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

При підвищенні температури посилюється тепловий рухмолекул, 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 зменшилась. У цьому полягає

У даному уроці розглядається поняття теплового руху фізичної величинияк температура.

Теплові явища у житті займають величезне значення. З ними ми стикаємося і під час прогнозу погоди, і під час кип'ятіння звичайної води. З тепловими явищами пов'язані такі процеси, як створення нових матеріалів, плавлення металів, згоряння палива, створення нових видів палива для автомобілів та літаків тощо.

Температура одна із найважливіших понять, що з тепловими явищами, оскільки найчастіше саме температура є найважливішою характеристикою перебігу теплових процесів.

Визначення.Теплові явища- це явища, пов'язані з нагріванням або охолодженням тіл, а також із зміною їхнього агрегатного стану (рис. 1).

Рис. 1. Плавлення льоду, нагрівання та випаровування води

Всі теплові явища пов'язані з температурою.

Усі тіла характеризуються станом свого теплової рівноваги. Головною характеристикоютеплової рівноваги є температура.

Визначення.Температура- це міра «нагрітості» тіла.

Оскільки температура є фізичною величиною, її можна і потрібно виміряти. Для вимірювання температури використовується прилад, який називається термометр(Від грец. термо- «тепло», метрео- "Виміряю") (рис. 2).

Рис. 2. Термометр

Перший термометр (а точніше його аналог) винайшов Галілео Галілей (рис. 3).

Рис. 3. Галілео Галілей (1564-1642)

Винахід Галілея, який він представив своїм студентам на лекціях в університеті наприкінці XVI століття (1597), було названо термоскопом. Дія будь-якого термометра заснована на наступному принципі: Фізичні властивостіречовини змінюються в залежності від температури.

Досвід Галілеяполягав у наступному: він узяв колбу з довгою ніжкою та наповнив її водою. Потім узяв склянку з водою і перевернув колбу ніжкою донизу, поставивши в склянку. Частина води, природно, вилилася, проте в результаті ніжці залишився певний рівень води. Якщо тепер нагрівати колбу (в якій знаходиться повітря), то рівень води опускатиметься, а якщо охолоджуватиме, то, навпаки, підвищуватиметься. Це з тим, що з нагріванні речовини (зокрема, повітря) мають властивість розширюватися, а при охолодженні - звужуватися (саме тому рейки роблять несплошными, а дроти між стовпами іноді трохи провисають).

Рис. 4. Досвід Галілея

Ця ідея лягла в основу першого термоскопа (мал. 5), який дозволяв оцінювати зміну температури (точно виміряти температуру таким термоскопом не можна, оскільки його показання сильно залежатимуть від атмосферного тиску).

Рис. 5. Копія термоскопа Галілея

У цей же час було запроваджено так звану градусну шкалу. Саме слово градусу перекладі з латинської означає "ступінь".

На сьогоднішній день збереглися три основні шкали.

1. Шкала Цельсія

Найбільшого поширення набуває шкала, яка з дитинства відома кожному - шкала Цельсія.

Андерс Цельсій (рис. 6) – шведський астроном, який запропонував наступну шкалу температур: – температура кипіння води; - Температура замерзання води. В даний час ми всі звикли до перевернутої шкали Цельсія.

Рис. 6 Андрес Цельсій (1701-1744)

Примітка:сам Цельсій говорив, що такий вибір шкали викликаний простим фактом: зате взимку не буде негативної температури.

2. Шкала Фаренгейта

В Англії, США, Франції, Латинській Америціі в деяких інших країнах популярністю користується шкала Фаренгейта.

Габріель Фаренгейт (рис. 7) – німецький дослідник, інженер, який уперше застосував свою власну шкалу для виготовлення скла. Шкала Фаренгейта більш тонка: за розмірністю градус шкали Фаренгейта менший за градус шкали за Цельсієм.

Рис. 7 Габріель Фаренгейт (1686-1736)

3. Шкала Реомюра

Технічна шкала вигадана французьким дослідником Р.А. Реомюр (рис. 8). За цією шкалою відповідає температурі замерзання води, а ось як температура кипіння води Реомюр була обрана температура в 80 градусів.

