Događaji u fizičkom svijetu neraskidivo su povezani s promjenama temperature. Svaka osoba se sa tim upozna u ranom djetinjstvu, kada shvati da je led hladan, a kipuća voda gori. Istovremeno dolazi do razumijevanja da se procesi promjene temperature ne dešavaju trenutno. Kasnije, u školi, učenik uči da je to povezano sa termičkim kretanjem. I cijeli dio fizike posvećen je procesima vezanim za temperaturu.
Šta je temperatura?
Ovo je naučni koncept uveden da zameni svakodnevne termine. U svakodnevnom životu se stalno pojavljuju riječi poput vruće, hladno ili toplo. Svi oni govore o stepenu zagrevanja tela. Ovako se to definiše u fizici, samo uz dodatak da je to skalarna veličina. Na kraju krajeva, temperatura nema smjer, već samo brojčanu vrijednost.
U Međunarodnom sistemu jedinica (SI), temperatura se mjeri u stepenima Celzijusa (ºS). Ali u mnogim formulama koje opisuju termalne pojave, potrebno je pretvoriti ih u Kelvin (K). ZaZa to postoji jednostavna formula: T=t + 273. U njoj je T temperatura u Kelvinima, a t u Celzijusima. Koncept apsolutne nulte temperature povezan je sa Kelvinovom skalom.
Postoji nekoliko drugih temperaturnih skala. U Evropi i Americi, na primjer, koristi se Fahrenheit (F). Stoga moraju biti u stanju pisati u Celzijusima. Da biste to učinili, oduzmite 32 od očitavanja u F, a zatim ga podijelite sa 1, 8.
Kućni eksperiment
U njegovom objašnjenju, morate znati pojmove kao što su temperatura, toplotno kretanje. I lako je dovršiti ovo iskustvo.
Bit će potrebna tri kontejnera. Trebali bi biti dovoljno veliki da u njih lako stanu ruke. Napunite ih vodom različite temperature. U prvom, mora da je veoma hladno. U drugom - grijano. U treću ulijte vruću vodu, onu u kojoj će se moći držati za ruku.
Sada samo iskustvo. Uronite lijevu ruku u posudu sa hladnom vodom, desnu - najtoplijom. Sačekaj par minuta. Izvadite ih i odmah uronite u posudu sa toplom vodom.
Rezultat će biti neočekivan. Lijeva ruka će osjetiti da je voda topla, dok će desna osjetiti hladnu vodu. To je zbog činjenice da se termička ravnoteža prvo uspostavlja s onim tekućinama u koje su ruke prvobitno uronjene. A onda se ova ravnoteža naglo poremeti.
Glavne postavke teorije molekularne kinetike
Opisuje sve termičke pojave. A ove izjave su prilično jednostavne. Stoga, u razgovoru o toplotnom kretanju, ove odredbe treba znatipotrebno.
Prvo: supstance se formiraju od najmanjih čestica koje se nalaze na određenoj udaljenosti jedna od druge. Štaviše, ove čestice mogu biti i molekule i atomi. A udaljenost između njih je višestruko veća od veličine čestica.
Drugo: u svim supstancama postoji toplotno kretanje molekula, koje nikada ne prestaje. Čestice se kreću nasumično (haotično).
Treće: čestice međusobno djeluju. Ova akcija je zbog sila privlačenja i odbijanja. Njihova vrijednost zavisi od udaljenosti između čestica.
Potvrda prve odredbe ICB
Dokaz da su tijela sastavljena od čestica sa prazninama između njih je njihovo toplinsko širenje. Dakle, kada se tijelo zagrije, njegova veličina se povećava. Ovo se dešava zbog uklanjanja čestica jedne od druge.
Još jedna potvrda rečenog je difuzija. Odnosno, prodiranje molekula jedne supstance između čestica druge. Štaviše, ovaj pokret je obostran. Difuzija se odvija brže, što su molekuli udaljeniji. Stoga će se u plinovima međusobno prodiranje odvijati mnogo brže nego u tekućinama. A u čvrstim materijama, difuzija traje godinama.
Usput, poslednji proces takođe objašnjava termičko kretanje. Uostalom, međusobno prodiranje supstanci jedna u drugu događa se bez ikakvih smetnji izvana. Ali to se može ubrzati zagrijavanjem tijela.
Potvrda druge pozicije MKT
Sjajan dokaz da postojitoplotno kretanje je Brownovo kretanje čestica. Smatra se za suspendirane čestice, odnosno za one koje su znatno veće od molekula neke supstance. Ove čestice mogu biti čestice prašine ili zrna. I trebalo bi da se stave u vodu ili gas.
Razlog za nasumično kretanje suspendovane čestice je to što molekuli deluju na nju sa svih strana. Njihova akcija je nestalna. Veličina uticaja u svakom trenutku je različita. Stoga je rezultujuća sila usmjerena ili u jednom ili u drugom smjeru.
Ako govorimo o brzini toplotnog kretanja molekula, onda za to postoji poseban naziv - srednji kvadrat. Može se izračunati pomoću formule:
v=√[(3kT)/m0].
U njemu, T je temperatura u Kelvinima, m0 je masa jednog molekula, k je Boltzmannova konstanta (k=1, 3810 -23 J/K).
Potvrda treće odredbe ICB
Čestice privlače i odbijaju. U objašnjavanju mnogih procesa povezanih s termičkim kretanjem, ovo znanje se pokazalo važnim.
Na kraju krajeva, sile interakcije zavise od agregatnog stanja materije. Dakle, gasovi ih praktično nemaju, jer su čestice uklonjene toliko da se njihov efekat ne manifestuje. U tekućinama i čvrstim tvarima, oni su uočljivi i osiguravaju očuvanje volumena tvari. U potonjem, oni također garantuju održavanje oblika.
Dokaz postojanja sila privlačenja i odbijanja je pojava elastičnih sila tokom deformacije tijela. Dakle, s elongacijom, sile privlačenja između molekula se povećavaju, i sakompresija - odbijanje. Ali u oba slučaja vraćaju tijelo u prvobitni oblik.
Prosječna energija toplotnog kretanja
Može se napisati iz osnovne MKT jednačine:
(pV)/N=(2E)/3.
U ovoj formuli, p je pritisak, V je zapremina, N je broj molekula, E je prosječna kinetička energija.
S druge strane, ova jednačina se može napisati na sljedeći način:
(pV)/N=kT.
Ako ih kombinujete, dobijate sljedeću jednakost:
(2E)/3=kT.
Iz toga slijedi sljedeća formula za prosječnu kinetičku energiju molekula:
E=(3kT)/2.
Odavde je jasno da je energija proporcionalna temperaturi supstance. To jest, kada se potonji povećava, čestice se kreću brže. Ovo je suština toplotnog kretanja, koje postoji sve dok postoji temperatura različita od apsolutne nule.
