Одним з найголовніших доказів руху молекул є дифузія та броунівський рух. (Броунівський рух - рух найдрібніших твердих частинок у рідині під впливом ударів молекул. Як показує спостереження, Броунівський рух не може припинитися). Броунівський рух був відкритий англійським ботаніком Робертом Броуном (1773-1858гг.)

У тепловому русі молекул та атомів беруть участь абсолютно всі молекули тіла, саме тому зі зміною теплового руху змінюється і стан тіла, його різні властивості.

Згадаймо, як змінюються властивості води при зміні температури.

Температура тіла залежить від середньої кінетичної енергії молекул. Робимо очевидний висновок: що вище температура тіла, то більша середня кінетична енергія його молекул. І, навпаки, при зниженні температури тіла середня кінетична енергія його молекул зменшується.

Температура - величина, яка характеризує тепловий стан тіла чи інакше міра «нагрітості» тіла.

Чим вище температура тіла, тим більшу в середньому енергію мають його атоми та молекули.

Температура вимірюється термометрами, тобто. приладами для вимірювання температури

Температура безпосередньо не вимірюється! Вимірюється величина, яка залежить від температури!

В даний час існують рідинні та електричні термометри.

У сучасних рідинних термометрах- це обсяг спирту чи ртуті. Термометр вимірює свою температуру! Якщо ми хочемо виміряти з допомогою термометра температуру будь-якого іншого тіла, треба почекати деякий час, поки температури тіла і термометра зрівняються, тобто. настане теплова рівновага між термометром та тілом. Домашній термометр «градусник» потребує часу, щоб дати точніше значеннятемператури хворого

У цьому полягає закон теплової рівноваги:

у будь-якої групи ізольованих тіл через якийсь час температури стають однаковими,

тобто. настає стан теплової рівноваги.

Температура тіл вимірюється за допомогою термометра і найчастіше виражається в градусах Цельсія(°C). Існують ще й інші одиниці виміру: Фаренгейт, Кельвін та Реомюр.

Найчастіше фізики вимірюють температуру за шкалою Кельвіна. 0 градусів за шкалою Цельсія = 273 градусів за шкалою Кельвіна

Як ви вважаєте, від чого залежить швидкість розчинення цукру у воді? Можете провести простий експеримент. Візьміть два шматки цукру і киньте один у склянку з окропом, другий - у склянку з холодною водою.

Ви побачите, як цукор у окропі розчиниться у кілька разів швидше, ніж у холодній воді. Причиною розчинення є дифузія. Значить, дифузія відбувається швидше за вищої температури. А причина дифузії – це рух молекул. Отже, ми робимо висновок, що молекули за більш високої температури рухаються швидше. Тобто швидкість їхнього руху залежить від температури. Саме тому безладний хаотичний рух молекул, у тому числі складаються тіла, називають тепловим рухом.

Тепловий рух молекул

У разі підвищення температури посилюється тепловий рух молекул, змінюються властивості речовини. Тверде тіло тане, перетворюючись на рідину, рідина випаровується, переходячи в газоподібний стан. Відповідно, якщо температуру знижувати, то зменшуватиметься і середня енергія теплового руху молекул, а відповідно, процеси зміни агрегатного стану тіл відбуватимуться у зворотному напрямку: вода конденсуватиметься в рідину, рідина замерзатиме, переходячи в твердий стан. При цьому ми завжди говоримо про середні значення температури і швидкості молекул, тому що завжди присутні частки з більшими і меншими значеннями цих величин.

Молекули в речовинах рухаються, проходячи певну відстань, отже, роблять якусь роботу. Тобто ми можемо говорити про кінетичну енергію частинок. Внаслідок їх взаємного розташуванняІснує також і потенційна енергія молекул. Коли йде мовапро кінетичну та потенційну енергію тіл, то ми говоримо про існування повної механічної енергії тіл. Якщо кінетичної та потенційної енергії мають частинки тіла, отже, можна говорити про суму цих енергії, як про самостійну величину.

