тепловое движение при каких температурах существует

Тепловое движение при каких температурах существует

Тепловые явления – это явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, а также с изменением их агрегатного состояния.

Все тепловые явления связаны с температурой.

Все тела характеризуются состоянием своего теплового равновесия. Главной характеристикой теплового равновесия является температура.

Температура – это мера «нагретости» тела.

Поскольку температура является физической величиной, то её можно и нужно измерить. Для измерения температуры используется прибор, который называется термометр (от греч. термо – тепло, метрео – измеряю).

Первый термометр (а, точнее, его аналог) изобрёл Галилео Галилей. Изобретение Галилея, которое он представил своим студентам на лекциях в университете в конце XVI века (1597 г.), было названо термоскопом.

Любой термометр основан на следующем принципе: изменение физических свойств веществ в зависимости от температуры.

Опыт Галилея

Рис. 1. Опыт Галилея

тепловое движение при каких температурах существует. 23. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-23. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка 23

Опыт Галилея (см. Рис. 1) состоял в следующем: он взял колбу с длинной ножкой и наполнил её водой. Затем взял стакан с водой и перевернул колбу ножкой вниз, поставив в стакан. Часть воды, естественно, вылилась, однако, в результате, в ножке остался определённый уровень воды. Если теперь нагревать колбу (в которой находится воздух), то уровень воды будет опускаться, а если охлаждать, то, наоборот, повышаться. Это связано с тем, что при нагревании вещества (в частности, воздух) имеют свойство расширяться, а при охлаждении – наоборот, сужаться (именно поэтому рельсы делают несплошными, а провода между столбами иногда немного провисают).

Эта идея и легла в основу первого термоскопа, который позволял оценивать изменение температуры (точно измерить температуру таким термоскопом нельзя, так как его показания будут сильно зависеть от атмосферного давления).

В это же время была введена так называемая градусная шкала. Само слово «градус» в переводе с латинского означает «ступень».

На сегодняшний день сохранились три основные шкалы.

1. Шкала Цельсия

Наибольшее распространение получение шкала, которая с детства известна каждому – шкала Цельсия.

Андерс Цельсий – шведский астроном, который предложил следующую шкалу температур: 0 о С – температура кипения воды; 100 о С – температура замерзания воды. В настоящее время все мы привыкли к перевёрнутой шкале Цельсия.

Примечание: сам Цельсий говорил, что такой выбор шкалы вызван простым фактом: зато зимой не будет отрицательной температуры.

2. Шкала Фаренгейта

В Англии, США, Франции, Латинской Америке и некоторых других странах популярностью пользуется шкала Фаренгейта.

Габриель Фаренгейт – немецкий исследователь – инженер, который впервые применил свою собственную шкалу для изготовления стекла. Шкала Фаренгейта более тонкая: по размерности градус шкалы Фаренгейта меньше градуса шкалы по Цельсию.

3. Шкала Реомюра

Техническая шкала придумана французским исследователем Р. А. Реомюром. По этой шкале 0 соответствует температуре замерзания воды, а вот в качестве температуры кипения воды Реомюром была выбрана температура в 80 градусов.

Кем и
когда
введена.

А. Цельсия
шведский
астроном, физик
1742 г.

Фаренгейт
стеклодув из Голландии
1724 г.

Реомюр французский физик
1726 г.

Томсон
(лорд Кельвин)
английский физик
1848 г.

Наличие положительных и отрицательных температур

0 о C
– температура таяния льда,
100 о C
– температура кипения воды.

32F
– температура таяния льда,
212F
– температура кипения воды.

0R
– температура таяния
льда,
80R
– температура кипения воды.

0K – абсолютный нуль,
273К
– температура таяния льда
Т = t + 273

Самая высокая температура.

Она получена в центре взрыва термоядерной бомбы – около 300. 400 млн °C. Максимальная температура, достигнутая в ходе управляемой термоядерной реакции на испытательной термоядерной установке ТОКАМАК в Принстонской лаборатории физики плазмы, США, в июне 1986г., составляет 200 млн °C.

Самая низкая температура.

Напомним, что при изменении температуры тела изменяются его линейные размеры (при нагревании – расширяются, при охлаждении – сужаются). Это связано с поведением молекул. При нагревании увеличивается скорость движения частиц, соответственно, они начинают чаще взаимодействовать, и объём увеличивается.

Из этого можно сделать вывод, что температура связана с движением частиц, из которых состоят тела (это относится и к твёрдым, и к жидким, и к газообразным телам).

Движение частиц в газах является беспорядочным (так как молекулы и атомы в газах практически не взаимодействуют).

Движение частиц в жидкостях является «скачкообразным», то есть: молекулы ведут «осёдлый образ жизни», но способны «перепрыгивать» с одного места на другое. Этим определяется текучесть жидкостей.

