ფიზიკური სამყაროს მოვლენები განუყოფლად არის დაკავშირებული ტემპერატურის ცვლილებებთან. ყველა ადამიანი მას ადრეულ ბავშვობაში ეცნობა, როცა ხვდება, რომ ყინული ცივია და მდუღარე წყალი იწვის. ამავდროულად, გვესმის, რომ ტემპერატურის ცვლილების პროცესები მყისიერად არ ხდება. მოგვიანებით, სკოლაში, მოსწავლე გაიგებს, რომ ეს დაკავშირებულია თერმულ მოძრაობასთან. და ფიზიკის მთელი ნაწილი ეძღვნება ტემპერატურასთან დაკავშირებულ პროცესებს.
რა არის ტემპერატურა?
ეს არის სამეცნიერო კონცეფცია, რომელიც შემოღებულ იქნა ყოველდღიური ტერმინების ჩასანაცვლებლად. ყოველდღიურ ცხოვრებაში მუდმივად ჩნდება სიტყვები, როგორიცაა ცხელი, ცივი ან თბილი. ყველა მათგანი საუბრობს სხეულის გაცხელების ხარისხზე. ასე არის განსაზღვრული ფიზიკაში, მხოლოდ იმ დამატებით, რომ ეს არის სკალარული სიდიდე. ბოლოს და ბოლოს, ტემპერატურას არ აქვს მიმართულება, მაგრამ მხოლოდ რიცხვითი მნიშვნელობა აქვს.
ერთეულების საერთაშორისო სისტემაში (SI) ტემპერატურა იზომება ცელსიუს გრადუსებში (ºС). მაგრამ ბევრ ფორმულაში, რომლებიც აღწერს თერმული ფენომენებს, საჭიროა მისი გადაქცევა კელვინში (K). ამისთვისამისათვის არსებობს მარტივი ფორმულა: T \u003d t + 273. მასში T არის ტემპერატურა კელვინში, ხოლო t არის ცელსიუსში. აბსოლუტური ნულის ტემპერატურის კონცეფცია ასოცირდება კელვინის შკალასთან.
არსებობს კიდევ რამდენიმე ტემპერატურის სასწორი. ევროპასა და ამერიკაში, მაგალითად, ფარენჰეიტი (F) გამოიყენება. ამიტომ მათ უნდა შეეძლოთ წერა ცელსიუსში. ამისათვის გამოაკლეთ 32 წაკითხულებს F-ში, შემდეგ გაყავით 1-ზე, 8-ზე.
საშინაო ექსპერიმენტი
მის განმარტებაში, თქვენ უნდა იცოდეთ ისეთი ცნებები, როგორიცაა ტემპერატურა, თერმული მოძრაობა. და ამ გამოცდილების დასრულება მარტივია.
დასჭირდება სამი კონტეინერი. ისინი საკმარისად დიდი უნდა იყოს ისე, რომ ხელები ადვილად მოთავსდეს მათში. შეავსეთ ისინი სხვადასხვა ტემპერატურის წყლით. პირველში ძალიან ცივი უნდა იყოს. მეორეში - თბება. მესამეში ჩაასხით ცხელი წყალი, რომელშიც ხელის დაჭერა იქნება შესაძლებელი.
ახლა თავად გამოცდილება. მარცხენა ხელი ჩაყარეთ ცივ წყალში, მარჯვენა - ყველაზე ცხელთან ერთად. დაელოდე რამდენიმე წუთს. გამოიღეთ და დაუყოვნებლივ ჩაასხით თბილ წყალში.
შედეგი იქნება მოულოდნელი. მარცხენა ხელი იგრძნობს, რომ წყალი თბილია, ხოლო მარჯვენა - ცივი წყალი. ეს განპირობებულია იმით, რომ თერმული წონასწორობა პირველად იმ სითხეებთან არის დამყარებული, რომლებშიც თავდაპირველად ხელებია ჩაძირული. შემდეგ კი ეს ბალანსი მკვეთრად ირღვევა.
მოლეკულური კინეტიკური თეორიის ძირითადი პრინციპები
ის აღწერს ყველა თერმულ მოვლენას. და ეს განცხადებები საკმაოდ მარტივია. ამიტომ, თერმული მოძრაობის შესახებ საუბრისას, ეს დებულებები უნდა იყოს ცნობილიაუცილებელია.
პირველი: ნივთიერებები წარმოიქმნება ერთმანეთისგან გარკვეულ მანძილზე მდებარე ყველაზე პატარა ნაწილაკებით. უფრო მეტიც, ეს ნაწილაკები შეიძლება იყოს როგორც მოლეკულები, ასევე ატომები. და მათ შორის მანძილი ბევრჯერ აღემატება ნაწილაკების ზომას.
მეორე: ყველა ნივთიერებაში არის მოლეკულების თერმული მოძრაობა, რომელიც არასოდეს ჩერდება. ნაწილაკები მოძრაობენ შემთხვევით (ქაოტურად).
მესამე: ნაწილაკები ურთიერთქმედებენ ერთმანეთთან. ეს მოქმედება განპირობებულია მიზიდულობისა და მოგერიების ძალებით. მათი ღირებულება დამოკიდებულია ნაწილაკებს შორის მანძილზე.