Внутрішня енергія тіла

Розглянемо приклад. Якщо ми кидаємо пружний м'ячик об підлогу, то кінетична енергія його руху повністю переходить у потенційну в момент торкання статі, а потім знову переходить у кінетичну, коли вона відскакує. Якщо ж ми кинемо важкий залізний м'ячик на тверду пружну поверхню, то м'ячик приземлиться, не відскакуючи. Його кінетична та потенційна енергії після приземлення дорівнюватимуть нулю. Куди ж поділася енергія? Вона просто зникла? Якщо ми вивчимо кульку і поверхню після зіткнення, то побачимо, що кулька трохи сплющилася, на поверхні залишилася вм'ятина, і обидва вони злегка нагрілися. Тобто відбулася зміна розташування молекул тіл, а також збільшилася температура. Це означає, що змінилася кінетична та потенційна енергія частинок тіла. Енергія тіла нікуди не зникла, вона перейшла у внутрішню енергію тіла Внутрішньою енергією називають кінетичну та потенційну енергію всіх частинок тіла. Зіткнення тіл викликало зміну внутрішньої енергії, вона збільшилася, а механічна енергія зменшилася. У цьому полягає

В навколишньому світі відбуваються різного роду фізичні явища, які безпосередньо пов'язані з зміною температури тіл. Ще з дитинства ми знаємо, що холодна водапри нагріванні спочатку стає ледь теплою і лише опісля визначений часгарячою.

Такими словами як «холодний», «гарячий», «теплий», ми визначаємо різний ступінь «нагрітості» тіл, або, якщо говорити фізикою на різну температуру тіл. Температура теплої води трохи вища за температуру прохолодної води. Якщо порівнювати температуру літнього та зимового повітря, то різниця у температурі очевидна.

Температура тіл вимірюється термометром і виражається в градусах Цельсія (°C).

Як відомо, дифузія за більш високої температури відбувається швидше. З цього випливає, що швидкість переміщення молекул і температура взаємопов'язані між собою. Якщо збільшити температуру, швидкість руху молекул збільшиться, якщо зменшити – знизиться.

Таким чином, робимо висновок: температура тіла залежить від швидкості переміщення молекул.

Гаряча вода складається з таких же молекул, як і холодна. Різниця між ними полягає лише у швидкості пересування молекул.

Явлення, які мають відношення до нагрівання або охолодження тіл, зміни температури, отримали назву теплові. До них можна віднести нагрівання або охолодження повітря, плавлення металу, танення снігу.

Молекули, або атоми, що є основою всіх тіл, перебувають у безкінечному хаотичному русі. Кількість подібних молекул і атомів в навколишніх тілах величезна. В об'ємі, що дорівнює 1 см³ води, міститься приблизно 3,34 · 10²² молекул. Будь-яка молекула має дуже складну траєкторію руху. Наприклад, частки газу, що пересуваються з великими швидкостями в різних напрямках, можуть стикатися як один з одним, і зі стінками судини. Таким чином вони змінюють свою швидкість і знову продовжують рух.

Малюнок №1 демонструє безладне рух частинок фарби, розчинених у питній воді.

Таким чином, робимо ще один висновок: хаотичний рух частинок, що становлять тіла, називають тепловим рухом.

Хаотичність є найважливішою рисою теплового руху. Одним із найголовніших доказів руху молекул є дифузія та Броунівський рух.(Броунівський рух - рух найдрібніших твердих частинок у рідині під впливом ударів молекул. Як показує спостереження, Броунівський рух не може припинитися).

У рідинах молекули можуть коливатися, обертатися та рухатися щодо інших молекул. Якщо брати тверді тіла, то них молекули і атоми коливаються при деяких середніх положеннях.

У тепловому русі молекул та атомів беруть участь абсолютно всі молекули тіла, саме тому зі зміною теплового руху змінюється і стан тіла, його різні властивості. Таким чином, якщо підвищити температуру льоду він починає танути, приймаючи при цьому вже абсолютно іншу форму - лід стає рідиною. Якщо ж навпаки, знижувати температуру, наприклад, ртуті, вона змінить свої властивості і з рідини, перетвориться на тверде тіло.

Т емпература тіла безпосередньо залежить від середньої кінетичної енергії молекул. Робимо очевидний висновок: що вище температура тіла, то більша середня кінетична енергія його молекул. І, навпаки, при зниженні температури тіла середня кінетична енергія його молекул зменшується.

Якщо у вас залишилися питання, або ви хочете дізнатися більше про тепловий рух та температуру, зареєструйтесь на нашому сайті та отримайте допомогу репетитора.

Залишились питання? Не знаєте як зробити домашнє завдання?
Щоб отримати допомогу репетитора – зареєструйтесь.
Перший урок – безкоштовно!

сайт, при повному або частковому копіюванні матеріалу посилання на першоджерело обов'язкове.