Движение частиц в твёрдых телах называется колебательным.

Таким образом, все частицы находятся в непрерывном движении. Это движение частиц называется тепловым движением (беспорядочное, хаотическое движение).

Это движение никогда не останавливается (до тех пор, пока у тела есть температура).

Подтвердил наличие теплового движения в 1827 году английский ботаник Роберт Броун, по имени которого данное движение называют броуновским движением.

Рассмотрим в заключении ещё один опыт – опыт французского учёного Гильома Амонтона, который в 1702 году изобрёл так называемый газовый термометр. С небольшими изменениями этот термометр дошёл и до наших дней.

Опыт Амонтона

Рис. 2. Опыт Амонтона

тепловое движение при каких температурах существует. 24. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-24. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка 24

Возьмём колбу с водой и заткнём её пробкой с тонкой трубкой (см. Рис. 2). Если теперь нагревать воду, то за счёт расширения воды, её уровень в трубке будет повышаться. По уровню поднятия воды в трубке можно сделать вывод об изменении температуры. Преимущество термометра Амонтона состоит в том, что он не зависит от атмосферного давления.

На этом уроке мы рассмотрели такую важную физическую величину, как температура. Изучили способы её измерения, характеристики и свойства. На дальнейших уроках мы изучим такое понятие, как внутренняя энергия.

Источник

Определение теплового движения в физике

Все вещества имеют молекулярное строение. Мельчайшие частицы — молекулы — постоянно передвигаются, беспорядочно, хаотично. В ходе движения они сталкиваются друг с другом и разлетаются в разные стороны. Скорость такого движения зависит от температуры вещества: чем она выше, тем скорость больше. Отсюда название — тепловое движение.

Понятие теплового движения в физике

Хаотичное движение мельчайших частиц, составляющих структуру вещества, называют тепловым движением. В роли мельчайших частиц выступают молекулы и атомы. Совершая беспорядочные движения в пространстве, молекулы определяют температуру тела.

Движение молекул обнаружил Роберт Броуну который в 1827 году наблюдал за спорами грибов и растений. Он помещал их в жидкость и видел, что они непрерывно колеблются. При этом Броун утверждал, что амплитуда движения мелких частиц больше, чем крупных.

Объяснить причину происходящего Броун не мог, однако такой вид движения получил название в его часть — броуновское. Движения соседних молекул не уравновешивают друг друга, поскольку силы ударов не одинаковы.

Только в 1905 году Эйнштейн описал математическую модель названного движения, представил научному миру уравнение для вычисления коэффициента диффузии частиц.

«Диффузия» означает растекание, распространение. Это происходит, когда атомы одного вещества распространяются внутри другого. Такое явление возможно в газах, жидкостях и твердых веществах. Таким образом происходит выравнивание концентраций двух веществ, а также их температур. Так распространяются запахи, растворяется соль и сахар.

Скорость диффузии увеличивается при нагревании вещества.

Тепловое движение в различных веществах

Утверждение про хаотичное движение микрочастиц касается газа. При этом траекторию их движения невозможно просчитать, поскольку ее меняют постоянные столкновения молекул (атомов) между собой и со стенками сосуда, в котором вещество заключено.

Рассматривая жидкость, под хаотичным движением подразумевают колебания микрочастиц в районе своего равновесия. При этом иногда молекулы (атомы) способны перескакивать из одного места в другое. Касательно твердых тел, тепловое движение — это колебательные подергивания структурных единиц возле своего равновесного положения. При нагревании эти подергивания усиливаются и на определенном этапе становятся настолько сильными, что могут спровоцировать изменения агрегатного состояния вещества.

Какие молекулы участвуют

В тепловом движении участвуют все молекулы вещества, более интенсивно в том месте, которое нагревается.

К примеру, если температура азота 15оС, 59% его молекул движутся со скоростью 300-700 м/с (в среднем 500 м/с). Скорость менее 100 м/с имеют 0,6% молекул, а свыше 1000 м/с — порядка 5,4%.

Доказано, что с увеличением массы молекул их скорость меньше, чем у мелких.

Способы изменения скорости движения молекул

Скорость движения мельчайших частиц вещества зависит от следующих свойств:

Опытным путем было доказано, что скорость движения частиц прямо пропорциональна изменению температуры вещества.

Если два вещества, имеющие различную температуру, соединяются, между ними через определенное время устанавливается тепловое равновесие, т.е. их температура становится одинаковой. Научное объяснение этого факта заключается в уравновешивании кинетической энергии всех частиц.

Температура, абсолютная шкала температур

Для измерения температуры вещества применяется термометр. Температура, при которой прекращается тепловое движение молекул, называется абсолютным нулем. На шкале Кельвина это 0К.

Существует еще одна шкала для измерения температуры тела — шкала Цельсия, в которой основными точками являются 0оС и 100оС.

Измеряя температуру, производят вычисление средней кинетической энергии. Связь между этими понятиями отражает постоянная Больцмана.

Энергия теплового движения молекул, формула

Молекулярно-кинетическая теория предполагает, что молекулы газа являются упругими шариками, которые воздействуют друг на друга и на стенки сосуда. Однако объем сосуда предполагается намного большим, чем суммарный объем всех молекул, поэтому задачей является изучение связи между массой, скоростью, энергией частиц и давлением, объемом, температурой.

Сталкиваясь друг с другом, молекулы меняют направление движения и скорость, однако между столкновениями их движение — прямолинейные и равномерный процесс.

Когда устанавливается тепловое равновесие, газы приобретают одинаковую температуру, которая не определяется родом газа. Данное свойство характерно для идеального газа. Ранее в статье обращалось внимание, что температура выше у того газа, молекулы которого движутся быстрее. Следовательно, нагревание газа приводит к увеличению его давления на стенки сосудов. Этот параметр прямо пропорционален средней кинетической энергии движущихся молекул.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории гласит, что давление P находится в прямо пропорциональной зависимости от средней кинетической энергии поступательного движения частиц. При этом, когда устанавливается тепловое равновесие, то такие признаки, как давление и объем газа, фиксируются, а средняя кинетическая энергия приобретает постоянное значение (как и температура газа).

Уравнение, выражающее связь между средней кинетической энергией молекул и температурой, имеет следующий вид:

В уравнении присутствует величина, равна отношению R к NА. Было установлено, что эта величина является идентичной для всех компонентов. Это постоянная Больцмана.

С учетом постоянной Больцмана формула упрощается:

Еще одна разновидность уравнения, выражающая соотношение внутреннего (концентрация молекул) и внешнего (температура) факторов, выглядит следующим образом:

Следовательно, если температура и давление газов одинаковы, концентрация их молекул так же равна. Следствием этого утверждения является закон Авогадро: равные объемы газов при аналогичных условиях (температура и давление) содержат равное число молекул.

Квадратичная скорость теплового движения

Измерить скорость теплового движения молекул удалось немецкому физику О. Штерну (1920). Формула, которую он вывел, имеет вид:

При решении задач среднюю квадратичную скорость движения молекул веществ можно определить по специальной таблице:

Источник

Тепловое движение. Температура

Урок 1. Физика 8 класс (ФГОС)

тепловое движение при каких температурах существует. 20210413 vu tg sbscrb2. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-20210413 vu tg sbscrb2. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка 20210413 vu tg sbscrb2

тепловое движение при каких температурах существует. 1. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-1. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка 1

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

тепловое движение при каких температурах существует. 20210706 unblock slide1. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-20210706 unblock slide1. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка 20210706 unblock slide1

тепловое движение при каких температурах существует. 20210706 unblock slide2. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-20210706 unblock slide2. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка 20210706 unblock slide2

тепловое движение при каких температурах существует. 20210706 unblock slide3. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-20210706 unblock slide3. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка 20210706 unblock slide3

Конспект урока «Тепловое движение. Температура»

Из химии и физики 7 класса вы знаете, что все вещества имеют дискретное строение. Иными словами, они состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул, между которыми существуют промежутки.

тепловое движение при каких температурах существует. image001. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image001. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image001

Размеры атомов и молекул настолько малы, что увидеть их без сильных электронных микроскопов не удаётся. Но большое количество разнообразных наблюдаемых явлений подтверждают дискретность веществ. Среди них и хорошо знакомое вам явление диффузии — самопроизвольное проникновение одного вещества в другое.

тепловое движение при каких температурах существует. image002. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image002. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image002

Диффузия в жидкости

Однако самым убедительным доказательством дискретного строения вещества является броуновское движение. Давайте посмотрим, в чем его суть.

Броуновское движение — это беспорядочное движение малых частиц вещества, взвешенных в жидкости или газе.

Взвешенными называются частицы, плотность вещества которых сравнима с плотностью среды, в которой они находятся. При этом размеры этих частиц в тысячу с лишним раз превышают размеры молекул.

Впервые такое движение наблюдал английский ботаник Р. Броун в 1827 г. Он рассматривал движение частиц цветочной пыльцы в воде под микроскопом. Каждая частица пыльцы совершала причудливое зигзагообразное движение.

тепловое движение при каких температурах существует. image003. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image003. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image003

Постепенно становилось понятным, что мельчайшие частички вещества испытывают со всех сторон удары ещё более мелких частиц, которые в микроскоп уже не видны.

Открытое Р. Броуном движение неоспоримо доказало факт того, что все вещества состоят из атомов и молекул. И самое главное, что эти мельчайшие частицы вещества находятся в непрерывном беспорядочном движении, интенсивность которого зависит от температуры вещества. Чем выше температура, тем быстрее двигаются молекулы вещества, и наоборот. Именно поэтому броуновское движение ещё называют тепловым движением.

А что такое температура?

Многие из вас наверняка приведут примеры того, что температура горячей воды больше чем холодной. А кто-то скажет, что температура на улице зимой ниже, чем летом.

тепловое движение при каких температурах существует. image004. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image004. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image004

Стакан с холодной и горячей водой

Температура — это физическая величина, которая характеризует тепловое состояние тела (степень его «нагретости»).

Однако наши с вами ощущения неоднозначны и зависят от состояния человека и окружающей среды. Так, например, в одной и той же комнате металлические предметы всегда кажутся более холодными, чем деревянные или пластмассовые.

Или вот ещё один пример — опыт, который вы можете провести в домашних условиях. Погрузим на некоторое время одну руку в горячую воду, а другую — в холодную. Теперь, если мы обе руки поместим в воду при комнатной температуре и попытаемся на основании своих ощущений установить, какая в сосуде вода — холодная или горячая, то, на удивление, у нас ничего не получится, поскольку наши ощущения будут разными: рука, которая находилась в горячей воде, будет чувствовать холод, а рука, находившаяся в холодной воде, будет ощущать тепло.

Поэтому, для того, чтобы сделать те или иные выводы о температуре тела, её необходимо измерить. Для измерения температуры используется специальный измерительный прибор — термометр. Его действие основано на зависимости свойств тела от температуры (расширение тел при нагревании и их сжатие при охлаждении).

тепловое движение при каких температурах существует. image005. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image005. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image005

Единицей измерения температуры является градус Цельсия.

Эта единица была названа в честь шведского учёного А. Цельсия, предложившего использовать стоградусную шкалу температур. За 0 о С в ней принимается температура тающего льда, а за 100 о С — температура кипения воды при нормальных условиях.

тепловое движение при каких температурах существует. image006. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image006. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image006

Помимо шкалы Цельсия, существуют и другие температурные шкалы. Например, термометры со шкалой Фаренгейта до сих пор применяют в Англии и Америке. За 0 о в этой шкале была принята температура самой холодной зимы в Голландии в 1709 г., а вторая точка соответствовала нормальной температуре человеческого тела — 98 о F.

тепловое движение при каких температурах существует. image007. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image007. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image007

Во Франции долгое время использовалась шкала Реомюра, которая в настоящее время вышла из употребления.

тепловое движение при каких температурах существует. image008. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image008. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image008

В физике, в частности в термодинамике, используется шкала Кельвина. В ней температура отсчитывается от абсолютного нуля — то есть от минимальной теоретически возможной температуры тела. В нашей привычной шкале — шкале Цельсия, эта температура равняется −273,15 о С.

тепловое движение при каких температурах существует. image009. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image009. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image009

Вы конечно знаете, что при любой температуре вещество, например, вода, состоит из одних и тех же молекул. Иными словами, молекулы холодной воды ничем не отличаются от молекул воды горячей. Но что же тогда меняется в воде при изменении её температуры?

Изменяется скорость движения молекул. Чем быстрее двигаются молекулы в веществе, тем более высокой является температура вещества, и наоборот. Т. е., температура зависит от скорости движения молекул.

Но только ли от скорости молекул зависит температура тела? Например, при средней скорости движения молекул в 440 м/с кислород имеет температуру 20 о С, а азот — 16 о С. Это обусловлено тем, что молекулы азота легче молекул кислорода. Следовательно, температура зависит и от массы молекул.

В 7 классе вы познакомились с величиной, которая также зависела от скорости и массы — это кинетическая энергия.

Поэтому можно утверждать, что температура является мерой средней кинетической энергии молекул тела.

Теперь выясним каковы особенности броуновского движения в различных агрегатных состояниях вещества.

Вы уже знаете, что расстояние между молекулами у газов достаточно большое, и намного больше чем у жидкостей и твёрдых тел. Но силы взаимодействия между молекулами газа ничтожно малы. Поэтому молекула в газе двигается свободно до момента столкновения с другой молекулой. При столкновении молекула меняет направление своего движения и вновь движется свободно до следующего столкновения. Именно поэтому газы не сохраняют своей формы и занимают весь предоставленный им объём.

тепловое движение при каких температурах существует. image010. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image010. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image010

Расположение молекул в газе

Тепловое движение молекул жидкости другое. Расстояния между молекулами жидкости намного меньше, чем в газах, а сами молекулы связаны друг с другом силами притяжения и отталкивания. Поэтому они совершают беспорядочные колебания и вращения в одном положении, а также могут перемещаться относительно друг друга.

