أحداث العالم المادي مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالتغيرات في درجات الحرارة. كل شخص يتعرف عليه في الطفولة المبكرة ، عندما يدرك أن الجليد بارد ، والماء المغلي يحترق. في الوقت نفسه ، يأتي الفهم أن عمليات تغير درجة الحرارة لا تحدث على الفور. في وقت لاحق ، في المدرسة ، يتعلم الطالب أن هذا مرتبط بالحركة الحرارية. وقسم كامل من الفيزياء مكرس للعمليات المتعلقة بدرجة الحرارة.
ما هي درجة الحرارة؟
هذا مفهوم علمي تم تقديمه ليحل محل المصطلحات اليومية. في الحياة اليومية ، تظهر باستمرار كلمات مثل ساخن أو بارد أو دافئ. كلهم يتحدثون عن درجة حرارة الجسم. هذه هي الطريقة التي يتم تعريفها بها في الفيزياء ، فقط مع إضافة أنها كمية قياسية. بعد كل شيء ، درجة الحرارة ليس لها اتجاه ، ولكن فقط قيمة عددية.
في النظام الدولي للوحدات (SI) ، تُقاس درجة الحرارة بالدرجات المئوية (ºС). ولكن في العديد من الصيغ التي تصف الظواهر الحرارية ، يلزم تحويلها إلى كلفن (ك). لهناك معادلة بسيطة لهذا: T \u003d t + 273. حيث T هي درجة الحرارة بالكلفن ، و t بالدرجة المئوية. يرتبط مفهوم درجة حرارة الصفر المطلق بمقياس كلفن.
هناك العديد من مقاييس درجة الحرارة الأخرى. في أوروبا وأمريكا ، على سبيل المثال ، يتم استخدام فهرنهايت (F). لذلك ، يجب أن يكونوا قادرين على الكتابة بالدرجة المئوية. للقيام بذلك ، اطرح 32 من القراءات في F ، ثم اقسمها على 1 ، 8.
تجربة منزلية
في شرحه ، تحتاج إلى معرفة مفاهيم مثل درجة الحرارة ، والحركة الحرارية. ومن السهل إتمام هذه التجربة
سوف يستغرق الأمر ثلاث حاويات. يجب أن تكون كبيرة بما يكفي بحيث يمكن استيعاب اليدين بسهولة. املأهم بالماء بدرجات حرارة مختلفة. في البداية ، يجب أن يكون الجو باردًا جدًا. في الثانية - ساخنة. صب الماء الساخن في الماء الثالث ، بحيث يمكن الإمساك بيدك.
الآن التجربة نفسها. اغمس يدك اليسرى في وعاء من الماء البارد ، يمينًا - بدرجة حرارة عالية. انتظر بضع دقائق. أخرجهم واغمرهم على الفور في وعاء من الماء الدافئ
ستكون النتيجة غير متوقعة. ستشعر اليد اليسرى أن الماء دافئ ، بينما تشعر اليد اليمنى بالماء البارد. هذا يرجع إلى حقيقة أن التوازن الحراري يتم إنشاؤه لأول مرة مع تلك السوائل التي تكون فيها الأيدي مغمورة في البداية. وبعد ذلك يختل هذا التوازن بشكل حاد.
المبادئ الأساسية للنظرية الحركية الجزيئية
يصف جميع الظواهر الحرارية. وهذه العبارات بسيطة للغاية. لذلك ، في محادثة حول الحركة الحرارية ، يجب معرفة هذه الأحكاممطلوب.
أولاً: تتكون المواد من أصغر الجزيئات الموجودة على مسافة من بعضها البعض. علاوة على ذلك ، يمكن أن تكون هذه الجسيمات جزيئات وذرات. والمسافة بينهما أكبر بعدة مرات من حجم الجسيمات.
ثانيًا: توجد في جميع المواد حركة حرارية للجزيئات لا تتوقف أبدًا. تتحرك الجسيمات بشكل عشوائي (فوضوية).
ثالثًا: تتفاعل الجسيمات مع بعضها البعض. هذا العمل بسبب قوى الجذب والتنافر. تعتمد قيمتها على المسافة بين الجسيمات.
تأكيد الحكم الأول من ICB
والدليل على أن الأجسام تتكون من جزيئات بها فجوات هو تمددها الحراري. لذلك ، عندما يتم تسخين الجسم ، يزداد حجمه. يحدث هذا بسبب إزالة الجزيئات من بعضها البعض.
تأكيد آخر لما قيل هو الانتشار. أي تغلغل جزيئات مادة ما بين جسيمات مادة أخرى. علاوة على ذلك ، هذه الحركة متبادلة. يستمر الانتشار بشكل أسرع ، كلما تباعدت الجزيئات. لذلك ، في الغازات ، سيحدث الاختراق المتبادل أسرع بكثير من السوائل. وفي المواد الصلبة ، يستغرق الانتشار سنوات.
بالمناسبة ، تشرح العملية الأخيرة أيضًا الحركة الحرارية. بعد كل شيء ، يحدث الاختراق المتبادل للمواد في بعضها البعض دون أي تدخل من الخارج. لكن يمكن تسريعها بتسخين الجسم.
تأكيد الموقف الثاني من MKT
دليل مشرق أن هناكالحركة الحرارية هي الحركة البراونية للجسيمات. يتم أخذها في الاعتبار للجسيمات المعلقة ، أي لتلك التي تكون أكبر بكثير من جزيئات المادة. يمكن أن تكون هذه الجسيمات جزيئات الغبار أو الحبوب. ويفترض ان يوضعوا في الماء او الغاز
سبب الحركة العشوائية للجسيم المعلق هو أن الجزيئات تعمل عليه من جميع الجوانب. عملهم غير منتظم. حجم التأثيرات في كل نقطة زمنية مختلفة. لذلك ، يتم توجيه القوة الناتجة إما في اتجاه واحد أو آخر.
إذا تحدثنا عن سرعة الحركة الحرارية للجزيئات ، فهناك اسم خاص لها - جذر متوسط التربيع. يمكن حسابه باستخدام الصيغة:
v=√ [(3kT) / م0].
فيه ، T هي درجة الحرارة في كلفن ، m0هي كتلة جزيء واحد ، k هي ثابت بولتزمان (k=1 ، 3810 -23J / K).
تأكيد الحكم الثالث من ICB
الجسيمات تتجاذب وتتنافر. في شرح العديد من العمليات المرتبطة بالحركة الحرارية ، تبين أن هذه المعرفة مهمة.
بعد كل شيء ، تعتمد قوى التفاعل على الحالة الكلية للمادة. لذلك ، لا تحتوي الغازات عليها عمليًا ، حيث تتم إزالة الجزيئات حتى الآن بحيث لا يتجلى تأثيرها. في السوائل والمواد الصلبة ، تكون محسوسة وتضمن الحفاظ على حجم المادة. في الأخير ، فإنها تضمن أيضًا الحفاظ على الشكل.
الدليل على وجود قوى الجذب والتنافر هو ظهور القوى المرنة أثناء تشوه الأجسام. لذلك ، مع الاستطالة ، تزداد قوى التجاذب بين الجزيئات ومعهاضغط - تنافر. لكن في كلتا الحالتين يعيدون الجسم إلى شكله الأصلي.
متوسط طاقة الحركة الحرارية
يمكن كتابتها من معادلة MKT الأساسية:
(pV) / N=(2E) /3.
في هذه الصيغة ، p هو الضغط ، V هو الحجم ، N هو عدد الجزيئات ، E هو متوسط الطاقة الحركية.
من ناحية أخرى ، يمكن كتابة هذه المعادلة على النحو التالي:
(الكهروضوئية) / N=كيلو طن.
إذا جمعت بينهما تحصل على المساواة التالية:
(2E) / 3=كيلو طن
منه يتبع الصيغة التالية لمتوسط الطاقة الحركية للجزيئات:
E=(3kT) /2.
من هنا يتضح أن الطاقة تتناسب مع درجة حرارة المادة. أي عندما يزيد الأخير ، تتحرك الجسيمات بشكل أسرع. هذا هو جوهر الحركة الحرارية ، والتي توجد طالما توجد درجة حرارة غير الصفر المطلق.