Рис. 8. Рене Антуан Реомюр (1683-1757)

У фізиці переважно використовується так звана абсолютна шкала - шкала Кельвіна(Рис. 8). 1 градус за Цельсієм дорівнює 1 градусу за Кельвіном, проте температура відповідає приблизно (рис. 9).

Рис. 9. Вільям Томсон (лорд Кельвін) (1824-1907)

Рис. 10. Температурні шкали

Нагадаємо, що при зміні температури тіла його змінюються лінійні розміри(При нагріванні тіло розширюється, при охолодженні - звужується). Це з поведінкою молекул. При нагріванні збільшується швидкість руху частинок, відповідно вони починають частіше взаємодіяти і обсяг збільшується (рис. 11).

Рис. 11. Зміна лінійних розмірів

З цього можна зробити висновок, що температура пов'язана з рухом частинок, з яких складаються тіла (це відноситься і до твердих, і рідких, і до газоподібних тіл).

Рух частинок у газах (мал. 12) є безладним (оскільки молекули і атоми в газах практично не взаємодіють).

Рис. 12. Рух частинок у газах

Рух частинок у рідинах (рис. 13) є «стрибкоподібним», тобто молекули ведуть. осілий образжиття», але здатні «перестрибувати» з одного місця на інше. Цим визначається плинність рідин.

Рис. 13. Рух часток у рідинах

Рух частинок у твердих тілах (рис. 14) називається коливальним.

Рис. 14. Рух частинок у твердих тілах

Таким чином, усі частинки перебувають у безперервному русі. Цей рух часток називається тепловим рухом(Безладний, хаотичний рух). Цей рух ніколи не зупиняється (поки що у тіла є температура). Підтвердив наявність теплового руху в 1827 англійський ботанік Роберт Броун (рис. 15), на ім'я якого цей рух називають броунівським рухом.

Рис. 15. Роберт Броун (1773-1858)

На сьогоднішній день відомо, що сама низька температура, Що може бути досягнуто, становить приблизно . Саме за такої температури завмирає рух частинок (проте не завмирає рух усередині самих частинок).

Про досвід Галілея було розказано раніше, а на закінчення розглянемо ще один досвід - досвід французького вченого Гільома Амонтона (мал. 15), який у 1702 році винайшов так званий газовий термометр. З невеликими змінами цей термометр дійшов до наших днів.

Рис. 15. Гійом Амонтон (1663-1705)

Досвід Амонтона

Рис. 16. Досвід Амонтона

Візьмемо колбу з водою і заткне її пробкою з тонкою трубкою. Якщо тепер нагрівати воду, то за рахунок розширення води її рівень у трубці підвищуватиметься. За рівнем підняття води в трубці можна зробити висновок про зміну температури. Перевага термометра Амонтонау тому, що не залежить від атмосферного тиску.

На цьому уроці ми розглянули таку важливу фізичну величину, як температура. Вивчили способи її виміру, характеристики та властивості. На подальших уроках ми вивчимо поняття внутрішня енергія.

Список літератури

1. Генденштейн Л.Е, Кайдалов А.Б., Кожевніков В.Б. / За ред. Орлова В.А., Ройзена І.І. Фізика 8. – М.: Мнемозіна.
2. Перишкін А.В. Фізика 8. - М: Дрофа, 2010.
3. Фадєєва А.А., Засов А.В., Кисельов Д.Ф. Фізика 8. - М: Просвітництво.

1. Інтернет-портал «class-fizika.narod.ru» ()
2. Інтернет-портал «school.xvatit.com» ()
3. Інтернет-портал «ponimai.su» ()

Домашнє завдання

1. №1-4 (параграф 1). Перишкін А.В. Фізика 8. - М: Дрофа, 2010.

2. Чому не можна проградуювати термоскоп Галілея?

3. Залізний цвях нагріли на плиті:

Як змінилася швидкість руху молекул заліза?

