БИЛИМ БУЛАГЫ

Физика: Тепловое движение

Версия от 07:34, 11 марта 2018; Msu05 (обсуждение | вклад) (→‎Библиография)

Известно, что вода, оставленная в открытом сосуде, через некоторое время испариться. Это явление возможно только при движении молекул. Распространение запаха духов, эфира и других пахучих веществ также убеждает нас в том, что молекулы вещества находятся в движении.

В результате движения молекулы одного вещества проникают в другое вещество. Это явление называют диффузией. Распространение запахов представляет собой диффузию в газах. Диффузию можно наблюдать также в жидкостях и твёрдых телах.

Диффузия в жидкостях происходит значительно медленнее, чем в газах, так как молекулы в жидкости расположены ближе друг к другу, чем в газах.

Ещё ближе друг к другу расположены молекулы в твёрдых телах. Поэтому диффузию в твёрдых телах можно обнаружить лишь через несколько лет.

Убедительным доказательством движения молекул служит явление, называемое броуновским движением.

При нагревании увеличивается скорость как броуновского движения, так и диффузии. Следовательно, с повышением температуры увеличивается скорость движения частиц, из которых состоят тела.

Давление газа объясняется ударами его молекул о стенки сосуда, в котором находится газ. При уменьшении объема газа его давление увеличивается. Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы газа. Следовательно,

- во-первых, чаще происходят удары молекул о стенки сосуда;

- во-вторых, средняя сила удара каждой молекулы о стенку становится больше.

Это приводит нас к еще одному важному заключению.

При увеличении температуры газа его давление увеличивается.

Молекулы могут перемещаться в веществе потому, что между ними есть промежутки.

Наиболее плотно расположены молекулы и атомы в твёрдых телах. В жидкостях промежутки между молекулами несколько больше, чем в твёрдых телах, и ещё больше в газах. Например, водяной пар при обычных условиях занимает объём в 1800 раз больший, чем вода.

Молекулы (атомы) вещества всегда находятся в постоянном беспорядочном движении независимо от того, имеем ли мы дело с твердым, жидким или газообразным состоянием вещества. Это движение обусловливает собой наличие в любом веществе внутренней кинетической энергии, которая связана с температурой вещества. Поэтому, беспорядочное движение, в котором всегда находятся молекулы {атомы), называется тепловым.

В зависимости от условий тела могут находиться в различных агрегатных состояниях.

Agr2.jpg
Agr2.jpg

Молекулы взаимодействуют друг с другом. Частицы вещества одновременно и притягиваются, и отталкиваются друг от друга, и по этой причине располагаются на определенных расстояниях друг от друга. Силы взаимодействия частиц вещества принято называть молекулярными. Молекулярные силы у разных веществ различны. Этим объясняются различия многих свойств веществ. Действие молекулярных сил возможно лишь на очень малых расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц вещества.

Модель взаимодействия.png
Модель взаимодействия.png

Фазами вещества называют его однородные части, различающиеся по физическим свойствам, отделенные друг от друга границами раздела. Лед и вода, в которой он плавает, — пример твердой и жидкой фазы. Вода и водяной пар в чайнике — пример жидкой и газообразной фазы. Переход из одного агрегатного состояния в другое называется фазовым переходом.

Проявлением молекулярного движения служат тепловые явления.

Парообразование вещества − переход вещества из жидкого состояния в газообразное.

Различают два вида парообразования: испарение и кипение.

Испарение − парообразование с поверхности жидкости, происходящее при любой температуре.

Скорость испарения зависит от: • температуры; • площади поверхности; • рода жидкости; • ветра.

Кипение − парообразование по всему объему жидкости, которое происходит только при определенной температуре, называемой температурой кипения. Каждое вещество имеет свою температуру кипения. Конденсация вещества − переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Она происходит только при определенной температуре, совпадающей с температурой кипения. Плавление вещества − переход вещества из твердого состояния в жидкое. Плавление происходит только при определенной температуре, называемой температурой плавления. Кристаллизация (затвердевание) вещества − переход вещества из жидкого состояния в твердое. Она происходит только при определенной температуре, совпадающей с температурой плавления. Теплопередача — процесс передачи теплоты.

