Физика: Тепловое движение
Содержание
- 1 Причины теплового движения
- 2 Взаимодействие молекул вещества (или Молекулярные силы)
- 3 Фазы вещества и фазовые переходы
- 4 Тепловые явления, подтверждающие проявление молекулярного движения
- 5 Температура – мера теплового движения частиц
- 6 Броуновское движение
- 7 Диффузия
- 8 Давление газов
- 9 Глоссарий
- 10 Полезные ссылки
- 11 Библиография
Причины теплового движения
Известно, что вода, оставленная в открытом сосуде, через некоторое время испарится. 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.
.jpg)
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.
Взаимодействие молекул вещества (или Молекулярные силы)
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.
Фазы вещества и фазовые переходы
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.
Тепловые явления, подтверждающие проявление молекулярного движения
Проявлением молекулярного движения служат тепловые явления.
Различают два вида парообразования: испарение и кипение.
Скорость испарения зависит от: • температуры; • площади поверхности; • рода жидкости; • ветра.
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.
Температура – мера теплового движения частиц
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.
Броуновское движение
Экспериментальным подтверждением непрерывного движения атомов и молекул в веществе является броуновское движение и диффузия.
.jpg)
.jpg)
Диффузия
Как объясняется диффузия? Частицы веществ, беспорядочно двигаясь, проникают в промежутки друг между другом, что и означает самостоятельное смешивание веществ – диффузию.
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.
Давление газов
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.
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.
Глоссарий
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.
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.
Полезные ссылки
- Тепловое движение молекул. https://tula-term.ru/informaciya/books/vakuumnye-tehnologii-ep-sheshin/teplovoe-dvizhenie-molekul/
- В каких технических устройствах используется закон Паскаля. http://class-fizika.narod.ru/7_paskal.htm
- Интеллектуальная игра – конкурс ФИЗИКА ВОКРУГ НАС по теме «Тепловые явления» http://gigabaza.ru/doc/56452.html
- Микроопыт http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._Лед,_вода_и_пар
Библиография
- Броуновское движение https://ru.wikipedia.org/wiki/Броуновское_движение
- Движение частиц веществ http://www.fizika.ru/kniga/index.php?mode=paragraf&theme=07&id=7030
- Тепловое движение. Броуновское движение. Температура. Температурные шкалы. Термоскоп. http://class-fizika.narod.ru/8_1a.htm
- Урок-обобщение по теме "Тепловые явления" http://открытыйурок.рф/статьи/616441
- Тепловое расширение тел. http://www.plisa.by/jdownloads/phiz/fizika_dlya_chainikov.pdf
- Учет теплового расширения в технике http://www.fizika.ru/fakultat/index.php?theme=6&id=6218
- Нагреть льдом. Загадки - http://gadaika.ru/fizika?page=5
- Вопросы и задачи http://www.physbook.ru/index.php/Kvant._Движение_молекул
Некоторые 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.
1. «Я под мышкой посижу и что делать укажу: или уложу в кровать, или разрешу гулять».
ртемомрет
2. Искры небо прожигают, А до нас не долетают.
ыроетем
3. Два арапа – родные братья, Ростом по колено, Везде с нами гуляют, От мороза защищают.
игопас
4. Зимой нет теплее, Летом нет холоднее.
бергоп
5. Под окошком гармонь, Горяча, как огонь.
яератаб яинелпото
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.
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.
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
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).