тепловое движение при каких температурах существует. image011. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image011. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image011

Расположение молекул в газе

Наличие сил притяжения между молекулами обеспечивает жидкости сохранение объёма, а перемещения — текучесть. Поэтому жидкость и сохраняет свой объем, но не сохраняет форму, а принимает форму того сосуда, в котором она находится.

В твёрдых телах частицы связаны между собой сильнее, чем в жидкостях. Поэтому их тепловое движение главным образом сводится к хаотичному колебанию около своего положения равновесия.

тепловое движение при каких температурах существует. image012. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-image012. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка image012

Расположение молекул в газе

Сильное взаимодействие в твёрдом веществе частиц друг с другом, и отсутствие у них подвижности, приводит к тому, что твёрдые тела сохраняют свою форму и объём.

Источник

При каких температурах существует тепловое движение

В окружающем нас мире происходят различного рода физические явления, которые напрямую связанны с изменением температуры тел. Еще с детства мы знаем, что холодная вода при нагревании сначала становится едва теплой и лишь спустя определенное время горячей.

Такими словами как «холодный», «горячий», «теплый», мы определяем различную степень «нагретости» тел, или, если говорить языком физики на различную температуру тел. Температура теплой воды немного выше температуры прохладной воды. Если сравнивать температуру летнего и зимнего воздуха, то разница в температуре очевидна.

Температура тел измеряется с помощью термометра и выражается в градусах Цельсия (°C).

Как известно, диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Из этого следует, что скорость перемещения молекул и температура глубоко взаимосвязаны между собой. Если увеличить температуру, то скорость движения молекул увеличится, если уменьшить – понизится.

Таким образом, делаем вывод: температура тела напрямую зависит от скорости перемещения молекул.

Горячая вода состоит из абсолютно таких же молекул, как и холодная. Разница между ними состоит лишь в скорости передвижения молекул.

Явления, которые имеют отношение к нагреву или охлаждению тел, изменению температуры, получили название тепловые. К ним можно отнести нагревание или охлаждение воздуха, плавку метала, таяние снега.

Молекулы, либо атомы, которые являются основой всех тел, находятся в бесконечном хаотичном движении. Количество подобных молекул и атомов в окружающих нас телах огромно. В объеме равном 1 см³ воды, содержится приблизительно 3,34 · 10²² молекул. Любая молекула имеет очень сложную траекторию движения. К примеру, частицы газа, передвигающиеся с большими скоростями в различных направлениях, могут сталкиваться как друг c другом, так и со стенками сосуда. Таким образом, они меняют свою скорость и опять продолжают движение.

Рисунок №1 демонстрирует беспорядочное движение частиц краски, растворенных в воде.

Таким образом, делаем еще один вывод: хаотичное движение частиц, которые составляют тела, называют тепловым движением.

Хаотичность является важнейшей чертой теплового движения. Одним из самых главных доказательств движения молекул является диффузия и Броуновское движение. (Броуновское движение – движение мельчайших твердых частиц в жидкости под воздействием ударов молекул. Как показывает наблюдение, Броуновское движение не может прекратиться).

В жидкостях молекулы могут колебаться, вращаться и двигаться относительно других молекул. Если брать твердые тела, то в них молекулы и атомы колеблются около некоторых средних положениях.

В тепловом движении молекул и атомов участвуют абсолютно все молекулы тела, именно поэтому с изменением теплового движения меняется и состояние самого тела, его различные свойства. Таким образом, если повысить температуру льда то он начинает таять, принимая при этом уже абсолютно другую форму – лед становится жидкостью. Если же наоборот, понижать температуру, к примеру, ртути, то она изменит свои свойства и из жидкости, превратится в твердое тело.

Ттепловое движение при каких температурах существует. . тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинкаемпература тела напрямую зависит от средней кинетической энергии молекул. Делаем очевидный вывод: чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул. И, наоборот, при понижении температуры тела, средняя кинетическая энергия его молекул уменьшается.

Если у вас остались вопросы, или вы хотите узнать больше о тепловом движении и температуре, зарегистрируйтесь на нашем сайте и получите помощь репетитора.

Остались вопросы? Не знаете, как сделать домашнее задание?
Чтобы получить помощь репетитора – зарегистрируйтесь.
Первый урок – бесплатно!

Зарегистрироваться

© blog.tutoronline.ru,
при полном или частичном копировании материала ссылка на первоисточник обязательна.

Температура и скорость

Скорость теплового движения молекул зависит от температуры вещества. Чем выше температура, тем они движутся быстрее. Именно температура является мерой того, насколько интенсивно движутся молекулы или атомы.

Для повышения температуры нужно передать телу некоторое количество теплоты. Эта теплота идет на увеличение внутренней энергии тела. В нее вносят вклад кинетическая и потенциальная энергия молекул или атомов, составляющих вещество. Чем больше их энергия, тем быстрее они движутся.

