Termikus jelenségek
THERMAL PHENOMENA. MOLEKULÁRIS FIZIKA
Mechanikus mozgás. A nyolcadik évfolyamon részletesen tanulmányozták az anyagmozgás mechanikai formáját, vagyis az egyes testek mozgását bizonyos idő múlásával. Nem vették figyelembe azt a tényt, hogy minden test atomokból vagy molekulákból áll. A testeket szilárdnak, belső struktúrától mentesnek tekintették.
A testek tulajdonságainak vizsgálata nem része a mechanika feladatának. Célja, hogy meghatározza az űrben lévő testek pozícióit és sebességét bármikor, az egyes kezdeti pozíciókban és testsebességekben lévő kölcsönhatás erőitől függően.
Hőmozgás. Az atomok és az anyag molekulái, amint azt a 7. osztály fizikájáról tudjátok, véletlenszerű (kaotikus) mozgást tesznek, amit termikus mozgásnak neveznek. A "Termikus jelenségek" részben. Molekuláris Fizika "a kilencedik évfolyamon, tanulmányozni fogjuk az anyagmozgás termikus formájának alapvető törvényeit.
A molekulák mozgása véletlenszerűen abból fakad, hogy a körülöttünk lévő testekben lévő számuk nagymértékben nagy, és a molekulák kölcsönhatásba lépnek egymással. A termikus mozgás fogalma nem vonatkozik több molekuláris rendszerre. A hatalmas molekulák kaotikus mozgása minőségi szempontból különbözik az egyes testek elrendezett mechanikai elmozdulásától. Ezért képviseli az anyag mozgásának különleges formáját, amelynek sajátos tulajdonságai vannak.
A termikus mozgás határozza meg a testek belső tulajdonságait, és tanulmánya lehetővé teszi a testekben előforduló számos fizikai folyamatot.
Makroszkopikus testek. A fizikában nagyon sok atomból vagy molekulából álló testeket neveznek makroszkopikusnak. A makroszkopikus testek méretei sokszor nagyobbak, mint az atomok méretei. A palackban lévő gáz, az üvegben lévő víz, a homokszemcsék, a kő, az acél rúd és a földgömb mindegyike makroszkopikus testek (1. ábra).
Megfontoljuk a folyamatokat makroszkopikus testekben.
Termikus jelenségek. A molekulák termikus mozgása a hőmérséklet függvénye. Ezt a VI. És VII. Osztályú fizika tanfolyamaiban említettük, ezért a molekulák termikus mozgásának tanulmányozása során vizsgálni fogjuk a testek hőmérsékletétől függő jelenségeket. Fűtött állapotban az anyag átmenetek egyek
A szilárd anyagok folyadékokká és folyadékokká alakulnak át gázokká. Hűtés közben ellenkezőleg, a gázokat folyadékká alakítják át, és folyadékokat - szilárd anyagokká.
Az atomok és molekulák kaotikus mozgása által okozott ilyen és sok más jelenséget termikus jelenségeknek nevezik.
A termikus jelenségek jelentősége. A termális jelenségek nagy szerepet játszanak az emberek, az állatok és a növények életében. A levegő hőmérsékletének változása 20-30 ° C-kal a szezon megváltozásával minden körülöttünk változik. A tavasz kezdetekor a természet felébred, az erdők lombosak, a rétek zöldek. Télen a gazdag nyári színeket monoton fehér háttér váltja fel, a növények élete és sok rovar lefagy. Ha testünk hőmérsékletét csak egy fokkal változtatjuk meg, akkor már rosszul érezzük magunkat.
A termikus jelenségek az ősidők óta érdeklődnek az emberektől. Az emberek viszonylagos függetlenséget értek el a környező körülményektől, miután megtudták, hogyan kell kivonni és fenntartani a tüzet. Ez volt az ember egyik legnagyobb felfedezése.
