A minket körülvevő világban különféle fizikai jelenségek fordulnak elő, amelyek közvetlenül kapcsolódnak egymáshoz a testhőmérséklet változása. Gyerekkorunk óta tudjuk, hogy a hideg víz melegítéskor először alig melegszik fel, és csak egy bizonyos idő után válik forróvá.
Olyan szavakkal határozzuk meg, mint a „hideg”, „meleg”, „meleg”. változó mértékben testek „melegítése”, vagy a fizika nyelvén szólva, különböző hőmérsékletek tel. Hőfok meleg víz valamivel magasabb, mint a hideg víz hőmérséklete. Ha összehasonlítjuk a nyári és a téli levegő hőmérsékletét, nyilvánvaló a hőmérsékletkülönbség.
A testhőmérsékletet hőmérővel mérik, és Celsius-fokban (°C) fejezik ki.
Mint ismeretes, a diffúzió több magas hőmérsékletű gyorsabban történik. Ebből az következik, hogy a molekulák mozgási sebessége és a hőmérséklet szorosan összefügg egymással. Ha növeli a hőmérsékletet, akkor a molekulák mozgási sebessége nő, ha csökkenti, akkor csökken.
Így arra a következtetésre jutunk: a testhőmérséklet közvetlenül függ a molekulák mozgási sebességétől.
A forró víz pontosan ugyanazokból a molekulákból áll, mint a hideg víz. A különbség köztük csak a molekulák mozgási sebességében van.
Termikusnak nevezzük azokat a jelenségeket, amelyek a testek felmelegedésével vagy hűtésével és a hőmérséklet-változásokkal kapcsolatosak. Ide tartozik a levegő fűtése vagy hűtése, a fémolvadás és a hóolvadás.
A molekulák vagy atomok, amelyek minden test alapját képezik, végtelenül kaotikus mozgásban vannak. Az ilyen molekulák és atomok száma a minket körülvevő testekben óriási. Egy 1 cm³ víznek megfelelő térfogat körülbelül 3,34 · 10²² molekulát tartalmaz. Bármely molekulának nagyon összetett mozgáspályája van. Például a nagy sebességgel, különböző irányokba mozgó gázrészecskék ütközhetnek egymással és a tartály falával. Így változtatnak sebességükön, és ismét továbbhaladnak.
Az 1. ábra a vízben oldott festékszemcsék véletlenszerű mozgását mutatja.
Így egy másik következtetést vonunk le: A testeket alkotó részecskék kaotikus mozgását hőmozgásnak nevezzük.
A kaotikusság a hőmozgás legfontosabb jellemzője. A molekulamozgás egyik legfontosabb bizonyítéka az diffúzió és Brown-mozgás.(A Brown-mozgás az apró szilárd részecskék folyadékban történő mozgása molekuláris hatások hatására. Ahogy a megfigyelés is mutatja, a Brown-mozgás nem állhat meg).
A folyadékokban a molekulák rezeghetnek, foroghatnak és mozoghatnak más molekulákhoz képest. Ha szilárd anyagokat vesszük, akkor molekuláik és atomjaik bizonyos átlagos pozíciók körül rezegnek.
A molekulák és atomok hőmozgásában a test abszolút összes molekulája részt vesz, ezért a hőmozgás változásával magának a testnek az állapota és különféle tulajdonságai is megváltoznak. Így, ha növeli a jég hőmérsékletét, az olvadni kezd, és teljesen más formát vesz fel - a jég folyékony lesz. Ha éppen ellenkezőleg, csökkenti például a higany hőmérsékletét, akkor megváltozik a tulajdonságai, és folyadékból szilárd anyaggá alakul.
T 
A testhőmérséklet közvetlenül függ a molekulák átlagos kinetikus energiájától. Kézenfekvő következtetést vonunk le: minél magasabb egy test hőmérséklete, annál nagyobb molekuláinak átlagos kinetikus energiája. És fordítva, ahogy a testhőmérséklet csökken, molekuláinak átlagos kinetikus energiája csökken.
Ha továbbra is kérdései vannak, vagy szeretne többet megtudni a termikus mozgásról és a hőmérsékletről, regisztráljon weboldalunkon, és kérjen segítséget egy oktatótól.
Van még kérdése? Nem tudja, hogyan csinálja meg a házi feladatát?
Ha segítséget szeretne kérni egy oktatótól, regisztráljon.
Az első óra ingyenes!
weboldalon, az anyag teljes vagy részleges másolásakor a forrásra mutató hivatkozás szükséges.
Bármely anyag apró részecskékből – molekulákból – áll. Molekula- egy adott anyag legkisebb részecskéje, amely mindet megtartja Kémiai tulajdonságok. A molekulák a térben diszkréten helyezkednek el, azaz egymástól bizonyos távolságra, és folytonos állapotban vannak rendezetlen (kaotikus) mozgás .
Mivel a testek abból állnak nagyszámú A molekulák mozgása véletlenszerű, nem lehet pontosan megmondani, hogy egy vagy másik molekula hány ütést ér el másoktól. Ezért azt mondják, hogy a molekula helyzete és sebessége minden pillanatban véletlenszerű. Ez azonban nem jelenti azt, hogy a molekulák mozgása nem engedelmeskedik bizonyos törvényeknek. Különösen, bár a molekulák sebessége egy adott időpontban eltérő, a legtöbbjük sebességértéke közel áll valamilyen meghatározott értékhez. Általában, amikor a molekulák mozgási sebességéről beszélünk, azt jelentik átlagsebesség (v$cp).
Lehetetlen egyetlen olyan irányt sem kiemelni, amelyben minden molekula mozog. A molekulák mozgása soha nem áll meg. Mondhatjuk, hogy folyamatos. Az atomok és molekulák ilyen folyamatos kaotikus mozgását -. Ezt az elnevezést az a tény határozza meg, hogy a molekulák mozgási sebessége a testhőmérséklettől függ. A több átlagsebesség a testmolekulák mozgása, annál magasabb a hőmérséklete. Ezzel szemben minél magasabb a testhőmérséklet, annál nagyobb a molekulamozgás átlagos sebessége.
A folyékony molekulák mozgását Brown-mozgás megfigyelésével fedezték fel - a benne szuszpendált nagyon kis szilárd anyag részecskék mozgását. Minden részecske folyamatosan hirtelen mozgásokat végez tetszőleges irányban, és szaggatott vonal formájában írja le a pályákat. A részecskék ezen viselkedése azzal magyarázható, hogy a folyadékmolekulák hatását egyidejűleg érik különböző oldalak. Az ellentétes irányú becsapódások számának különbsége a részecske mozgásához vezet, mivel tömege arányos maguknak a molekuláknak a tömegével. Az ilyen részecskék mozgását először 1827-ben fedezte fel Brown angol botanikus, mikroszkóp alatt megfigyelve a részecskéket. pollen a vízben, ezért kapta a nevét - Brown-mozgás.
Ön szerint mi határozza meg a cukor vízben való oldódási sebességét? Elvégezhet egy egyszerű kísérletet. Vegyünk két darab cukrot, és dobjuk az egyiket egy pohár forrásban lévő, a másikat egy pohár hideg vízbe.
Látni fogja, hogyan oldódik fel a cukor a forrásban lévő vízben többször gyorsabban, mint a benne hideg víz. A feloldódás oka a diffúzió. Ez azt jelenti, hogy magasabb hőmérsékleten gyorsabban megy végbe a diffúzió. A diffúzió oka pedig a molekulák mozgása. Ezért arra a következtetésre jutottunk, hogy a molekulák gyorsabban mozognak magasabb hőmérsékleten. Vagyis mozgásuk sebessége a hőmérséklettől függ. Ezért nevezzük a testeket alkotó molekulák véletlenszerű kaotikus mozgását hőmozgásnak.