Большинство молекул перемещается со скоростью, близкой к средней, и лишь небольшое их число имеет скорость намного меньшую или намного большую. Относительное число молекул, движущихся с определенной скоростью, можно найти с помощью функции распределения Максвелла по скоростям. Формулу это функции открыл Джеймс Клерк Максвелл. Из распределения Максвелла можно найти:

Также скорость передвижения частиц зависит от их массы. Чем масса больше, тем медленнее они движутся.

Доказательства явления

Для доклада на тему «Что называется тепловым движением» важно рассмотреть доказательства. Это броуновское движение и диффузия. Броуновское движение — это хаотическое перемещение взвешенных в жидкости твердых частиц. Броун впервые наблюдал такое поведение частичек пыльцы в воде.

Если посмотреть в микроскоп на взвешенную в воде пыльцу, будет видно, что частичка беспорядочно движется. Почему так происходит? Поскольку масса частички пыльцы сравнима с массой молекулы, эти удары заставляют ее двигаться скачками, так как в каждый момент времени случайным образом количество ударов с одной стороны оказывается больше, чем с другой.

Иногда понятие теплового движения в физике путают с понятием броуновского, однако это ошибка. Тепловым движением называют перемещение частиц самого вещества, тогда как под броуновским — частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Именно тепловым движением объясняется явление диффузии. Она может происходить в разных классах веществ, даже в твердых телах, но там она идет значительно медленнее, чем в газах или жидкостях.

При диффузии частицы одного вещества проникают между частицами другого. При этом они движутся от области с большей концентрацией в область с меньшей, и концентрация сама по себе с течением времени выравнивается.

Примеры диффузии — это растворение сахара, соли и других веществ в воде, распространение запахов. При этом с ростом температуры растет и скорость диффузии, так как передвижение молекул становится интенсивнее.

Тепловое движение в различных веществах

Частицы любого вещества совершают тепловое движение. Но в зависимости от того, какое состояние рассматривается, этот процесс несколько отличается:

Эти различия связаны с отличием в строении разных агрегатных состояний.

В газе частицы мало взаимодействуют друг с другом и расположены неупорядоченно. Они имеют разные скорости и двигаются в различных направлениях.

В жидкостях существует только ближний порядок, то есть близко расположенные частицы взаимодействуют друг с другом сильнее, чем относительно удаленные. Они могут колебаться около положения равновесия, образовывать слои и перемещаться из одного в другой.

В твердых телах существует дальний порядок, атомы или молекулы обычно образуют кристаллическую решетку и находятся в ее узлах. Такая структура не дает им свободно перемещаться.

Тепловым движением называется непрерывное хаотическое перемещение частиц вещества. Оно характерно для любых веществ, а интенсивность его зависит от температуры. Доказать явление можно, рассматривая броуновское движение и диффузию.

тепловое движение при каких температурах существует. img 5a637a9cbe9c8. тепловое движение при каких температурах существует фото. тепловое движение при каких температурах существует-img 5a637a9cbe9c8. картинка тепловое движение при каких температурах существует. картинка img 5a637a9cbe9c8

1. В 1827 г. английский ботаник Р. Броун, изучая с помощью микроскопа частички цветочной пыльцы, взвешенные в воде, заметил, что эти частички совершают беспорядочное движение; они как бы дрожат в воде.

Причину движения частиц пыльцы долго не могли объяснить. Сам Броун предположил вначале, что они движутся, потому что они живые. Движение частиц пытались объяснить неодинаковым нагреванием разных частей сосуда, происходящими химическими реакциями и т.д. Лишь значительно позже поняли истинную причину движения частиц, взвешенных в воде. Эта причина — движение молекул.

Молекулы воды, в которой находится частица пыльцы, движутся и ударяются о неё. При этом с разных сторон о частицу ударяется неодинаковое число молекул, что и приводит к её перемещению.

Пусть в момент времени ​( t_1 )​ под действием ударов молекул воды частица переместилась из т. А в т. В. В следующий момент времени большее число молекул ударяется о частицу с другой стороны, и направление её движения изменяется, она перемещается из т. В в т. С. Таким образом, движение частицы пыльцы является следствием движения и ударов о неё молекул воды, в которой пыльца находится (рис. 65). Подобное явление можно наблюдать, если поместить в воду частицы краски или сажи.

На рисунке 65 показана траектория движения частицы пыльцы. Видно, что нельзя говорить о каком-то определённом направлении её движения; оно всё время меняется.

Поскольку движение частицы — следствие движения молекул, то можно заключить, что молекулы движутся беспорядочно (хаотически). Иными словами, нельзя выделить какое-то определённое направление, в котором движутся все молекулы.

Движение молекул никогда не прекращается. Можно сказать, что оно непрерывно. Непрерывное хаотическое движение атомов и молекул называют тепловым движением. Такое название определяется тем, что скорость движения молекул зависит от температуры тела.

Поскольку тела состоят из большого числа молекул и движение молекул беспорядочно, то нельзя точно сказать, сколько ударов будет испытывать та или иная молекула со стороны других. Поэтому говорят, что положение молекулы, её скорость в каждый момент времени случайны. Однако это не означает, что движение молекул не подчиняется определённым законам. В частности, хотя скорости молекул в некоторый момент времени различны, у большинства из них значения скорости близки к некоторому определённому значению. Обычно, говоря о скорости движения молекул, имеют в виду среднюю скорость ​( (v_<ср>) )​.

2. С точки зрения движения молекул можно объяснить такое явление, как диффузия.

Диффузией называется явление проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества.

Мы ощущаем запах духов на некотором расстоянии от флакона. Это объясняется тем, что молекулы духов, так же как и молекулы воздуха, движутся. Между молекулами существуют промежутки. Молекулы духов проникают в промежутки между молекулами воздуха, а молекулы воздуха — в промежутки между молекулами духов.

Диффузию жидкостей можно наблюдать, если в мензурку налить раствор медного купороса, а сверху — воду так, чтобы между этими жидкостями была резкая граница. Через два-три дня можно заметить, что граница уже не будет такой резкой; через неделю она совсем размоется. Спустя месяц жидкость станет однородной и во всем сосуде будет окрашена одинаково (рис. 66).

В этом опыте молекулы медного купороса проникают в промежутки между молекулами воды, а молекулы воды — в промежутки между молекулами медного купороса. При этом следует иметь в виду, что плотность медного купороса больше, чем плотность воды.

Опыты показывают, что диффузия в газах происходит быстрее, чем в жидкостях. Это объясняется тем, что газы имеют меньшую плотность, чем жидкости, т.е. молекулы газов расположены на больших расстояниях друг от друга. Ещё медленнее происходит диффузия в твёрдых телах, поскольку молекулы твёрдых тел находятся ещё ближе друг к другу, чем молекулы жидкостей.

В природе, технике, быту можно обнаружить множество явлений, в которых проявляется диффузия: окрашивание, склеивание и др. Диффузия имеет большое значение в жизни человека. В частности, благодаря диффузии кислород в организм человека поступает не только через лёгкие, но и через кожу. По этой же причине питательные вещества проникают из кишечника в кровь.

Скорость диффузии зависит не только от агрегатного состояния вещества, но и от температуры.

Если приготовить два сосуда с водой и медным купоросом для проведения опыта по диффузии и один из них поставить в холодильник, а другой оставить в комнате, то можно обнаружить, что при более высокой температуре диффузия будет происходить быстрее. Это происходит потому, что при повышении температуры быстрее движутся молекулы. Таким образом, скорость движения молекул
и температура тела связаны между собой.

Чем больше средняя скорость движения молекул тела, тем выше его температура.

3. Молекулярная физика в отличие от механики изучает системы (тела), состоящие из большого числа частиц. Эти тела могут находиться в различных состояниях.

Величины, характеризующие состояние системы (тела), называются параметрами состояния. К параметрам состояния относят давление, объём, температуру.

Возможно такое состояние системы, при котором параметры, характеризующие его, остаются неизменными сколь угодно долго при отсутствии внешних воздействий. Это состояние называется тепловым равновесием.

Так, объём, температура, давление жидкости в сосуде, находящейся в тепловом равновесии с воздухом в комнате, не изменяются, если для этого не будет каких-либо внешних причин.

4. Состояние теплового равновесия системы характеризует такой параметр, как температура. Особенностью его является то, что значение температуры во всех частях системы, находящейся в состоянии теплового равновесия, одинаково. Если опустить в стакан с горячей водой серебряную ложку (или ложку из любого другого металла), то ложка будет нагреваться, а вода — остывать. Это будет происходить до тех пор, пока не наступит тепловое равновесие, при котором ложка и вода будут иметь одинаковую температуру. В любом случае, если взять два различно нагретых тела и привести их в соприкосновение, то более нагретое тело будет остывать, а более холодное — нагреваться. Через некоторое время система, состоящая из этих двух тел, придёт в тепловое равновесие, и температура этих тел станет одинаковой.

Так, одинаковой станет температура ложки и воды, когда они придут в тепловое равновесие.

Температура — это физическая величина, которая характеризует тепловое состояние тела.

Так, температура горячей воды выше, чем холодной; зимой температура воздуха на улице ниже, чем летом.

Единицей температуры является градус Цельсия (°С). Температуру измеряют термометром.