Як зміниться швидкість руху молекул, якщо цвях опустити в холодну воду?

Як зміниться швидкість руху молекул води?

Як змінюється об'єм цвяха при цих дослідах?

4. Повітряну кулькуперенесли з кімнати на мороз:

Як зміниться об'єм кульки?

Як зміниться швидкість руху молекул повітря всередині кульки?

Як зміниться швидкість молекул усередині кульки, якщо її повернути в кімнату і покласти до батареї?

І. В. Яковлєв | Матеріали з фізики MathUs.ru

Молекулярна фізика та термодинаміка

Цей посібник присвячено другому розділу Молекулярна фізика. Термодинаміка кодифікатора ЄДІпо фізиці. Воно охоплює такі теми.

Тепловий рух атомів та молекул речовини. Броунівський рух. Дифузія. Експериментальні підтвердження атомістичної теорії. Взаємодія частинок речовини.

Моделі будови газів, рідин та твердих тіл.

Модель ідеального газу. Зв'язок між тиском та середньою кінетичною енергією теплового руху молекул ідеального газу. Абсолютна температура. Зв'язок температури газу із середньою кінетичною енергією його частинок. Рівняння p = nkT. Рівняння Менделєєва Клапейрона.

Ізопроцеси: ізотермічний, ізохорний, ізобарний, адіабатний процеси.

Насичені та ненасичені пари. Вологість повітря.

Зміна агрегатних станів речовини: випаровування та конденсація, кипіння рідини, плавлення та кристалізація. Зміна енергії у фазових переходах.

Внутрішня енергія. Теплова рівновага. Теплопередача. Кількість теплоти. Питома теплоємністьречовини. Рівняння теплового балансу.

Робота у термодинаміці. Перший закон термодинаміки.

Принципи впливу теплових машин. ККД теплової машини. Другий закон термодинаміки. Проблеми енергетики та охорона навколишнього середовища.

Посібник містить також деякий додатковий матеріал, що не входить до кодифікатора ЄДІ (але входить до шкільну програму!). Цей матеріал дозволяє краще зрозуміти теми, що розглядаються.

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

2.3 Рідини. . . . . . 10

	Основні формули молекулярної фізики
	Температура
		Термодинамічна система. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Теплова рівновага. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
		Температурна шкала. Абсолютна температура . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Рівняння стану ідеального газу
		Середня кінетична енергія частинок газу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5.2 Основне рівняння МКТ ідеального газу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

5.3 Енергія частинок та температура газу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16

6.1 Термодинамічний процес. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.2 Ізотермічний процес. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

6.3 Графіки ізотермічного процесу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

6.4 Ізобарний процес. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

6.5 Графіки ізобарного процесу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21

	Ізохорний процес. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
	Графіки ізохорного процесу. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
7 Насичена пара

7.1 Випаровування та конденсація

7.2 Динамічна рівновага. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

7.3 Властивості насиченої пари. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26

8.1 Внутрішня енергія одноатомного ідеального газу. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29

8.2 Функція стану. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.3 Зміна внутрішньої енергії: виконання роботи. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.4 Зміна внутрішньої енергії: теплопередача . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30

8.5 Теплопровідність. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31

10 Фазові переходи

10.1 Плавлення та кристалізація. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

10.2 Графік плавлення. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

10.3 Питома теплота плавлення. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

10.4 Графік кристалізації. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39

10.5 Пароутворення та конденсація. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

10.6 Кипіння. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41

10.7 Графік кипіння. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42

10.8 Графік конденсації. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11 Перший закон термодинаміки

11.1 Робота газу в ізобарному процесі. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44

11.2 Робота газу у довільному процесі. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.3 Робота, що здійснюється над газом. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45

11.4 Перший закон термодинаміки. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46

11.5 Застосування першого закону термодинаміки до ізопроцесів. . . . . . . . . . . . . 46

11.6 Адіабатний процес. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47

12.1 Теплові двигуни. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48

12.2 Холодильні машини. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50

13.1 Необоротність процесів у природі. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

13.2 Постулати Клаузіуса та Кельвіна. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

1 Основні положеннямолекулярно-кінетичної 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 перебувають у 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 трохи 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 чи молекули речовини перебувають у стані безладного руху 1, яке ніколи не припиняється.

3. Атоми або молекули речовини взаємодіють один з одним силами тяжіння та відштовхування, які залежать від відстані між частинками.

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

1.1 Атоми та молекули

Візьмемо паперовий листок і почнемо ділити його на все більш дрібні частини. Чи на кожному кроці ми отримуватимемо шматочки саме паперу, чи на якомусь етапі з'явиться щось нове?

Перше положення МКТ говорить нам про те, що речовина не є ділимою до нескінченності. Рано чи пізно ми дійдемо до ¾ останнього рубежу¿ дрібних частинок цієї речовини. Ці частинки атоми та молекули. Їх також можна розділити на частини, але тоді вихідна речовина припинить своє існування.

Атом це найменша частка даного хімічного елемента, що зберігає його Хімічні властивості. Хімічних елементів не так багато, всі вони зведені в таблицю Менделєєва.

Молекула це найменша частка цієї речовини (що не є хімічним елементом), що зберігає всі його хімічні властивості. Молекула складається із двох або більше атомів одного або декількох хімічних елементів.

Наприклад, H2 O це молекула води, що складається з двох атомів водню та одного атома кисню. Розділивши її на атоми, ми перестанемо мати справу з речовиною під назвою «вода». Далі, розділивши атоми H і O на складові, ми отримаємо набір протонів, нейтронів і електронів і тим самим втратимо інформацію про те, що це були водень і кисень.

1 Цей рух називається тепловим рухом.

Розмір атома або молекули (що складається з невеликого числа атомів) становить близько 10 8 см. Це настільки мала величина, що атом неможливо розглянути в жодному оптичному мікроскопі.

Атоми і молекули називаються для стислості просто частинками речовини. Чим саме є частка атомом або молекулою в 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 декількох атомів.

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

На користь першого положення МКТ засвідчує явище теплового розширення тіл. 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 становища МКТ служить також дифузія взаємне проникнення дотичних речовин друг в друга.

Наприклад, на рис. 1 показаний2 процес дифузії в рідині. Частинки розчинної речовини поміщені у склянку з водою та розташовані спочатку у верхній лівій частині склянки. З часом частки переміщуються (як кажуть, дифундують) з області високої концентрації в область низької концентрації. Зрештою концентрація часток стає скрізь однакової 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 (в яких відстані між частинками багато більше розмірівсамих часток).

1.2 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!

2 Зображення із сайту en.wikipedia.org .

Але найяскравішим доказом вічного хаотичного руху частинок речовини є броунівський рух. Так називається безперервний безладний рух броунівських частинок порошинок або крупинок (розмірами 10 5 - 104 см), зважених у рідині або 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 рухуполягає 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)3.

Рис. 2. Броунівський рух

Розміри броунівських частинок у 1000-10000 разів перевищують розмір атома. З одного боку, броунівська частка досить мала і поки що відчуває, що в різних напрямках по ній б'є різну кількість молекул; ця відмінність серед ударів призводить до помітних переміщень броунівської частки. З іншого боку, броунівські частки досить великі, щоб їх можна було розглянути в мікроскоп.

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

1.3 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.

3 Зображення із сайту nv-magadan.narod.ru .

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

В 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.

В рідини 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.

В твердих тілах сили тяжіння між частинками дуже великі: тверді тілазберігають 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.

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 знання виявилися б знищеними і до майбутніх поколінь живих істот перейшла б лише одна фраза, то яке твердження, складене з найменшої кількості слів, дало 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 та 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 йдеться про хімічний елемент, то часткою буде атом; якщо ж розглядається складне речовина, його частинка - це молекула, що 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 набагато більші за розміри самих частинок).

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 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.

 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 рух молекул. 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 енергії з 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 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 варіанти ОДЕ 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.