A hőmérséklet változása befolyásolja a testek összes tulajdonságát. Így fűtött vagy hűtött állapotban a szilárd anyagok mérete és a folyadékok térfogata változik. Jelentősen, mechanikai tulajdonságaik, például rugalmassága is változik. Egy darab gumipalack nem fog szenvedni, ha kalapáccsal találja. Azonban, ha -100 ° C alatti hőmérsékletre hűtjük, a gumi törékeny lesz, mint az üveg. Könnyű fújás esetén a gumi cső kis darabokra bontható. Csak a fűtés után nyerheti vissza a rugalmas tulajdonságokat.
A fenti és sok más termikus jelenség mindegyike bizonyos törvények hatálya alá tartozik. Ezek a törvények ugyanolyan pontosak és megbízhatóak, mint a mechanika törvényei, de tartalomban és formában különböznek tőlük. A termikus jelenségeknek alávetett törvények felfedezése maximálisan kihasználja a jelenség alkalmazását a gyakorlatban, a technológiában. A modern termikus motorok, cseppfolyósító üzemek, hűtőgépek és egyéb készülékek e törvények ismerete alapján épülnek fel.
Molekuláris-kinetikus elmélet. Elmélet megmagyarázni termikus jelenségek makroszkopikus testek és a belső tulajdonságait e szervek azon a koncepción alapul, hogy az összes szervek állnak az egyes véletlenszerűen mozgó részecskék az úgynevezett molekuláris-kinetikus elméletét. Elméletileg az a feladat, hogy összekapcsolja az egyes molekulák viselkedési mintáit a makroszkopikus testek tulajdonságait jellemező mennyiségekkel.
Még az ókori filozófusok is sejtették, hogy a hő a részecskékből álló testek egyfajta belső mozgása. A molekuláris kinetikus elmélet fejlődéséhez nagymértékben hozzájárult a nagy orosz tudós, MV Lomonosov. Lomonosov úgy tekintette a hőt, mint az anyag részecskéinek forgó mozgását. Az ő elmélete segítségével teljesen helyes magyarázatot adott az olvadásról, a párolgásról és a hővezetőképességről. Azt a következtetést vonta le, hogy van egy "legnagyobb vagy utolsó hidegségi fok", amikor az anyag részecskéinek mozgása megszűnik
A molekuláris-kinetikus elmélet megteremtésének nehézségei azonban azt a tényt hozták, hogy csak a 20. század elején nyerte meg a végső győzelmet. Az a tény, hogy a molekulák száma makroszkopikus testekben hatalmas, és lehetetlen nyomon követni az egyes molekulák mozgását. Az egyes molekulák mozgásának törvényei alapján meg kell tanulni, hogy megtalálják azt az átlagos eredményt, amelyhez az összesített mozgásuk vezet. Az összes molekula mozgásának ez az átlagos eredménye, amely meghatározza a termikus jelenségeket makroszkopikus testekben.
Termodinamika. Az anyagnak sok olyan tulajdonsága van, amelyet tanulmányozhat anélkül, hogy felépülne. A termikus jelenségek olyan műszerek által rögzített mennyiségekkel írhatók le, mint például manométer és hőmérő, amelyek nem reagálnak az egyes molekulák hatásaira.
A XIX. Század közepén. az energiatakarékosság törvényének felfedezése után épült meg a termikus folyamatok első természettudományos elmélete - termodinamika. A termodinamika a termikus jelenségek elmélete, amelyben a testek molekuláris szerkezetét nem veszik figyelembe. Ez a tanulmány a hő felhasználásának optimális feltételeinek tanulmányozására szolgált, mielőtt a molekuláris kinetikai elmélet egyetemesen elfogadható volt.
Termodinamika és statisztikai mechanika. Jelenleg mind a termodinamikát, mind a molekuláris kinetikus elméletet, amelyet statisztikai mechanizmusnak is neveznek, a tudomány és a technológia területén használják. Ezek az elméletek kölcsönösen kiegészítik egymást.
Kezdetben a molekuláris-kinetikus elmélet alapvető helyiségeiben fogunk élni, amelyet részben a hatodik és a hetedik osztály fizikája során ismerünk. Ezután megismerjük a legegyszerűbb rendszer kvantitatív molekuláris kinetikus elméletét - egy viszonylag alacsony sűrűségű gáz.