Физикалық дүниедегі оқиғалар температураның өзгеруімен тығыз байланысты. Онымен әр адам ерте балалық шағында, мұздың суық екенін, қайнаған судың күйетінін түсінген кезде танысады. Сонымен қатар, температураның өзгеру процестері бірден болмайды деген түсінік пайда болады. Кейінірек, мектепте оқушы мұның жылулық қозғалыспен байланысты екенін біледі. Ал физиканың бүкіл бөлімі температураға байланысты процестерге арналған.
Температура дегеніміз не?
Бұл күнделікті терминдерді ауыстыру үшін енгізілген ғылыми тұжырымдама. Күнделікті өмірде ыстық, суық немесе жылы сияқты сөздер үнемі кездеседі. Олардың барлығы дененің қызу дәрежесі туралы айтады. Ол физикада осылай анықталады, тек скаляр шама дегенді қосқанда. Өйткені, температураның бағыты жоқ, тек сандық мән бар.
Халықаралық бірлік жүйесінде (SI) температура Цельсий градусымен (ºС) өлшенеді. Бірақ жылу құбылыстарын сипаттайтын көптеген формулаларда оны Кельвинге (К) түрлендіру қажет. ҮшінБұл үшін қарапайым формула бар: T \u003d t + 273. Онда T - Кельвиндегі температура, ал Цельсий бойынша t. Абсолютті нөлдік температура түсінігі Кельвин шкаласымен байланысты.
Басқа бірнеше температура шкаласы бар. Мысалы, Еуропа мен Америкада Фаренгейт (F) қолданылады. Сондықтан олар Цельсий бойынша жаза білуі керек. Ол үшін F-дегі көрсеткіштерден 32-ні алып тастап, оны 1-ге, 8-ге бөліңіз.
Үй тәжірибесі
Оның түсіндірмесінде температура, жылулық қозғалыс сияқты ұғымдарды білу керек. Және бұл тәжірибені аяқтау оңай.
Үш контейнер қажет. Қолдар оларға оңай сыйып кетуі үшін олар жеткілікті үлкен болуы керек. Оларды әртүрлі температурадағы сумен толтырыңыз. Біріншіден, ол өте суық болуы керек. Екіншісінде - қыздырылған. Қолды ұстауға болатын үшінші суға ыстық су құйыңыз.
Енді тәжірибенің өзі. Сол қолыңызды суық суы бар ыдысқа батырыңыз, оң жақ - ең ыстық. Бір-екі минут күтіңіз. Оларды шығарып, дереу жылы суы бар ыдысқа батырыңыз.
Нәтиже күтпеген болады. Сол қол судың жылы екенін сезеді, ал оң қол суық суды сезінеді. Бұл жылулық тепе-теңдік алдымен қолдар суға батырылған сұйықтықтармен орнатылатынына байланысты. Содан кейін бұл тепе-теңдік күрт бұзылады.
Молекулалық-кинетикалық теорияның негізгі қағидалары
Ол барлық жылу құбылыстарын сипаттайды. Және бұл мәлімдемелер өте қарапайым. Сондықтан жылу қозғалысы туралы әңгімеде бұл ережелерді білу керекқажет.
Бірінші: заттар бір-бірінен біршама қашықтықта орналасқан ең кішкентай бөлшектерден түзіледі. Сонымен қатар, бұл бөлшектер молекулалар да, атомдар да болуы мүмкін. Ал олардың арасындағы қашықтық бөлшектердің өлшемінен бірнеше есе үлкен.
Екіншіден: барлық заттарда ешқашан тоқтамайтын молекулалардың жылулық қозғалысы болады. Бөлшектер кездейсоқ (ретсіз) қозғалады.
Үшіншіден: бөлшектер бір-бірімен әрекеттеседі. Бұл әрекет тартылу және тебілу күштеріне байланысты. Олардың мәні бөлшектер арасындағы қашықтыққа байланысты.
ICB бірінші ережесін растау
Денелердің араларында саңылаулары бар бөлшектерден тұратынының дәлелі - олардың жылулық кеңеюі. Демек, дене қызған кезде оның мөлшері артады. Бұл бір-бірінен бөлшектердің жойылуына байланысты болады.
Айтылғанның тағы бір дәлелі – диффузия. Яғни, бір заттың молекулаларының екінші заттың бөлшектерінің арасына енуі. Оның үстіне бұл қозғалыс өзара. Диффузия соғұрлым тез жүреді, молекулалар бір-бірінен алшақ орналасады. Сондықтан газдарда өзара ену сұйықтарға қарағанда әлдеқайда жылдам болады. Ал қатты денелерде диффузия жылдарға созылады.
Айтпақшы, соңғы процесс жылулық қозғалысты да түсіндіреді. Өйткені, заттардың бір-біріне өзара енуі сырттан ешқандай кедергісіз жүреді. Бірақ оны денені қыздыру арқылы тездетуге болады.
МКТ екінші позициясын растау
Бар екендігінің жарқын дәлеліжылулық қозғалыс - бөлшектердің броундық қозғалысы. Ол тоқтатылған бөлшектер үшін, яғни заттың молекулаларынан айтарлықтай үлкенірек бөлшектер үшін қарастырылады. Бұл бөлшектер шаң бөлшектері немесе дәндер болуы мүмкін. Оларды суға немесе газға салу керек.
Аспалы бөлшектің кездейсоқ қозғалысының себебі оған молекулалардың барлық жағынан әсер етуі. Олардың әрекеті тұрақсыз. Уақыттың әр нүктесіндегі әсерлердің шамасы әртүрлі. Демек, пайда болған күш бір бағытта немесе басқа бағытта бағытталған.
Молекулалардың жылулық қозғалысының жылдамдығы туралы айтатын болсақ, онда оның арнайы атауы бар - орташа квадрат. Оны мына формула арқылы есептеуге болады:
v=√[(3kT)/m0].
Онда T – Кельвиндегі температура, m0 – бір молекуланың массасы, k – Больцман тұрақтысы (k=1, 3810 -23 J/K).
ICB үшінші ережесін растау
Бөлшектер тартады және тебеді. Жылу қозғалысымен байланысты көптеген процестерді түсіндіруде бұл білім маңызды болып шықты.
Өйткені өзара әрекеттесу күштері материяның агрегаттық күйіне байланысты. Сонымен, газдарда олар іс жүзінде жоқ, өйткені бөлшектер соншалықты жойылады, олардың әсері байқалмайды. Сұйықтар мен қатты денелерде олар сезіледі және зат көлемінің сақталуын қамтамасыз етеді. Соңғысында олар пішіннің сақталуына да кепілдік береді.
Тартылу және тебілу күштерінің бар екендігінің дәлелі денелердің деформациясы кезінде серпімділік күштерінің пайда болуы. Сонымен, ұзару кезінде молекулалар арасындағы тартылыс күштері артады және біргесығу – ығыстыру. Бірақ екі жағдайда да олар денені бастапқы пішініне қайтарады.
Жылу қозғалысының орташа энергиясы
Оны негізгі MKT теңдеуінен жазуға болады:
(pV)/N=(2E)/3.
Бұл формулада p – қысым, V – көлем, N – молекулалар саны, E – орташа кинетикалық энергия.
Екінші жағынан, бұл теңдеуді келесі түрде жазуға болады:
(pV)/N=kT.
Егер оларды біріктірсеңіз, келесі теңдікке ие боласыз:
(2E)/3=кТ.
Одан молекулалардың орташа кинетикалық энергиясының келесі формуласы шығады:
E=(3кТ)/2.
Осы жерден энергияның заттың температурасына пропорционал екені анық көрінеді. Яғни, соңғысы ұлғайған кезде бөлшектер жылдамырақ қозғалады. Бұл абсолютті нөлден басқа температура болған кезде болатын жылулық қозғалыстың мәні.