В основе устройства термометра и соответственно способа измерения температуры лежит зависимость свойств тел от температуры, в частности свойство тела расширяться при нагревании. В термометрах могут быть использованы разные тела: и жидкие (спирт, ртуть), и твёрдые (металлы) и газообразные. Их называют термометрическими телами. Термометрическое тело (жидкость или газ) помещают в трубку, снабжённую шкалой, её приводят в соприкосновение с телом, температуру которого хотят измерить.

При построении шкалы выбирают две основные (реперные, опорные) точки, которым приписывают определённые значения температуры, и интервал между ними делят на несколько частей. Значение каждой части соответствует единице температуры по данной шкале.

Температуру по абсолютной шкале обозначают буквой ​( T )​. Связь между температурой по абсолютной шкале ​( (T) )​ и температурой по шкале Цельсия ​( (^circ) )​ выражается формулой:

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. Броуновское движение частиц краски в воде является следствием

1) притяжения между атомами и молекулами
2) отталкивания между атомами и молекулами
3) хаотического и непрерывного движения молекул
4) перемещения слоёв воды из-за разности температуры нижних и верхних слоёв

2. В какой из приведённых ниже ситуаций речь идёт о броуновском движении?

1) беспорядочное движение пылинок в воздухе
2) распространение запахов
3) колебательное движение частиц в узлах кристаллической решётки
4) поступательное движение молекул газа

А. Отсутствует выделенное направление движения молекул.
Б. Движение молекул не подчиняется никаким законам.

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

4. Положение молекулярно-кинетической теории строения вещества о том, что частицы вещества участвуют в непрерывном хаотическом движении, относится

1) только к газам
2) только жидкостям
3) только к газам и жидкостям
4) к газам, жидкостям и твёрдым телам

5. Какое (-ие) положение (-я) молекулярно-кинетической теории строения вещества подтверждает явление диффузии?

А. Молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении
Б. Между молекулами существуют промежутки

1) только А
2) только Б
3) и А, и Б
4) ни А, ни Б

6. При одинаковой температуре диффузия в жидкостях происходит

1) быстрее, чем в твёрдых телах
2) быстрее, чем в газах
3) медленнее, чем в твёрдых телах
4) с той же скоростью, что и в газах

7. Укажите пару веществ, скорость диффузии которых наименьшая при прочих равных условиях

1) раствор медного купороса и вода
2) пары эфира и воздух
3) железная и алюминиевая пластины
4) вода и спирт

8. Вода кипит и превращается в пар при температуре 100 °С. Средняя скорость движения молекул пара

1) равна средней скорости движения молекул воды
2) больше средней скорости движения молекул воды
3) меньше средней скорости движения молекул воды
4) зависит от атмосферного давления

9. Тепловое движение молекул

1) прекращается при 0 °С
2) прекращается при 100 °С
3) непрерывно
4) имеет определённое направление

10. Воду нагревают от комнатной температуры до 80 °С. Что происходит со средней скоростью движения молекул воды?

1) уменьшается
2) увеличивается
3) не изменяется
4) сначала увеличивается, а начиная с некоторого значения температуры, остаётся неизменной

11. Один стакан с водой стоит на столе в тёплом помещении, другой — в холодильнике. Средняя скорость движения молекул воды в стакане, стоящем в холодильнике

1) равна средней скорости движения молекул воды в стакане, стоящем на столе
2) больше средней скорости движения молекул воды в стакане, стоящем на столе
3) меньше средней скорости движения молекул воды в стакане, стоящем на столе
4) равна нулю

12. Из перечня приведённых ниже высказываний выберите два правильных и запишите их номера в таблицу

1) тепловое движение молекул происходит только при температуре большей 0 °С
2) диффузия в твёрдых телах невозможна
3) между молекулами одновременно действуют силы притяжения и силы отталкивания
4) молекула — это наименьшая частица вещества
5) скорость диффузии увеличивается с повышением температуры

13. В кабинет физики принесли ватку, смоченную духами, и сосуд, в который налили раствор медного купороса (раствор голубого цвета), а поверх осторожно налили воду (рис. 1). Было замечено, что запах духов распространился по объёму всего кабинета за несколько минут, тогда как граница между двумя жидкостями в сосуде исчезла только через две недели (рис. 2).

Выберите из предложенного перечня два утверждения, которые соответствуют результатам проведённых экспериментальных наблюдений. Укажите их номера.

1) Процесс диффузии можно наблюдать в газах и жидкостях.
2) Скорость диффузии зависит от температуры вещества.
3) Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества.
4) Скорость диффузии зависит от рода жидкостей.
5) В твёрдых телах скорость диффузии наименьшая.

Ответы

Тепловое движение атомов и молекул. Связь температуры вещества со скоростью хаотического движения частиц. Броуновское движение. Диффузия. Тепловое равновесие

Источник

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *