Ֆիզիկական աշխարհի իրադարձությունները անքակտելիորեն կապված են ջերմաստիճանի փոփոխության հետ: Յուրաքանչյուր մարդ դրա հետ ծանոթանում է վաղ մանկությունից, երբ հասկանում է, որ սառույցը սառը է, իսկ եռացող ջուրն այրվում է։ Միևնույն ժամանակ, հասկացվում է, որ ջերմաստիճանի փոփոխության գործընթացները ակնթարթորեն չեն առաջանում։ Ավելի ուշ դպրոցում աշակերտը սովորում է, որ դա կապված է ջերմային շարժման հետ։ Եվ ֆիզիկայի մի ամբողջ բաժին նվիրված է ջերմաստիճանի հետ կապված գործընթացներին։
Ինչ է ջերմաստիճանը?
Սա գիտական հասկացություն է, որը ներդրվել է ամենօրյա տերմինները փոխարինելու համար: Առօրյա կյանքում անընդհատ հայտնվում են այնպիսի բառեր, ինչպիսիք են տաք, սառը կամ տաք: Դրանք բոլորը խոսում են մարմնի տաքացման աստիճանի մասին։ Այսպես է սահմանվում ֆիզիկայում, միայն այն հավելումով, որ սկալյար մեծություն է։ Ի վերջո, ջերմաստիճանը չունի ուղղություն, այլ միայն թվային արժեք:
Միավորների միջազգային համակարգում (SI) ջերմաստիճանը չափվում է Ցելսիուսի աստիճաններով (ºС): Բայց շատ բանաձևերում, որոնք նկարագրում են ջերմային երևույթները, պահանջվում է այն վերածել Քելվինի (K): ՀամարԴրա համար կա մի պարզ բանաձև՝ T \u003d t + 273: Դրանում T-ը ջերմաստիճանն է Կելվինում, իսկ t-ը Ցելսիուսում է: Բացարձակ զրոյական ջերմաստիճանի հասկացությունը կապված է Կելվինի սանդղակի հետ:
Կան մի քանի այլ ջերմաստիճանի սանդղակներ: Եվրոպայում և Ամերիկայում, օրինակ, օգտագործվում է Fahrenheit (F): Հետեւաբար, նրանք պետք է կարողանան գրել Ցելսիուսով: Դա անելու համար F-ի ընթերցումներից հանեք 32-ը, այնուհետև այն բաժանեք 1-ի, 8-ի:
Տնային փորձ
Նրա բացատրության մեջ դուք պետք է իմանաք այնպիսի հասկացություններ, ինչպիսիք են ջերմաստիճանը, ջերմային շարժումը։ Եվ հեշտ է ավարտել այս փորձը:
Այն կպահանջվի երեք տարա: Նրանք պետք է բավականաչափ մեծ լինեն, որպեսզի ձեռքերը հեշտությամբ տեղավորվեն դրանց մեջ: Լրացրեք դրանք տարբեր ջերմաստիճանի ջրով։ Առաջինում պետք է շատ ցուրտ լինի։ Երկրորդում `ջեռուցվող: Երրորդի մեջ լցնել տաք ջուր, որի մեջ հնարավոր կլինի ձեռք բռնել։
Հիմա ինքնին փորձը: Ձախ ձեռքը թաթախեք սառը ջրով տարայի մեջ, աջը՝ ամենաթեժով։ Սպասեք մի քանի րոպե։ Հանեք դրանք և անմիջապես ընկղմեք տաք ջրով տարայի մեջ։
Արդյունքն անսպասելի կլինի։ Ձախ ձեռքը կզգա, որ ջուրը տաք է, իսկ աջ ձեռքը կզգա սառը ջուր։ Դա պայմանավորված է նրանով, որ ջերմային հավասարակշռությունը սկզբում հաստատվում է այն հեղուկների հետ, որոնց մեջ սկզբում ընկղմված են ձեռքերը։ Եվ հետո այս հավասարակշռությունը կտրուկ խախտվում է։
Մոլեկուլային կինետիկ տեսության հիմնական դրույթները
Նկարագրում է բոլոր ջերմային երևույթները։ Եվ այս հայտարարությունները բավականին պարզ են. Հետեւաբար, ջերմային շարժման մասին զրույցի ժամանակ այս դրույթները պետք է հայտնի լինենպարտադիր է։
Առաջին. նյութերը ձևավորվում են միմյանցից որոշ հեռավորության վրա գտնվող ամենափոքր մասնիկներից: Ընդ որում, այդ մասնիկները կարող են լինել և՛ մոլեկուլներ, և՛ ատոմներ։ Եվ նրանց միջև հեռավորությունը շատ անգամ ավելի մեծ է, քան մասնիկների չափը։
Երկրորդ՝ բոլոր նյութերում կա մոլեկուլների ջերմային շարժում, որը երբեք չի դադարում։ Մասնիկները շարժվում են պատահական (քաոսային):
Երրորդ. մասնիկները փոխազդում են միմյանց հետ: Այս գործողությունը պայմանավորված է ձգողականության և վանման ուժերով։ Դրանց արժեքը կախված է մասնիկների միջև եղած հեռավորությունից։
