Тема 1.2.3. Тепловое движение. Температура как мера средней кинетической энергии частиц.

План:

Общее сведение об тепловых явлениях

Тепловое движение молекул

Молекулярно-кинетическая теория

Масса и размеры молекул

После механического движения самые заметные явления связаны с нагреванием или охлаждением тел, и изменением их температуры. Эти явления называются тепловыми.

 

Механическое движение не вызывают в теле каких-либо существенных изменений, если не происходит катастрофических столкновений. Но нагревание или охлаждение тела способно изменить его до неузнаваемости. Сильно нагрев прозрачную, но все же осязаемую воду, мы превратим его в невидимый пар. Сильное охлаждение превратит воду в кусок льда. Если вдуматься, эти явления загадочны и достойны изумления. Не удивляемся мы, потому что мы привыкли к ним с детства.

 

Надо найти законы, которые могли бы объяснить изменения в телах, когда сами тела неподвижны и когда, с точки зрения механики, с ними не происходит ничего. Эти законы описывают особый вид движения материй – тепловое движения, присущее всем макроскопическим телам независимо от того, перемещаются они в пространстве или нет.

 

2. Тепловое движение молекул. Все тела состоят из атомов и молекул. Тепловые явления происходят внутри тел и всецело определяются движением этих частиц. Движение атомов и молекул мало напоминает движение собаки или автомобиля. Атомы и молекулы вещества совершают беспорядочное движение, в котором трудно усмотреть следы какого-либо порядка и регулярности. Беспорядочное движение молекул называют тепловым движением. Движение молекул беспорядочно из-за того, что число их в телах, которые нас окружают, необозримо велико. Каждая молекула беспрестанно меняет свою скорость при столкновениях с другими молекулами. В результате ее траектория оказывает чрезвычайно запутанной, движение – хаотичным, несравненно более хаотичным, чем движение муравьев в разоренном муравейнике. Беспорядочное движение огромного числа молекул качественно отличается от упорядоченного механического перемещения тел. Оно представляет собой особый вид движения материй со своими особыми свойствами. Об этих свойствах и пойдет речь в дальнейшем.

 

Значение тепловых явлений. Привычный облик нашей планеты существует и может существовать только в довольно узком интервале температур. Если бы температура превысила 100*С, то на Земле при обычном атмосферном давлении не было бы рек, морей и океанов, не было бы воды вообще. Вся вода превратилась бы в пар. При понижении температуры на несколько десятков градусов океаны превратились бы в громадные ледники.

Даже изменение температуры лишь на 20-30*С при смене времен года меняет пробуждение природы. Леса одеваются листвой, начинают зеленеть луга. Зимой же жизнь растений замирает. Толстый слой снега покрывает поверхность Земли. Еще более узкие интервалы температур необходимы для поддерживания жизни теплокровных животных. Температура животных и человека поддерживаются внутренними механизмами терморегуляции на строго определенно уровне. Достаточно температуре повысится на несколько десятых градуса, как мы уже чувствуем себя нездоровыми. Изменение же температуры на несколько градусов ведет к гибели организмов. Поэтому неудивительно, что тепловые явления привлекали внимание людей с древнейших времен. Умение добывать и поддерживать огонь сделало человека относительно независимым от колебания температуры окружающей среды. Это было одним из величайших изобретений человечества. Изменение температуры оказывает влияние на все свойства тел. Так при нагревании или охлаждении изменяются размеры твердых тел и объемы жидкостей. Значительно меняются механические свойства, например упругость. Кусок резиновой трубы не пострадает, если ударить по нему молотком. Но при охлаждении до температуры ниже -100*С резина становится хрупкой, как стекло, и от легкого удара резиновая труба разбивается на мелкие кусочки. Лишь после нагревания резина вновь обретает свои упругие свойства.

Кроме мех. свойств, при изменении температуры меняются и другие свойства тел, например сопротивление электрическому току, магнитные свойства и др. Так, если сильно нагреть постоянный магнит, то он перестанет притягивать железный предмет.