A hőmérséklet emelkedésével fokozódik hőmozgás molekulák, az anyag tulajdonságai megváltoznak. A szilárd anyag folyadékká olvad, a folyadék elpárolog gáz halmazállapotúvá. Ennek megfelelően, ha a hőmérsékletet lecsökkentjük, akkor a molekulák hőmozgásának átlagos energiája is csökken, és ennek megfelelően a testek aggregációs állapotát megváltoztató folyamatok ellenkező irányúak: a víz folyadékká kondenzálódik, a folyadék megfagy. , átváltva szilárd állapot. Ugyanakkor mindig a molekulák hőmérsékletének és sebességének átlagértékeiről beszélünk, mivel mindig vannak olyan részecskék, amelyeknél ezek az értékek magasabbak és alacsonyabbak.
Az anyagokban lévő molekulák bizonyos távolságot megtéve mozognak, és ezért bizonyos munkát végeznek. Vagyis a részecskék mozgási energiájáról beszélhetünk. Azok miatt relatív pozíció van a molekulák potenciális energiája is. Amikor a testek kinetikai és potenciális energiájáról beszélünk, akkor a testek teljes mechanikai energiájának létezéséről beszélünk. Ha egy test részecskéinek kinetikai és potenciális energiájuk van, akkor ezeknek az energiáknak az összegéről beszélhetünk független mennyiségként.
Nézzünk egy példát. Ha egy elasztikus labdát a padlóra dobunk, akkor mozgásának kinetikus energiája teljesen potenciális energiává alakul abban a pillanatban, amikor megérinti a padlót, majd visszapattanáskor kinetikus energiává. Ha egy nehéz vaslabdát kemény, rugalmatlan felületre dobunk, a labda pattanás nélkül landol. Kinetikai és potenciális energiája a leszállás után nulla lesz. Hová tűnt az energia? Csak úgy eltűnt? Ha az ütközés után megvizsgáljuk a labdát és a felületet, azt látjuk, hogy a labda enyhén ellapult, a felületén horpadás maradt, és mindkettő kissé felmelegedett. Azaz megváltozott a testek molekuláinak elrendeződése, és a hőmérséklet is emelkedett. Ez azt jelenti, hogy a testrészecskék kinetikai és potenciális energiája megváltozott. A test energiája nem tűnt el sehol, a test belső energiájává változott. A belső energia a testben lévő összes részecske kinetikai és potenciális energiája. A testek ütközése a belső energia változását idézte elő, az növekedett, a mechanikai energia pedig csökkent. Ez az, amit
Elmélet: Az atomok és molekulák folyamatos hőmozgásban vannak, kaotikusan mozognak, és az ütközések miatt folyamatosan változtatják az irányt és a sebességet.
Minél magasabb a hőmérséklet, annál nagyobb a molekulák mozgási sebessége. A hőmérséklet csökkenésével a molekulák mozgási sebessége csökken. Van egy „abszolút nullának” nevezett hőmérséklet – az a hőmérséklet (-273 °C), amelynél a molekulák hőmozgása leáll. De az „abszolút nulla” elérhetetlen.
A Brown-mozgás a folyadékban vagy gázban szuszpendált szilárd anyag mikroszkopikus méretű látható részecskéinek véletlenszerű mozgása, amelyet a folyadék vagy gáz részecskéinek hőmozgása okoz. Ezt a jelenséget először Robert Brown figyelte meg 1827-ben. Megvizsgálta a vízi környezetben lévő növényi pollent. Brown észrevette, hogy a pollen folyamatosan eltolódik az idő múlásával, és minél magasabb a hőmérséklet, annál gyorsabb a pollen kiszorítása. Elmélete szerint a pollen mozgása annak köszönhető, hogy a vízmolekulák eltalálják a virágport, és mozgást okoznak. 
A diffúzió az egyik anyag molekuláinak kölcsönös behatolása egy másik anyag molekulái közötti terekbe. 
A Brown-mozgásra példa az
1) a pollen véletlenszerű mozgása egy csepp vízben
2) a szúnyogok véletlenszerű mozgása a lámpa alatt
3) szilárd anyagok feloldódása folyadékokban
4) behatolás tápanyagok a talajtól a növény gyökeréig
Megoldás: A Brown-mozgás definíciójából egyértelműen kiderül, hogy a helyes válasz az 1. A virágpor véletlenszerűen mozog annak következtében, hogy vízmolekulák találkoznak vele. A szúnyogok véletlenszerű mozgása a lámpa alatt nem megfelelő, mivel a szúnyogok maguk választják meg a mozgás irányát, az utolsó két válasz a diffúzió példája.
Válasz: 1.
OGE feladat fizikából (megoldom a vizsgát): Az alábbi állítások közül melyik(ek) igaz(ak)?
A. Az anyagban lévő molekulák vagy atomok folyamatos hőmozgásban vannak, és az egyik érv ez mellett a diffúzió jelensége.
B. Az anyagban lévő molekulák vagy atomok folyamatos hőmozgásban vannak, és ennek bizonyítéka a konvekció jelensége.
1) csak A
2) csak B
3) A és B is
4) sem A, sem B
Megoldás: A diffúzió az egyik anyag molekuláinak kölcsönös behatolása egy másik anyag molekulái közötti terekbe. Az első állítás igaz, az Egyezmény a belső energia folyadék- vagy gázrétegekkel történő átvitele, kiderül, hogy a második állítás nem igaz.
Válasz: 1.
OGE-feladat fizikából (fipi): 2) Egy ólomgolyót felmelegítenek a gyertyalángban. Hogyan változik a labda térfogata és molekuláinak átlagos mozgási sebessége a melegítés során?
Állítson fel összefüggést a fizikai mennyiségek és azok lehetséges változásai között.
Minden mennyiséghez határozza meg a változás megfelelő jellegét:
1) növekszik
2) csökken
3) nem változik
Írja le mindegyikhez a kiválasztott számokat a táblázatba! fizikai mennyiség. A válaszban szereplő számok megismétlődhetnek.
Megoldás (Köszönet Milena): 2) 1. A golyó térfogata megnő annak következtében, hogy a molekulák gyorsabban kezdenek mozogni.
2. A molekulák sebessége melegítés hatására nő.
Válasz: 11.
Demo feladat az OGE verziója 2019:
Az anyag szerkezetének molekuláris kinetikai elméletének egyik kitétele, hogy „az anyagrészecskék (molekulák, atomok, ionok) folyamatos kaotikus mozgásban vannak”. Mit jelentenek a „folyamatos mozgás” szavak?
1) A részecskék állandóan egy bizonyos irányba mozognak.
2) Az anyagrészecskék mozgása nem engedelmeskedik semmilyen törvénynek.
3) A részecskék mindegyike együtt mozog egyik vagy másik irányba.
4) A molekulák mozgása soha nem áll meg.
Megoldás: A molekulák mozognak, az ütközések miatt a molekulák sebessége folyamatosan változik, így nem tudjuk kiszámítani az egyes molekulák sebességét és irányát, de a molekulák négyzetes középsebességét ki tudjuk számolni, és ez a hőmérséklettel függ össze csökken, a molekulák sebessége csökken. A számítások szerint az a hőmérséklet, amelynél a molekulák mozgása leáll -273 °C (minimum lehetséges hőmérséklet a természetben). De ez nem elérhető. ezért a molekulák soha nem hagyják abba a mozgást.
A nagy amerikai fizikus, Richard Feynman, a „Feynman Lectures on Physics” című híres kurzus szerzője ezeket a csodálatos szavakat mondja:
|
– Ha valamilyen globális katasztrófa következtében az összes felhalmozott tudományos tudás megsemmisül, és csak egy mondatot adnak át az élőlények következő generációinak, akkor melyik, a legkevesebb szóból álló kijelentés hozná a legtöbb információt? Hiszem, hogy ez az atomi hipotézis(nevezheted nem hipotézisnek, hanem ténynek, de ez nem változtat semmit): minden test kis testek atomjaiból áll, amelyek folyamatos mozgásban vannak, kis távolságra vonzzák, de taszítják, ha valamelyiket jobban megnyomják. szorosan a másikhoz. Ez az egy mondat... hihetetlen mennyiségű információt tartalmaz a világról, csak egy kis fantáziát és egy kis megfontolást kell alkalmazni hozzá. |
Ezek a szavak tartalmazzák az anyag szerkezetének molekuláris kinetikai elméletének (MKT) lényegét. Az IKT főbb rendelkezései ugyanis a következő három állítás.
1. Bármely anyag molekulák és atomok apró részecskéiből áll. A térben diszkréten helyezkednek el, azaz bizonyos távolságra egymástól.
2. Egy anyag atomjai vagy molekulái véletlenszerű mozgásállapotban vannak (ezt a mozgást termikus mozgásnak nevezik), amely soha nem áll meg.
3. Egy anyag atomjai vagy molekulái kölcsönhatásba lépnek egymással vonzási és taszítási erők hatására, amelyek a részecskék távolságától függenek.
Ezek a rendelkezések számos megfigyelés és kísérleti tény általánosításai. Nézzük meg közelebbről ezeket a rendelkezéseket, és adjuk meg kísérleti indoklásukat.
Például ez egy vízmolekula, amely két hidrogénatomból és egy oxigénatomból áll. Ha atomokra osztjuk, akkor többé nem foglalkozunk a „víz” nevű anyaggal. Továbbá, ha az atomokat részekre osztjuk, protonok, neutronok és elektronok halmazát kapjuk, és ezáltal elveszítjük azt az információt, hogy először hidrogén és oxigén voltak.
Az atomokat és molekulákat egyszerűen nevezzük részecskék anyagokat. Hogy pontosan mi a részecske - atom vagy molekula -, nem nehéz minden egyes esetben megállapítani. Ha már arról beszélünk kémiai elem, akkor a részecske atom lesz; ha egy összetett anyagot tekintünk, akkor annak részecskéje több atomból álló molekula.
Továbbá az MCT első álláspontja azt állítja, hogy az anyagrészecskék nem töltik ki folyamatosan a teret. A részecskék elhelyezkednek diszkréten, vagyis mintha külön pontokon lennének. A részecskék között rések vannak, amelyek mérete bizonyos határokon belül változhat.
Az MKT első álláspontját támasztja alá a jelenség hőtágulás tel. Ugyanis hevítéskor megnőnek az anyag részecskéi közötti távolságok, és megnő a test mérete. Hűtéskor éppen ellenkezőleg, a részecskék közötti távolságok csökkennek, aminek következtében a test összehúzódik.
Az IKT első pozíciójának egyértelmű megerősítése is diffúzió- az érintkező anyagok kölcsönös behatolása egymásba.
Például az ábrán. Az 1. ábra a folyadékban történő diffúzió folyamatát mutatja. Az oldható anyag részecskéit egy pohár vízbe helyezzük, és kezdetben az üveg bal felső részében helyezkednek el. Idővel a részecskék mozognak (ahogy mondják, diffúz) nagy koncentrációjú területről alacsony koncentrációjú területre. Végül a részecskék koncentrációja mindenhol azonos lesz - a részecskék egyenletesen oszlanak el a folyadék teljes térfogatában.
Rizs. 1. Diffúzió folyadékban
Hogyan magyarázható a diffúzió a molekuláris kinetikai elmélet szemszögéből? Nagyon egyszerű: az egyik anyag részecskéi behatolnak egy másik anyag részecskéi közötti terekbe. A diffúzió minél gyorsabban megy végbe, minél nagyobbak ezek a rések – ezért a gázok (amelyekben sok a részecskék közötti távolság) a legkönnyebben keverednek egymással több méretben maguk a részecskék).