ICB-ի առաջին դրույթի հաստատում
Ապացույցը, որ մարմինները կազմված են մասնիկներից, որոնց միջև բացեր կան, դրանց ջերմային ընդլայնումն է: Այսպիսով, երբ մարմինը տաքացվում է, նրա չափերը մեծանում են: Դա տեղի է ունենում մասնիկները միմյանցից հեռացնելու պատճառով:
Ասվածի ևս մեկ հաստատում է դիֆուզիան: Այսինքն՝ մի նյութի մոլեկուլների ներթափանցումը մյուսի մասնիկների միջև։ Ընդ որում, այս շարժումը փոխադարձ է։ Դիֆուզիան այնքան արագ է ընթանում, որքան հեռու են գտնվում մոլեկուլները: Հետեւաբար, գազերում փոխադարձ ներթափանցումը տեղի կունենա շատ ավելի արագ, քան հեղուկներում: Իսկ պինդ մարմիններում դիֆուզիան տևում է տարիներ։
Ի դեպ, վերջին գործընթացը բացատրում է նաև ջերմային շարժումը։ Ի վերջո, նյութերի փոխադարձ ներթափանցումը միմյանց մեջ տեղի է ունենում առանց արտաքին որևէ միջամտության: Բայց այն կարելի է արագացնել՝ տաքացնելով մարմինը։
MKT-ի երկրորդ դիրքի հաստատում
Վառ ապացույց, որ կաջերմային շարժումը մասնիկների բրոունյան շարժումն է։ Այն համարվում է կասեցված մասնիկների համար, այսինքն՝ նրանց համար, որոնք զգալիորեն մեծ են նյութի մոլեկուլներից։ Այս մասնիկները կարող են լինել փոշու մասնիկներ կամ հատիկներ: Եվ դրանք պետք է տեղադրվեն ջրի կամ գազի մեջ։
Կախված մասնիկի պատահական շարժման պատճառն այն է, որ մոլեկուլները նրա վրա գործում են բոլոր կողմերից։ Նրանց գործողությունները անկանոն են: Ժամանակի յուրաքանչյուր կետում ազդեցությունների մեծությունը տարբեր է: Հետևաբար, ստացված ուժն ուղղված է կամ մեկ ուղղությամբ, կամ մյուսին:
Եթե խոսենք մոլեկուլների ջերմային շարժման արագության մասին, ապա դրա համար կա հատուկ անվանում՝ արմատ միջին քառակուսի։ Այն կարելի է հաշվարկել՝ օգտագործելով բանաձևը՝
v=√[(3kT)/m0].
Դրանում T-ը ջերմաստիճանն է Կելվինում, m0-ը մեկ մոլեկուլի զանգվածն է, k-ը Բոլցմանի հաստատունն է (k=1, 3810 -23 J/K).
ICB-ի երրորդ դրույթի հաստատում
Մասնիկները ձգում և վանում են։ Ջերմային շարժման հետ կապված շատ գործընթացներ բացատրելիս այս գիտելիքը կարևոր է:
Ի վերջո, փոխազդեցության ուժերը կախված են նյութի ընդհանուր վիճակից: Այսպիսով, գազերը գործնականում չունեն, քանի որ մասնիկներն այնքան են հեռացվում, որ դրանց ազդեցությունը չի դրսևորվում։ Հեղուկներում և պինդ մարմիններում դրանք ընկալելի են և ապահովում են նյութի ծավալի պահպանումը։ Վերջիններս երաշխավորում են նաև ձևի պահպանումը։
Ձգող և վանող ուժերի առկայության վկայությունն է առաձգական ուժերի ի հայտ գալը մարմինների դեֆորմացիայի ժամանակ։ Այսպիսով, երկարացման հետ մոլեկուլների միջև ձգողական ուժերը մեծանում են, և հետսեղմում - վանում. Բայց երկու դեպքում էլ նրանք մարմինը վերադարձնում են իր սկզբնական ձևին։
Ջերմային շարժման միջին էներգիա
Կարելի է գրել հիմնական MKT հավասարումից՝
(pV)/N=(2E)/3.
Այս բանաձևում p-ը ճնշում է, V-ը՝ ծավալը, N-ը՝ մոլեկուլների թիվը, E-ը՝ միջին կինետիկ էներգիան։
Մյուս կողմից, այս հավասարումը կարելի է գրել հետևյալ կերպ.
(pV)/N=kT.
Եթե դրանք միավորեք, կստանաք հետևյալ հավասարությունը.
(2E)/3=kT.
Սրանից հետևում է մոլեկուլների միջին կինետիկ էներգիայի հետևյալ բանաձևը.
E=(3kT)/2.
Այստեղից պարզ է դառնում, որ էներգիան համաչափ է նյութի ջերմաստիճանին։ Այսինքն, երբ վերջինս մեծանում է, մասնիկներն ավելի արագ են շարժվում։ Սա է ջերմային շարժման էությունը, որը գոյություն ունի այնքան ժամանակ, քանի դեռ կա բացարձակ զրոյից տարբերվող ջերմաստիճան։