Все перечисленные выше и многие другие тепловые явления подчиняются определенным законам. Открытие законов тепловых явлений позволяет с максимальной пользой применять эти явления на практике и в технике.

Современные тепловые двигатели, установки для сжижения газов, холодильные аппараты и многие другие устройства конструируют на основе этих законов.

Молекулярно- кинетическая теория. Еще философы древности догадывались о том, что теплота – это вид внутреннего движения. Но только в 18 веке начала развиваться последовательная молекулярно- кинетическая теория. Цель молекулярно –кинетическая теория – объяснение свойств макроскопических тел и тепловых процессов, протекающих в них, на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных, беспорядочно движущихся частиц.

 

Большой вклад в развитие молекулярно - кинетической теории был сделан М.В. Ломоносовым. Он рассматривал теплоту как вращательное движение частиц тела.

 

4. Молекулы очень малы, но посмотрите, как просто оценивать их размеры и массу. Достаточно одного наблюдения и пары несложных расчетов. Правда, надо еще додуматься до того, как это сделать.

В основе молекулярно-кинетической теории строения вещества лежат три утверждения: вещество состоит из частиц; эти частицы беспорядочно движутся; частицы взаимодействуют друг с другом. Каждое утверждение строго доказано с помощью опытов.

Свойства и поведение всех без исключения тел от инфузории до звезды определяются движением взаимодействующих друг с другом частиц: молекул, атомов или еще более малых образований - элементарных частиц.

Число молекул. При очень малых размерах молекул число их в любом макроскопическом теле огромно. Подсчитаем приблизительное число молекул в капле воды массой 1г и, следовательно, объемом 1см в кубе.

Диаметр молекулы воды равен примерно 3*10^-8см. Считая, что каждая молекула воды при плотной упаковке молекул занимает объем( 3*10^-8см)³, можно найти число молекул в капле, разделив объем капли (1см³) на объем, приходящийся на 1 молекулу:

При каждом вдохе вы захватываете столько молекул, что если бы все они после вдоха равномерно распределились в атмосфере Земли, то каждый житель планеты при вдохе получил бы две-три молекулы, побывавшие в ваших легких.

Масса атомов и молекул различаются значительно. Какими величинами их удобно характеризовать? Как определить число атомов в любом макроскопическом теле?

Появляется новая величина-количество вещества. Будет трудновато, так как надо усвоить три важных понятия, запомнить одно число и, по меньшей мере, три формулы. Но почти всё это уже встречалось в курсе химии.

Масса молекул

Молекулы - это мельчайшие частицы многих веществ, состав и химические свойства которых такие же, как у данного вещества. Любое вещество состоит из частиц, поэтому количество вещества принято считать пропорциональным числу частиц. Единицей количество вещества является моль. Моль равен количеству вещества системы содержащее столько же частиц, сколько содержится в атомах в углероде массой 12г. Отношение числа молекул к количеству вещества называется постоянной авогадро.

Молярная масса вещества равна отношению массы вещества соответствующему количеству вещества:

 

Броуновское движение: броуновское движение это движение взвешенных в газе или в жидкости частиц. Английский ботаник Броун 1827 год обнаружил беспорядочное движение видимых в микроскоп твердых частиц, находившихся в жидкости.

Это явление было названо броуновским движением. Это движение не прекращается: с увеличением движения его интенсивность растет. Броуновское движение-результат флуктуации ( заметного отклонения от средней величины). Причина Броуновского движения частицы заключается в том, что удары молекул в жидкости о частицу не компенсируют друг друга.

 

Контрольные вопросы.

1. Дайте определение тепловым явлениям.

2. Что называется тепловым движением?

3. Какое значение имеют тепловые явления?

4. Дайте оценку размерам молекул.

5. В каких единицах измеряется масса молекул?

 

Тест Тепловые явления

Вариант I

⇐ Предыдущая45678910111213Следующая ⇒

Поделиться: