Тепловое движение. Температура
Тепловое движение и температура. Постоянная Больцмана
В тепловом движении участвуют все молекулы вещества, поэтому с изменением характера теплового движения изменяется и состояние вещества, его свойства. Так, при повышении температуры вода закипает, превращаясь в пар. Если понижать температуру, вода замерзает и из жидкости превращается в твёрдое тело.
Температура является мерой интенсивности теплового движения молекул и характеризует состояние теплового равновесия системы макроскопических тел: все тела системы, находящиеся друг с другом в тепловом равновесии, имеют одну и ту же температуру.
Температуру измеряют термометром. В любом термометре используется изменение какого-либо макроскопического параметра в зависимости от изменения температуры.
Единицей измерения температуры в системе единиц СИ является градус Кельвина (К). Формула перехода от шкалы Цельсия к шкале температур Кельвина (абсолютной шкале) имеет вид:
где температура по шкале Цельсия.
Минимальной температуре соответствует нуль по абсолютной шкале. При абсолютном нуле тепловое движение молекул прекращается.
Чем выше температура тела, тем больше скорости теплового движения молекул, а, следовательно, тем большей энергией обладают молекулы тела. Таким образом, температура служит мерой кинетической энергии теплового движения молекул.
Средняя квадратичная скорость движения молекул
Средняя квадратичная скорость движения молекул вычисляется по формуле:
где постоянная Больцмана, Дж/К.
Средняя кинетическая энергия движения одной молекулы
Средняя кинетическая энергия движения одной молекулы:
Физический смысл постоянной Больцмана заключается в том, что эта постоянная определяет связь между температурой вещества и энергией теплового движения молекул этого вещества.
Важно отметить, что средняя энергия теплового движения молекул зависит только от температуры газа. При данной температуре средняя кинетическая энергия поступательного хаотического движения молекул не зависит ни от химического состава газа, ни от массы молекул, ни от давления газа, ни от объема, занимаемого газом.
Примеры решения задач
ru.solverbook.com
Опишите тепловое движение с точки зрения МКТ. Сформулируйте физический смысл понятий «диффузия», «броуновское движение
Теплово́е движе́ние — процесс хаотичного (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество. Чем выше температура, тем больше скорость движения частиц. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул. Хаотичность — важнейшая черта теплового движения. Важнейшими доказательствами существования движения молекул является Броуновское движение и диффузия. Неверно смешивать понятия «Тепловое движение» и «Броуновское движение». Броуновским называется движение видимых взвешенных в веществе частиц; тепловым — движение частиц самого вещества. Тепловое движение является причиной броуновского движения. ————————- Бро́уновское движе́ние — беспорядочное движение микроскопических видимых, взвешенных в жидкости или газе частиц твердого вещества, вызываемое тепловым движением частиц жидкости или газа. Броуновское движение никогда не прекращается. Броуновское движение связано с тепловым движением, но не следует смешивать эти понятия. Броуновское движение является следствием и свидетельством существования теплового движения. Броуновское движение — наиболее наглядное экспериментальное подтверждение представлений молекулярно-кинетической теории о хаотическом тепловом движении атомов и молекул. Если промежуток наблюдения достаточно велик, чтобы силы, действующие на частицу со стороны молекул среды, много раз меняли своё направление, то средний квадрат проекции её смещения на какую-либо ось (в отсутствие других внешних сил) пропорционален времени. ———————- Диффу́зия (лат. diffusio — распространение, растекание, рассеивание, взаимодействие) распространение молекул или атомов одного вещества между молекулами или атомами другого, приводящее к самопроизвольному выравниванию их концентраций по всему занимаемому объёму [1]. В некоторых ситуациях одно из веществ уже имеет выравненную концентрацию и говорят о диффузии одного вещества в другом. При этом перенос вещества происходит из области с высокой концентрацией в область с низкой концентрацией (вдоль вектора градиента концентрации). Примером диффузии может служить перемешивание газов (например, распространение запахов) или жидкостей (если в воду капнуть чернил, то жидкость через некоторое время станет равномерно окрашенной). Другой пример связан с твёрдым телом: атомы соприкасающихся металлов перемешиваются на границе соприкосновения. Важную роль диффузия частиц играет в физике плазмы.