Emlékezzünk még egyszer az IKT második rendelkezésének megfogalmazására: az anyagrészecskék véletlenszerű mozgáson mennek keresztül (más néven hőmozgás), amely soha nem áll le.
Az MKT második pozíciójának kísérleti igazolása ismét a diffúzió jelensége, hiszen a részecskék kölcsönös behatolása csak folyamatos mozgásukkal lehetséges! De az anyagrészecskék örök kaotikus mozgásának legszembetűnőbb bizonyítéka az Brown-mozgás. Ezt nevezzük folyamatos véletlenszerű mozgásnak Brown-részecskék- folyadékban vagy gázban szuszpendált (cm méretű) porszemcsék vagy szemcsék.
A Brown-mozgalom a nevét a skót botanikus, Robert Brown tiszteletére kapta, aki mikroszkóppal látta a vízben szuszpendált pollenrészecskék folyamatos táncát. Annak bizonyítására, hogy ez a mozgás örökké zajlik, Brown talált egy kvarcdarabot, amelynek ürege tele volt vízzel. Annak ellenére, hogy a víz sok millió évvel ezelőtt került oda, az ott lévő foltok folytatták mozgásukat, ami nem különbözött a többi kísérletben megfigyelttől.
A Brown-mozgás oka, hogy a lebegő részecskék nem kompenzálják a folyadék (gáz) molekulák hatását, és a molekulák kaotikus mozgása miatt a becsapódás mértéke és iránya abszolút kiszámíthatatlan. Ezért egy Brown-részecske összetett cikk-cakk pályákat ír le (2. ábra).
Rizs. 2. Brown-mozgás
A Brown-mozgás egyébként a molekulák létezésének ténye bizonyítékának is tekinthető, vagyis az MKT első pozíciójának kísérleti alátámasztására is szolgálhat.
Az MCT harmadik pozíciója az anyagrészecskék kölcsönhatásáról beszél: az atomok vagy molekulák kölcsönhatásba lépnek egymással a részecskék közötti távolságtól függő vonzás és taszítás erőivel: a távolságok növekedésével a vonzó erők kezdenek uralkodni, a távolságok csökkenésével pedig a taszító erők.
Az MKT harmadik pozíciójának érvényességét a testek deformációi során fellépő rugalmas erők bizonyítják. Amikor egy testet megnyújtanak, a részecskéi közötti távolság megnő, és a részecskék közötti vonzási erők kezdenek uralkodni. Ha egy testet összenyomnak, a részecskék közötti távolságok csökkennek, és ennek következtében a taszító erők dominálnak. A rugalmas erő mindkét esetben az alakváltozással ellentétes irányba irányul.
Az intermolekuláris kölcsönhatási erők létezésének másik megerősítése az anyag három halmazállapotának jelenléte.
A gázokban a molekulákat egymástól olyan távolságra választják el, amely jelentősen meghaladja maguknak a molekuláknak a méretét (levegőben normál körülmények között - körülbelül 1000-szer). Ilyen távolságokon gyakorlatilag nincs kölcsönhatási erő a molekulák között, így a gázok elfoglalják a számukra biztosított teljes térfogatot és könnyen összenyomódnak.
Folyadékokban a molekulák közötti távolság a molekulák méretéhez hasonlítható. A molekuláris vonzás erői nagyon észrevehetők, és biztosítják, hogy a folyadékok megtartsák térfogatukat. De ahhoz, hogy a folyadékok is megtartsák alakjukat, ezek az erők nem elég erősek – a folyadékok, akárcsak a gázok, edény alakját veszik fel.
Szilárd testekben a részecskék közötti vonzási erők nagyon erősek: szilárd anyagok nem csak a térfogatot, hanem a formát is megtartja.
Az anyag átmenete az egyik aggregációs állapotból a másikba az anyag részecskéi közötti kölcsönhatási erők nagyságának változásának eredménye. Maguk a részecskék változatlanok maradnak.
