رویدادهای جهان فیزیکی به طور جدایی ناپذیری با تغییرات دما مرتبط هستند. هر فردی در اوایل کودکی با آن آشنا می شود، زمانی که متوجه می شود یخ سرد است و آب جوش می سوزد. در عین حال، درک می شود که فرآیندهای تغییر دما فوراً اتفاق نمی افتد. بعداً در مدرسه دانش آموز می آموزد که این با حرکت حرارتی مرتبط است. و یک بخش کامل از فیزیک به فرآیندهای مربوط به دما اختصاص دارد.
دما چیست؟
این یک مفهوم علمی است که برای جایگزینی اصطلاحات روزمره معرفی شده است. در زندگی روزمره، کلماتی مانند گرم، سرد یا گرم دائما ظاهر می شوند. همه آنها در مورد درجه گرم شدن بدن صحبت می کنند. در فیزیک اینگونه تعریف می شود، فقط با اضافه شدن این که یک کمیت اسکالر است. به هر حال، دما جهت ندارد، بلکه فقط یک مقدار عددی دارد.
در سیستم بین المللی واحدها (SI)، دما بر حسب درجه سانتیگراد (ºС) اندازه گیری می شود. اما در بسیاری از فرمول های توصیف کننده پدیده های حرارتی، تبدیل آن به کلوین (K) الزامی است. براییک فرمول ساده برای این وجود دارد: T \u003d t + 273. در آن T دما بر حسب کلوین و t بر حسب سانتیگراد است. مفهوم دمای صفر مطلق با مقیاس کلوین مرتبط است.
چندین مقیاس دمایی دیگر وجود دارد. برای مثال در اروپا و آمریکا از فارنهایت (F) استفاده می شود. بنابراین باید بتوانند بر حسب سانتیگراد بنویسند. برای انجام این کار، 32 را از خوانش های F کم کنید، سپس آن را بر 1، 8 تقسیم کنید.
آزمایش خانگی
در توضیح او، شما باید مفاهیمی مانند دما، حرکت حرارتی را بدانید. و تکمیل این تجربه آسان است.
سه ظرف طول می کشد. آنها باید به اندازه کافی بزرگ باشند تا دست ها به راحتی در آنها قرار گیرند. آنها را با آب با دماهای مختلف پر کنید. در اولی باید خیلی سرد باشد. در دوم - گرم می شود. آب داغ را در سومی بریزید که در آن امکان گرفتن دست وجود دارد.
حالا خود تجربه. دست چپ خود را در یک ظرف آب سرد فرو کنید، سمت راست - با داغ ترین. چند دقیقه صبر کنید. آنها را بیرون بیاورید و بلافاصله در ظرف آب گرم فرو کنید.
نتیجه غیرمنتظره خواهد بود. دست چپ احساس می کند که آب گرم است، در حالی که دست راست آب سرد را احساس می کند. این به این دلیل است که تعادل حرارتی ابتدا با مایعاتی که دست ها در ابتدا در آنها غوطه ور هستند برقرار می شود. و سپس این تعادل به شدت مختل می شود.
اصول اصلی نظریه سینتیک مولکولی
همه پدیده های حرارتی را توصیف می کند. و این اظهارات بسیار ساده هستند. بنابراین، در گفتگو در مورد حرکت حرارتی، این مقررات باید شناخته شودمورد نیاز است.
اول: مواد توسط کوچکترین ذرات واقع در فاصله ای از یکدیگر تشکیل می شوند. علاوه بر این، این ذرات می توانند هم مولکول و هم اتم باشند. و فاصله بین آنها چندین برابر بزرگتر از اندازه ذرات است.
دوم: در همه مواد حرکت حرارتی مولکول ها وجود دارد که هرگز متوقف نمی شود. ذرات به طور تصادفی (به طور آشفته) حرکت می کنند.
سوم: ذرات با یکدیگر تعامل دارند. این عمل ناشی از نیروهای جاذبه و دافعه است. مقدار آنها به فاصله بین ذرات بستگی دارد.
تأیید اولین شرط ICB
اثبات اینکه اجسام از ذرات با شکاف بین آنها تشکیل شده اند، انبساط حرارتی آنهاست. بنابراین، هنگامی که بدن گرم می شود، اندازه آن افزایش می یابد. این به دلیل حذف ذرات از یکدیگر اتفاق می افتد.
تأیید دیگر آنچه گفته شد انتشار است. یعنی نفوذ مولکول های یک ماده بین ذرات ماده دیگر. علاوه بر این، این حرکت متقابل است. انتشار هر چه سریعتر انجام شود، مولکول ها دورتر از هم قرار گیرند. بنابراین، در گازها، نفوذ متقابل بسیار سریعتر از مایعات اتفاق می افتد. و در جامدات، انتشار سالها طول می کشد.
به هر حال، آخرین فرآیند نیز حرکت حرارتی را توضیح می دهد. از این گذشته ، نفوذ متقابل مواد به یکدیگر بدون هیچ دخالتی از خارج اتفاق می افتد. اما با گرم کردن بدن می توان آن را تسریع کرد.
تأیید جایگاه دوم MKT
دلیل روشنی که وجود داردحرکت حرارتی حرکت براونی ذرات است. برای ذرات معلق در نظر گرفته می شود، یعنی برای ذرات که به طور قابل توجهی بزرگتر از مولکول های یک ماده هستند. این ذرات می توانند ذرات گرد و غبار یا دانه باشند. و قرار است آنها را در آب یا گاز قرار دهند.
دلیل حرکت تصادفی یک ذره معلق این است که مولکول ها از هر طرف روی آن عمل می کنند. عمل آنها نامنظم است. بزرگی تأثیرات در هر نقطه از زمان متفاوت است. بنابراین، نیروی حاصله یا در یک جهت یا جهت دیگر هدایت می شود.
اگر در مورد سرعت حرکت حرارتی مولکول ها صحبت کنیم، نام خاصی برای آن وجود دارد - ریشه میانگین مربع. می توان آن را با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
v=√[(3kT)/m0].
در آن، T دما بر حسب کلوین، m0 جرم یک مولکول، k ثابت بولتزمن است (k=1، 3810 -23 J/K).
تأیید بند سوم ICB
ذرات جذب و دفع می کنند. در توضیح بسیاری از فرآیندهای مرتبط با حرکت حرارتی، این دانش مهم است.
بالاخره نیروهای برهمکنش به حالت مجموع ماده بستگی دارند. بنابراین، گازها عملا آنها را ندارند، زیرا ذرات آنقدر حذف می شوند که اثر آنها آشکار نمی شود. در مایعات و جامدات قابل درک هستند و حفظ حجم ماده را تضمین می کنند. در مورد دوم، آنها همچنین حفظ شکل را تضمین می کنند.
شواهد وجود نیروهای جاذبه و دافعه، ظهور نیروهای کشسان در هنگام تغییر شکل اجسام است. بنابراین، با افزایش طول، نیروهای جاذبه بین مولکول ها افزایش می یابد و بافشرده سازی - دفع. اما در هر دو مورد، بدن را به شکل اولیه خود برمی‌گردانند.
میانگین انرژی حرکت حرارتی
می توان از معادله اصلی MKT نوشت:
(pV)/N=(2E)/3.
در این فرمول، p فشار، V حجم، N تعداد مولکول‌ها، E میانگین انرژی جنبشی است.
از سوی دیگر، این معادله را می توان به صورت زیر نوشت:
(pV)/N=kT.
اگر آنها را با هم ترکیب کنید، برابری زیر به دست می آید:
(2E)/3=kT.
از آن فرمول زیر برای میانگین انرژی جنبشی مولکول ها به دست می آید:
E=(3kT)/2.
از اینجا مشخص است که انرژی با دمای ماده متناسب است. یعنی وقتی دومی افزایش می یابد، ذرات سریعتر حرکت می کنند. این جوهر حرکت حرارتی است که تا زمانی وجود دارد که دمایی غیر از صفر مطلق وجود دارد.