Урок. Движение молекул
4.1. Выполнение действия по алгоритму с пооперационым контролем | Разберем первую ситуацию вместе. (На доске. “№ 1”) С чего начнем? Запишите явление. … (Называю ученика.) Что дальше? … (Называю ученика.) Вспоминайте. … (Называю ученика.) Третья операция…. (Называю ученика.) Выполняйте. … (Называю ученика.) Четвертая операция. … (Называю ученика.) Совершенно верно. Запишите ответ. … (Называю ученика.) Ситуация 2. Первый шаг. Назовите и выполните. (пауза) На доске. № 2. давление природ. газа —> Второй шаг. Проверяем. (На доске. № 2. давление природ. газа —> модель 2 —>) Следующее действие. (пауза) Проверяем. (На доске. № 2. давление природ. газа —> модель 2 —>молекулы природ. газа ударяют о стенку баллона) Последний шаг. …. Проверяем. (На доске: Молекулы природного газа непрерывно и хаотически двигаясь, ударяют о стенки баллона, создавая давление такое, что он может разорваться.) | Устанавливаем явление. Шкаф “прирос” к полу — может быть это диффузия между ножками шкафа и полом. Вспоминаем объяснение диффузии. Диффузия происходит так: …… Описываем движение молекул шкафа и пола. Молекулы шкафа и пола движутся хаотически и непрерывно и проникают друг между другом. Формулируем объяснение. Шкаф “прирос” к полу, так как за длительное время молекулы, из которых состоят ножки шкафа и пола, двигаясь непрерывно и хаотически, проникают друг между другом. Устанавливаем происходящее явление. Это — давление природного газа на стенки баллона. Вспоминаем модель давления. Давление газа обусловлено ударами хаотически и непрерывно движущихся молекул о стенку. Описываем движение молекул газа. Молекулы природного газа, двигаясь непрерывно и хаотически, ударяют о стенку баллона. Формулируем объяснение. Газ может разорвать баллон, так как вследствие хаотического и непрерывного движения молекул природного газа, они ударяют о стенки баллона, газ оказывает давление на стенки. |
studfile.net
2.1.2 Тепловое движение атомов и молекул вещества
Видеоурок: Внутренняя энергия
Лекция: Тепловое движение атомов и молекул вещества
Мы уже говорили о законах сохранения энергии. Когда тело находится на некоторой высоте — оно обладает потенциальной энергией, когда оно двигается — кинетической. Но что же происходит, когда тело падает на поверхность, ведь в таком случае скорость и высота равны нулю.
Внутренняя энергияКуда же делась энергия, которая по законам сохранения никуда не может испариться? Она полностью или частично переходит во внутреннюю энергию.
Внутренняя энергия характеризуется скоростью движения структурных единиц вещества.
Движение молекул вещества под действием температуры называется тепловым движением. При увеличении температуры некоторого тела или объема газа происходит увеличение скорости движения структурных единиц, при охлаждении — наоборот.
Тепловое движение можно подтвердить опытным путем с помощью диффузии.
ДиффузияДиффузия — процесс проникновения одного вещества в другое.
Если в одной части комнаты распылить духи, то через некоторое время запах распространится по всему объему. Если в чай положить сахар, то после растворения он полностью станет сладким, а не только его часть. Все это объясняется диффузией. Более того, данный процесс протекает даже в твердых телах. Если положить два разных металла на долгое время, то со временем можно будет наблюдать участок, где молекулы вещества перемешаются.
Что касается броуновского и теплового движения, то это два совершенно разных понятия. Броуновское движение было открыто в результате наблюдения за спорами растений в микроскоп. Споры двигались хаотически.
Поэтому броуновское движение — это движение взвешенных частиц. Тепловое же движение — движение абсолютно всех структурных единиц.
cknow.ru
Почему тепловые явления изучаются в молекулярной физике
Прежде чем перейти к изучению тепловых явлений, давайте вспомним, что мы изучали ранее. Мы изучали механику и механическое движение. Классическая механика Ньютона изучает перемещение одних тел относительно других в пространстве с течением времени.
Кинематика изучает само движение, а динамика изучает причины этого движения. Однако, механика не объясняет почему некоторые тела являются твердыми, некоторые — жидкими, а некоторые — газообразными. И тем более, с помощью механики нельзя объяснить изменения агрегатных состояний веществ.
Поэтому следует сделать уточнение: механика изучает движение макроскопических тел, то есть тел, состоящих из огромного числа молекул. Например, воздух в шарике, вода в стакане или цветок — все это макроскопические тела.
Как раз-таки, сами молекулы, атомы и более мелкие частицы называются микроскопическими телами.
Еще в восьмом классе вы убедились, что тепловые явления можно объяснить только на микроскопическом уровне. Тем не менее, тепловые явления, пожалуй — самые заметные после механических. Действительно, ведь мы с детства сталкиваемся с нагреванием или охлаждением тех или иных тел. Например, достаточно нагрев воду, её можно превратить в пар. Или же, наоборот, можно остудить воду настолько, что она превратится в лед. Эти изменения обусловлены изменением ряда параметров тела.
Существуют макроскопические и микроскопические параметры тела. К микроскопическим параметрам относятся масса частицы, скорость частицы, соответственно импульс и кинетическая энергия частицы. Эти параметры являются микроскопическими, поскольку относятся к отдельно взятой частице тела.
Макроскопические параметры — это параметры, относящиеся ко всему телу. К макроскопическим параметрам относятся давление, объём и температура.
Чтобы описать тепловые явления с точки зрения физики, необходимо вывести законы, которые могли бы объяснить изменение агрегатных состояний веществ. В восьмом классе вы познакомились с особым видом движения материи, которое называется тепловым движением. Тепловое движение — это беспорядочное движение молекул и атомов внутри тел.
Поэтому, тепловое движение происходит внутри всех макроскопических тел, независимо от того, двигается ли само тело или нет. Иногда тепловое движение называют броуновским. О нём мы подробно поговорим в одном из следующих уроков.
Тепловые явления играют огромную роль в нашей жизни, да и в жизни всей планеты. Человек и многие животные являются теплокровными, и для них необходимо поддержание точной температуры тела. Все вы прекрасно знаете, что изменение температуры в связи со сменой времен года может изменить вид планеты: с деревьев опадают листья, реки и озера замерзают и так далее. Можно себе представить, что было бы, если бы температура на Земле повысилась до ста градусов: испарились бы все водоемы, и Земля выглядела бы совсем иначе.
Изменение температуры существенно влияет на свойства многих тел. Например, если сильно заморозить тело, то оно становится очень хрупким. Даже, казалось бы, прочный металл, находясь при очень низкой температуре, может рассыпаться на мелкие кусочки после удара молотка. Изменение температуры может привести к изменению электромагнитных свойств тела: например, сильно разогретый магнит может утратить свои свойства, то есть перестать притягивать металлы. Всё это говорит о том, что тепловые явления объясняются некими изменениями внутренних параметров тела.
На самом деле, еще древние философы говорили о том, что теплота — это некий вид внутреннего движения. Однако, только в 18 веке появилось более или менее структурированное учение о тепловых явлениях, которое стало называться молекулярно-кинетической теорией. Огромный вклад в развитие молекулярно-кинетической теории внес Михаил Васильевич Ломоносов. Ломоносов оказал самое благоприятное влияние на развитие физики, химии и других наук. Он рассматривал теплоту, как некое вращательное движение частиц тела.
Ломоносов оказал самое благоприятное влияние на развитие физики, химии и других наук. Он рассматривал теплоту, как некое вращательное движение частиц тела.
Молекулярно-кинетическая теория стремится объяснить свойства макроскопических тел и тепловые процессы, происходящие в них. Эти объяснения строятся на том, что все макроскопические тела состоят из отдельных частиц, которые постоянно находятся в беспорядочном движении.
Молекулярно-кинетическая теория — это очень правильное название, поскольку эта теория связывает изменения микроскопических и макроскопических параметров. Из курса физики восьмого класса вы знаете, что температура — эта мера средней кинетической энергии молекул. Значит, изменение таких микроскопических параметров, как скорость и кинетическая энергия молекул, влечет за собой изменение макроскопического параметра — температуры. А повышение температуры, как вы знаете, ведет к расширению тела, то есть, к увеличению его объёма, который тоже является одним из макроскопических параметров.
videouroki.net