Существуют три вида теплопередачи: • теплопроводность — теплопередача от более нагретых участков твердых тел к менее нагретым; • конвекция — передача теплоты струями жидкостей или газов; • излучение — передача теплоты посредством электромагнитных волн.

Конвекция.png
Конвекция.png

Поскольку температура является физической величиной, то её можно и нужно измерить. Для измерения температуры используется прибор, который называется термометр. 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.

Экспериментальным подтверждением непрерывного движения атомов и молекул в веществе является броуновское движение и диффузия.

Slide 4 (3).jpg
Slide 4 (3).jpg
Slide 5 (1).jpg
Slide 5 (1).jpg

Как объясняется диффузия? Частицы веществ, беспорядочно двигаясь, проникают в промежутки друг между другом, что и означает самостоятельное смешивание веществ – диффузию.

Diffusia.gif
Diffusia.gif
Diffusion.gif
Diffusion.gif

Запах духов или бензина довольно быстро распространяется по комнате или гаражу. Так происходит потому, что духи и бензин испаряются – переходят в газообразное состояние, а диффузия в газах происходит быстро: за секунды-минуты. Заметно медленнее диффузия идёт в жидкостях: недели–месяцы, а в твёрдых телах – очень медленно: годы–столетия.

Slide 6 (1).jpg
Slide 6 (1).jpg

Зависимость давления газа от объема и температуры часто используется в технике и в быту. Если требуется перевезти значительное количество газа из одного места в другое, или когда газы необходимо длительно хранить, их помещают в специальные прочные металлические сосуды. Эти сосуды выдерживают высокие давления, поэтому с помощью специальных насосов (компрессоров) туда можно закачать значительные массы газа, которые в обычных условиях занимали бы в сотни раз больший объем.

Пропан.png
Пропан.png

Поскольку давление газов в баллонах даже при комнатной температуре очень велико, их ни в коем случае нельзя нагревать (например, держать под прямыми лучами солнца) или любым способом пытаться сделать в них отверстие даже после использования.

Давление газов объясняется подвижностью молекул газа и ударами молекул о стенки сосудов, в которых газы заключены. Давление газа зависит от того, какой объем занимает данный газ, от его температуры и массы.

В начало

Глоссарий

ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ — беспорядочное (хаотическое) движение атомов и молекул, из которых состоят все тела. Все молекулы любого вещества непрерывно и беспорядочно (хаотически) движутся.

ТЕМПЕРАТУРА – это мера «нагретости» тела.

БРОУНОВСКОЕ ДВИЖЕНИЕ − тепловое движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе. Броуновское движение происходит из-за того, что все жидкости и газы состоят из атомов или молекул — мельчайших частиц, которые находятся в постоянном хаотическом тепловом движении, и потому непрерывно толкают броуновскую частицу с разных сторон. Броуновское движение вечное и никогда не прекращается.

ДИФФУЗИЯ− явление проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого. Чем выше температура, тем быстрее происходит диффузия.

ЗАКОН ПАСКАЛЯ гласит: "Давление, производимое на жидкость или газ, передается в любую точку жидкости или газа одинаково по всем направлениям". Это утверждение объясняется подвижностью частиц жидкостей и газов во всех направлениях.

В начало

Библиография

В начало

А вы знали?
Н

екоторые банки с закручивающими крышками могут тяжело открываться. Когда нужно открутить крышку от банки с арахисовым маслом или маринованными огурчиками, то эта работа вообще доводит до бешенства. Практичные хозяйки обливают горячей водой крышки банок. Дело в том, что под действием горячей воды крышки расширяются, и тогда намного легче откручивать крышку от банки.
Общеизвестно, что вещество обычно расширяется при нагревании и сжимается при охлаждении, т.е. происходит тепловая деформация тела под действием молекулярных сил в процессе нагревания и охлаждения. Это явление объясняется тем, что в нагреваемых телах молекулы начинают быстрее сталкиваться друг с другом, что и приводит к расширению тела.
Интересно, что некоторые твердые тела при нагревании сжимаются. К примеру, лед в действительности сжимается, если поднять его температуру от 0°С до 4°С, так как лед приобретает другую кристаллическую структуру.
Новость не слишком приятная: если автоцистерну емкостью 20000 л заполнить до краев холодным бензином, то на солнцепеке около 190 л разогретого бензина могут пролиться наружу.
Тепловое расширение надо обязательно учитывать при термообработке и при термическом способе изготовления деталей и оборудования, при строительстве машин, трубопроводов, электрических линий, мостов, зданий, подверженных температурным изменениям.

Загадки
  • «Я под мышкой посижу и что делать укажу: или уложу в кровать, или разрешу гулять». (ртемомрет)
  • Искры небо прожигают, А до нас не долетают. (ыроетем)
  • Два арапа – родные братья, Ростом по колено, Везде с нами гуляют, От мороза защищают. (игопас)
  • Зимой нет теплее, Летом нет холоднее. (бергоп)
  • Под окошком гармонь, Горяча, как огонь. (яератаб яинелпото)
Давление в жидкости и газе
Микроопыт

Выпустите из яйца его содержимое через маленькое отверстие в остром конце. Залепите дырочку воском или пластилином, к которому прикрепите на нитке грузик. Массу грузика надо подобрать так, чтобы он удерживал скорлупу почти у дна высокой банки с водой комнатной температуры.

Если вынести банку на мороз, то через некоторое время ваш «прибор» всплывет, но вскоре опустится. Если теперь внести банку в комнату, то скорлупа вновь проделает свой путь вверх-вниз. Объясните это.

Микроопыт.png
Микроопыт.png

Вода имеет наибольшую плотность при +4 °C . При охлаждении (или нагревании) воды до этой температуры скорлупа будет всплывать, а при дальнейшем понижении (или повышении) температуры - погружаться.

Интересные вопросы
  1. Как объяснить явление, выражаемое словами «дым тает в воздухе»? (Частицы дыма участвуют в броуновском движении и постепенно удаляются друг от друга, отчего плотность дыма уменьшается)
  2. Почему сливки на молоке отстаиваются быстрее в холодном помещении? (Из-за ослабления броуновского движения капелек масла)
  3. Почему в горячей воде сахар растворяется скорее, чем в холодной? (С ростом температуры увеличивается скорость диффузии)
  4. Почему шар, выточенный из сырого дерева и покрытый лаком, сохраняется целым, в то время как точно такой же шар, не покрытый лаком, растрескивается? (Через пленку лака пары воды диффундируют медленнее, дерево «просыхает» равномерно по всей толще, и шар не растрескивается)
  5. Отчего трудно отвинтить гайку, долгое время находящуюся в туго завинченном состоянии, несмотря на то, что болт и гайка сделаны из нержавеющего металла? (При длительном плотном соприкосновении атомы гайки и болта из-за диффузии перемешиваются на границе, приводя к соединению)
  6. За счет какой энергии возможны капиллярные явления? (Работа по изменению уровня жидкости в капилляре совершается за счет энергии взаимодействия молекул)
  7. Подумайте, как изменилось бы давление в сосуде с реальным газом, если бы внезапно исчезли силы притяжения между его молекулами? (Давление увеличилось бы)


Пословицы и поговорки

1. Золото в огне не плавится .(осетинская)

2. Подо льдом тёплой воды не бывает. (осетинская)

3. Ветер снег съедает.(русская)

4. Весной дождь парит, осенью мочит. .(русская)

5. В руках кузнеца железо струится как вода.(узбекская)

6. Суши зерно, пока солнце высоко.(индонезийская)

7. Когда вода кипит, пар идёт горячий.(монгольская)

8. Солнце красно поутру- моряку не по нутру.(английская)

9. И металл плавится, и камень испаряется.(японская)

10. После дождя бывает прохладно, после сказанной лжи- стыдно. (монгольская)

11. Всякое случается: иногда и камень потом обливается. (бенгальская)

12. Что в юности узнал – на камне выбито, что в старости узнал – на льду написано. (узбекская)

13. Туман съедает снег.(русская)

14.Снег – одеяло для пшеницы (китайская).

15.Быстро нагревается - быстро остывает (японская).

16.Шилом моря не нагреешь (французская).

17.Водопад льдом не покроется (финская).

18.Не спеши есть горячую кашу с середины, а бери спокойно с краю (тайская).

Источник — «https://bb.edu.gov.kg/index.php?title=Физика:_Тепловое_движение&oldid=11916»