ICB-ის პირველი დებულების დადასტურება
დამტკიცება იმისა, რომ სხეულები შედგება ნაწილაკებისგან, მათ შორის უფსკრულით არის მათი თერმული გაფართოება. ასე რომ, როდესაც სხეული თბება, მისი ზომა იზრდება. ეს ხდება ერთმანეთისგან ნაწილაკების მოცილების გამო.
ნათქვამის კიდევ ერთი დადასტურება არის დიფუზია. ანუ ერთი ნივთიერების მოლეკულების შეღწევა მეორის ნაწილაკებს შორის. უფრო მეტიც, ეს მოძრაობა ორმხრივია. დიფუზია უფრო სწრაფად მიმდინარეობს, რაც უფრო შორს არიან მოლეკულები. ამიტომ, გაზებში, ურთიერთშეღწევა ბევრად უფრო სწრაფად მოხდება, ვიდრე სითხეებში. ხოლო მყარ სხეულებში დიფუზიას წლები სჭირდება.
სხვათა შორის, ბოლო პროცესი ასევე ხსნის თერმულ მოძრაობას. ყოველივე ამის შემდეგ, ნივთიერებების ურთიერთშეღწევა ერთმანეთში ხდება გარედან ყოველგვარი ჩარევის გარეშე. მაგრამ მისი დაჩქარება შესაძლებელია სხეულის გაცხელებით.
MKT-ის მეორე პოზიციის დადასტურება
ნათელი მტკიცებულება იმისა, რომ არსებობსთერმული მოძრაობა არის ნაწილაკების ბრაუნის მოძრაობა. იგი განიხილება შეჩერებული ნაწილაკებისთვის, ანუ მათთვის, ვინც მნიშვნელოვნად აღემატება ნივთიერების მოლეკულებს. ეს ნაწილაკები შეიძლება იყოს მტვრის ნაწილაკები ან მარცვლები. და ისინი უნდა მოთავსდეს წყალში ან გაზში.
შეჩერებული ნაწილაკის შემთხვევითი მოძრაობის მიზეზი არის ის, რომ მასზე მოლეკულები მოქმედებენ ყველა მხრიდან. მათი ქმედება არასტაბილურია. ზემოქმედების სიდიდე დროის თითოეულ მომენტში განსხვავებულია. მაშასადამე, მიღებული ძალა მიმართულია ერთი მიმართულებით ან მეორე მიმართულებით.
თუ ვსაუბრობთ მოლეკულების თერმული მოძრაობის სიჩქარეზე, მაშინ მას განსაკუთრებული სახელი აქვს - ფესვი საშუალო კვადრატი. მისი გამოთვლა შესაძლებელია ფორმულით:
v=√[(3kT)/m0].
მასში T არის ტემპერატურა კელვინში, m0 არის ერთი მოლეკულის მასა, k არის ბოლცმანის მუდმივა (k=1, 3810 -23 J/K).
ICB-ის მესამე დებულების დადასტურება
ნაწილაკები იზიდავს და მოგერიდებათ. თერმულ მოძრაობასთან დაკავშირებული მრავალი პროცესის ახსნისას ეს ცოდნა მნიშვნელოვანი აღმოჩნდება.
ბოლოს და ბოლოს, ურთიერთქმედების ძალები დამოკიდებულია მატერიის მთლიან მდგომარეობაზე. ასე რომ, გაზებს ისინი პრაქტიკულად არ გააჩნიათ, რადგან ნაწილაკები ისე იშლება, რომ მათი ეფექტი არ ვლინდება. სითხეებში და მყარ სხეულებში ისინი აღქმადია და უზრუნველყოფენ ნივთიერების მოცულობის შენარჩუნებას. ამ უკანასკნელში ფორმის შენარჩუნების გარანტიაც აქვთ.
მიზიდულობისა და მოგერიების ძალების არსებობის დამადასტურებელია სხეულების დეფორმაციის დროს დრეკადობის ძალების გამოჩენა. ასე რომ, დრეკადობით, მოლეკულებს შორის მიზიდულობის ძალები იზრდება და თანშეკუმშვა - მოგერიება. მაგრამ ორივე შემთხვევაში ისინი სხეულს უბრუნებენ პირვანდელ ფორმას.
თერმული მოძრაობის საშუალო ენერგია
შეიძლება დაიწეროს ძირითადი MKT განტოლებიდან:
(pV)/N=(2E)/3.
ამ ფორმულაში p არის წნევა, V არის მოცულობა, N არის მოლეკულების რაოდენობა, E არის საშუალო კინეტიკური ენერგია.
მეორეს მხრივ, ეს განტოლება შეიძლება დაიწეროს შემდეგნაირად:
(pV)/N=kT.
თუ მათ დააკავშირებთ, მიიღებთ შემდეგ ტოლობას:
(2E)/3=kT.
მისგან გამომდინარეობს შემდეგი ფორმულა მოლეკულების საშუალო კინეტიკური ენერგიისთვის:
E=(3kT)/2.
აქედან ირკვევა, რომ ენერგია ნივთიერების ტემპერატურის პროპორციულია. ანუ როცა ეს უკანასკნელი იზრდება, ნაწილაკები უფრო სწრაფად მოძრაობენ. ეს არის თერმული მოძრაობის არსი, რომელიც არსებობს მანამ, სანამ აბსოლუტური ნულის გარდა სხვა ტემპერატურაა.
