תנועה תרמית של אטומים ומולקולות. מהי תנועה תרמית? אילו מושגים קשורים אליו?

בעולם הסובב אותנו, ישנם סוגים שונים של תופעות פיזיקליות הקשורות ישירות שינוי בטמפרטורת הגוף. מאז הילדות, אנו יודעים כי מים קרים, כאשר הם מחוממים, הופכים תחילה בקושי חמימים ורק לאחר זמן מסוים חמים.

עם מילים כמו "קר", "חם", "חם", אנו מגדירים דרגות שונות של "חימום" של גופים, או, אם מדברים בשפת הפיזיקה, טמפרטורות שונות של גופים. הטמפרטורה של מים חמים מעט גבוהה יותר מהטמפרטורה של מים קרים. אם נשווה את הטמפרטורה של אוויר קיץ וחורף, ההבדל בטמפרטורה ברור.

טמפרטורת הגוף נמדדת באמצעות מדחום והיא מתבטאת במעלות צלזיוס (°C).

כידוע, הדיפוזיה בטמפרטורה גבוהה יותר מהירה יותר. מכאן נובע שמהירות התנועה של מולקולות וטמפרטורה קשורות זו בזו. אם תעלה את הטמפרטורה, אז מהירות התנועה של מולקולות תגדל, אם תפחית אותה, היא תרד.

לפיכך, אנו מסכמים: טמפרטורת הגוף קשורה ישירות למהירות התנועה של מולקולות.

מים חמים מורכבים בדיוק מאותן מולקולות כמו מים קרים. ההבדל ביניהם הוא רק במהירות התנועה של מולקולות.

תופעות הקשורות לחימום או קירור של גופים, שינוי בטמפרטורה, נקראות תרמיות. אלה כוללים חימום או קירור אוויר, התכת מתכת, המסת שלג.

מולקולות או אטומים, שהם הבסיס לכל הגופים, נמצאים בתנועה כאוטית אינסופית. מספר מולקולות ואטומים כאלה בגופים סביבנו הוא עצום. נפח השווה ל-1 ס"מ³ של מים מכיל כ-3.34 x 10²² מולקולות. לכל מולקולה יש מסלול תנועה מורכב מאוד. לדוגמה, חלקיקי גז הנעים במהירויות גבוהות בכיוונים שונים יכולים להתנגש הן זה בזה והן בדפנות הכלי. לפיכך, הם משנים את מהירותם וממשיכים לנוע שוב.

איור מס' 1 מציג את התנועה האקראית של חלקיקי צבע המומסים במים.

לפיכך, אנו מסיקים עוד מסקנה אחת: התנועה הכאוטית של החלקיקים המרכיבים את הגופים נקראת תנועה תרמית.

אקראיות היא התכונה החשובה ביותר של תנועה תרמית. אחת העדויות החשובות ביותר לתנועת מולקולות היא דיפוזיה ותנועה בראונית.(תנועה בראונית היא תנועה של החלקיקים המוצקים הקטנים ביותר בנוזל בהשפעת השפעות מולקולריות. כפי שמראה תצפית, תנועה בראונית אינה יכולה להפסיק).

בנוזלים, מולקולות יכולות לנוע, להסתובב ולנוע ביחס למולקולות אחרות. אם ניקח מוצקים, אז בהם המולקולות והאטומים רוטטים סביב כמה עמדות ממוצעות.

לחלוטין כל המולקולות של הגוף משתתפות בתנועה התרמית של מולקולות ואטומים, וזו הסיבה שעם שינוי בתנועה התרמית משתנה גם מצב הגוף עצמו, תכונותיו השונות. כך, אם מעלים את טמפרטורת הקרח, הוא מתחיל להימס, תוך שהוא מקבל צורה אחרת לגמרי - הקרח הופך לנוזל. אם להיפך, הטמפרטורה של, למשל, כספית יורדת, אז היא תשנה את תכונותיה ותהפוך מנוזל למוצק.

ט טמפרטורת הגוף תלויה ישירות באנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות. אנו מסיקים מסקנה ברורה: ככל שהטמפרטורה של הגוף גבוהה יותר, כך גדלה האנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות שלו. לעומת זאת, ככל שטמפרטורת הגוף יורדת, האנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות שלו יורדת.

אם יש לך שאלות כלשהן או רוצה ללמוד עוד על תנועה תרמית וטמפרטורה, הירשם לאתר שלנו וקבל את עזרתו של מורה.

יש לך שאלות? לא יודעים איך להכין שיעורי בית?
לקבלת עזרת מורה דרך - הירשמו.
השיעור הראשון חינם!

אתר, עם העתקה מלאה או חלקית של החומר, נדרש קישור למקור.

שיעור זה דן במושג של תנועה תרמית וכמות פיזיקלית כמו טמפרטורה.

לתופעות תרמיות בחיי האדם יש חשיבות רבה. אנו נתקלים בהם גם בתחזית מזג האוויר וגם בזמן הרתחה של מים רגילים. תופעות תרמיות קשורות לתהליכים כמו יצירת חומרים חדשים, התכת מתכות, שרפת דלק, יצירת סוגים חדשים של דלק למכוניות ולמטוסים וכו'.

טמפרטורה היא אחד המושגים החשובים ביותר הקשורים לתופעות תרמיות, שכן לעתים קרובות הטמפרטורה היא המאפיין החשוב ביותר של מהלך התהליכים התרמיים.

הַגדָרָה.תופעות תרמיות- אלו הן תופעות הקשורות לחימום או קירור של גופים, כמו גם לשינוי במצב הצבירה שלהם (איור 1).

אורז. 1. המסת קרח, חימום מים ואיוד

כל התופעות התרמיות קשורות טֶמפֶּרָטוּרָה.

כל הגופים מאופיינים במצבם שיווי משקל תרמי. המאפיין העיקרי של שיווי משקל תרמי הוא הטמפרטורה.

הַגדָרָה.טֶמפֶּרָטוּרָההוא מדד ל"חום" של הגוף.

מכיוון שהטמפרטורה היא גודל פיזיקלי, ניתן וצריך למדוד אותה. מכשיר המשמש למדידת טמפרטורה נקרא מד חום(מיוונית. תרמו- "נעים", מטראו- "אני מודד") (איור 2).

אורז. 2. מדחום

מד החום הראשון (או ליתר דיוק, האנלוגי שלו) הומצא על ידי גלילאו גליליי (איור 3).

אורז. 3. גלילאו גליליי (1564-1642)

המצאת גלילאו, אותה הציג בפני תלמידיו בהרצאות באוניברסיטה בסוף המאה ה-16 (1597), נקראה תרמוסקופ. פעולתו של כל מדחום מבוססת על העיקרון הבא: התכונות הפיזיקליות של החומר משתנות עם הטמפרטורה.

הניסיון של גלילאומורכב מהדברים הבאים: הוא לקח בקבוק עם גבעול ארוך ומילא אותו במים. אחר כך הוא לקח כוס מים והפך את הבקבוקון והניח אותו בכוס. חלק מהמים כמובן נשפך החוצה, אך כתוצאה מכך נותרה רמה מסוימת של מים ברגל. אם עכשיו הבקבוק (המכיל אוויר) מחומם, אז מפלס המים יירד, ואם הוא יתקרר, אז, להיפך, הוא יעלה. הסיבה לכך היא שבחימום חומרים (בעיקר אוויר) נוטים להתרחב, ובקירור הם מצטמצמים (בגלל זה מסילות נעשות לא רציפות, והחוטים בין הקטבים לפעמים צונחים מעט).

אורז. 4. ניסיון של גלילאו

רעיון זה היווה את הבסיס לתרמוסקופ הראשון (איור 5), שאיפשר להעריך את השינוי בטמפרטורה (אי אפשר למדוד במדויק את הטמפרטורה עם תרמוסקופ כזה, שכן קריאותיו יהיו תלויות מאוד בלחץ האטמוספרי).

אורז. 5. עותק של התרמוסקופ של גלילאו

במקביל, הוצג מה שנקרא סולם התארים. עצם המילה תוֹאַרבלטינית פירושו "צעד".

עד היום שרדו שלושה סולמות עיקריים.

1. צֶלסִיוּס

הסולם הנפוץ ביותר, המוכר לכולם מילדות, הוא סולם צלזיוס.

אנדרס צלסיוס (איור 6) - אסטרונום שוודי, שהציע את סולם הטמפרטורה הבא: - נקודת רתיחה של מים; - נקודת הקפאה של מים. בימינו כולנו רגילים לסולם צלזיוס הפוך.

אורז. 6 אנדרס צלזיוס (1701-1744)

הערה:צלזיוס עצמו אמר שבחירה כזו בקנה מידה נגרמת מעובדה פשוטה: מצד שני, לא תהיה טמפרטורה שלילית בחורף.

2. סולם פרנהייט

באנגליה, ארה"ב, צרפת, אמריקה הלטינית וכמה מדינות אחרות, סולם פרנהייט פופולרי.

גבריאל פרנהייט (איור 7) הוא חוקר גרמני, מהנדס שיישם לראשונה קנה מידה משלו לייצור זכוכית. סולם פרנהייט דק יותר: מימד סולם פרנהייט קטן מדרגת סולם צלזיוס.

אורז. 7 גבריאל פרנהייט (1686-1736)

3. סולם Réaumur

הסולם הטכני הומצא על ידי החוקר הצרפתי R.A. Réaumur (איור 8). לפי סולם זה הוא תואם את נקודת הקיפאון של המים, אך Réaumur בחר בטמפרטורה של 80 מעלות כנקודת הרתיחה של המים.

אורז. 8. רנה אנטואן ראומור (1683-1757)

בפיזיקה, מה שנקרא קנה מידה מוחלט - סולם קלווין(איור 8). מעלה אחת צלזיוס שווה ל-1 מעלה קלווין, אבל הטמפרטורה מתאימה בערך (איור 9).

אורז. 9. ויליאם תומסון (לורד קלווין) (1824-1907)

אורז. 10. מאזני טמפרטורה

נזכיר שכאשר טמפרטורת הגוף משתנה, ממדיו הליניאריים משתנים (בחימום הגוף מתרחב, כאשר מתקרר הוא מצטמצם). זה קשור להתנהגות המולקולות. כאשר מחומם, מהירות התנועה של חלקיקים עולה, בהתאמה, הם מתחילים ליצור אינטראקציה לעתים קרובות יותר והנפח גדל (איור 11).

אורז. 11. שינוי מידות ליניאריות

מכאן נוכל להסיק שטמפרטורה קשורה לתנועה של חלקיקים המרכיבים גופים (זה חל על גופים מוצקים, נוזליים וגזים).

תנועת החלקיקים בגזים (איור 12) היא אקראית (שכן מולקולות ואטומים בגזים כמעט אינם מקיימים אינטראקציה).

אורז. 12. תנועה של חלקיקים בגזים

תנועת החלקיקים בנוזלים (איור 13) היא "קפיצה", כלומר, המולקולות מנהלות "אורח חיים יושבני", אך מסוגלות "לקפוץ" ממקום למקום. זה קובע את נזילות הנוזלים.

אורז. 13. תנועה של חלקיקים בנוזלים

תנועת החלקיקים במוצקים (איור 14) נקראת תנודה.

אורז. 14. תנועה של חלקיקים במוצקים

לפיכך, כל החלקיקים נמצאים בתנועה מתמשכת. תנועה זו של חלקיקים נקראת תנועה תרמית(תנועה אקראית, כאוטית). תנועה זו לעולם לא נפסקת (כל עוד יש לגוף טמפרטורה). נוכחותה של תנועה תרמית אושרה בשנת 1827 על ידי הבוטנאי האנגלי רוברט בראון (איור 15), שעל שמו נקראת תנועה זו. תנועה חומה.

אורז. 15. רוברט בראון (1773-1858)

נכון להיום, ידוע שהטמפרטורה הנמוכה ביותר שניתן להגיע אליה היא בערך . בטמפרטורה זו נעצרת תנועת החלקיקים (עם זאת, התנועה בתוך החלקיקים עצמם לא נפסקת).

ניסיונו של גלילאו תואר קודם לכן, ולסיכום, הבה נבחן ניסיון נוסף - ניסיונו של המדען הצרפתי גיום אמונטון (איור 15), אשר ב-1702 המציא את מה שנקרא. מדחום גז. עם שינויים קלים, מדחום זה שרד עד היום.

אורז. 15. גיום אמונטון (1663-1705)

חווית אמונטון

אורז. 16. ניסיון של אמונטון

קח בקבוקון עם מים ותקע אותו עם פקק עם צינור דק. אם עכשיו מחממים את המים, אז בגלל התרחבות המים, מפלסם בצינור יעלה. לפי רמת עליית המים בצינור, ניתן להסיק מסקנה לגבי השינוי בטמפרטורה. יתרון מדחום אמונטוןהוא שזה לא תלוי בלחץ האטמוספרי.

בשיעור זה, שקלנו כמות פיזית חשובה כמו טֶמפֶּרָטוּרָה. למדנו את שיטות המדידה שלו, מאפייניו ותכונותיו. בשיעור הבא נחקור את הרעיון אנרגיה פנימית.

בִּיבּלִיוֹגְרָפִיָה

1. Gendenstein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / אד. Orlova V.A., Roizena I.I. פיזיקה 8. - M.: Mnemosyne.
2. פרישקין א.ו. פיזיקה 8. - M.: Bustard, 2010.
3. Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. פיזיקה 8. - מ.: הארה.

1. פורטל האינטרנט "class-fizika.narod.ru" ()
2. פורטל האינטרנט "school.xvatit.com" ()
3. פורטל האינטרנט "ponimai.su" ()

שיעורי בית

1. מס' 1-4 (סעיף 1). פרישקין א.ו. פיזיקה 8. - M.: Bustard, 2010.

2. למה לא ניתן לכייל את התרמוסקופ של גלילאו?

3. מסמר ברזל מחומם על הכיריים:

כיצד השתנתה המהירות של מולקולות ברזל?

כיצד תשתנה מהירות התנועה של מולקולות אם הציפורן תוריד למים קרים?

איך זה משנה את מהירות מולקולות המים?

כיצד משתנה נפח הציפורן במהלך הניסויים הללו?

4. הבלון הועבר מהחדר לכפור:

כיצד ישתנה נפח הכדור?

כיצד תשתנה מהירות התנועה של מולקולות האוויר בתוך הבלון?

כיצד תשתנה מהירות המולקולות בתוך הכדור אם יחזירו אותו לחדר ובנוסף יוכנסו לסוללה?

האטומים והמולקולות המרכיבות חומרים שונים נמצאים במצב של תנועה תרמית מתמשכת.

התכונה הראשונה של תנועה תרמית היא האקראיות שלה; אין כיוון של תנועה מולקולרית מובחן מכיוונים אחרים. הבה נסביר זאת: אם נעקוב אחר התנועה של מולקולה אחת, אז עם הזמן, עקב התנגשויות עם מולקולות אחרות, גודל המהירות וכיוון התנועה של מולקולה זו משתנים באופן אקראי לחלוטין; יתרה מזאת, אם בנקודת זמן מסוימת נקבע את מהירויות התנועה של כל המולקולות, אז בכיוון המהירויות הללו מתבררות כמפוזרות באופן שווה בחלל, ובגודלן יש להן מגוון רחב של ערכים.

המאפיין השני של תנועה תרמית הוא קיומו של חילופי אנרגיה בין מולקולות, וכן בין סוגי תנועה שונים; ניתן להמיר את האנרגיה של תנועת הטרנסלציה של מולקולות לאנרגיית התנועה הסיבובית או הרטט שלהן ולהיפך.

חילופי האנרגיה בין מולקולות, כמו גם בין סוגים שונים של תנועה תרמית שלהן, מתרחש עקב אינטראקציה של מולקולות (התנגשויות ביניהן). במרחקים גדולים, כוחות האינטראקציה בין מולקולות קטנים מאוד וניתן להזניח אותם; במרחקים קטנים, לכוחות אלה יש השפעה ניכרת. בגזים, מולקולות מבליות את רוב זמנן במרחקים גדולים יחסית זו מזו; רק לפרקי זמן קצרים מאוד, כשהם קרובים מספיק זה לזה, הם מקיימים אינטראקציה זה עם זה, משנים את מהירות התנועות שלהם ומחליפים אנרגיות. אינטראקציות קצרות טווח כאלה של מולקולות נקראות התנגשויות. ישנם שני סוגים של התנגשויות בין מולקולות:

1) התנגשויות, או פגיעות, מהסוג הראשון, שכתוצאה מהן משתנות רק המהירויות והאנרגיות הקינטיות של החלקיקים המתנגשים; ההרכב או המבנה של המולקולות עצמן אינם חווים כל שינוי;

2) התנגשויות, או פגיעות, מהסוג השני, כתוצאה מהן מתרחשים שינויים בתוך המולקולות, למשל, הרכב שלהן או הסידור היחסי של האטומים בתוך מולקולות אלו משתנה. במהלך התנגשויות אלו, חלק מהאנרגיה הקינטית של המולקולות מושקע על ביצוע עבודה נגד הכוחות הפועלים בתוך המולקולות. במקרים מסוימים, להיפך, כמות מסוימת של אנרגיה יכולה להשתחרר עקב ירידה באנרגיה הפוטנציאלית הפנימית של מולקולות.

בהמשך, נזכור רק התנגשויות מהסוג הראשון המתרחשות בין מולקולות גז. חילופי אנרגיה במהלך תנועות תרמיות בגופים מוצקים ונוזליים הוא תהליך מורכב יותר ונחשב בחלקים מיוחדים של הפיזיקה. התנגשויות מהסוג השני משמשות כדי להסביר את המוליכות החשמלית של גזים ונוזלים, כמו גם את הקרינה התרמית של גופים.

כדי לתאר כל סוג של תנועה תרמית של מולקולות (טרנסלציונלי, סיבובי או רטט), יש צורך להגדיר מספר כמויות. לדוגמה, עבור תנועת תרגום של מולקולה, יש צורך לדעת את גודל וכיוון המהירות שלה. לשם כך, די לציין שלוש כמויות: ערך המהירות ושתי זוויות ובין כיוון המהירות למישורי הקואורדינטות, או שלוש תחזיות של המהירות על צירי הקואורדינטות: (איור 11.1, א). . שימו לב ששלושת הכמויות הללו אינן תלויות: עבור זוויות נתונות ויכולות להיות כל ערכים, ולהיפך, עבור נתון, למשל, זווית, ערכים ויכולים להיות כל. באופן דומה, קביעת ערך ספציפי אינה מטילה הגבלות כלשהן על הערכים הפוך. לפיכך, כדי לתאר את תנועת התרגום של מולקולה במרחב, יש צורך להגדיר שלוש כמויות בלתי תלויות זו בזו: או האנרגיה של תנועת התרגום של מולקולה תהיה מורכבת משלושה מרכיבים בלתי תלויים:

כדי לתאר את תנועת הסיבוב של מולקולה סביב ציריה, יש צורך לציין את גודל וכיוון מהירות הסיבוב הזוויתית, כלומר, שוב, שלוש כמויות בלתי תלויות זו בזו: ו-c או (איור II. 1, b) ). אנרגיית התנועה הסיבובית של מולקולה תהיה מורכבת גם משלושה מרכיבים בלתי תלויים:

היכן הם רגעי האינרציה של המולקולה על שלושה צירים קואורדינטות מאונכים זה לזה. עבור מולקולה מונוטומית, כל רגעי האינרציה הללו קטנים מאוד, ולכן האנרגיה של התנועה הסיבובית שלה מוזנחת. עבור מולקולה דיאטומית (איור II.1, ג), מוזנחת אנרגיית התנועה הסיבובית סביב הציר העובר במרכזי האטומים, לכן, למשל,

כדי לתאר את תנועת הרטט של אטומים במולקולה, יש לחלק תחילה את התנועה הזו לתנודות פשוטות המתרחשות לאורך כיוונים מסוימים. נוח לפרק תנודה מורכבת לתנודות ישרות פשוטות המתרחשות בשלושה כיוונים מאונכים זה לזה. תנודות אלו אינן תלויות זו בזו, כלומר, התדירות והמשרעת של תנודות באחד מהכיוונים הללו יכולים להתאים לכל תדר ומשרעת של תנודות בכיוונים אחרים. אם כל אחת מהתנודות הליוויות הללו היא הרמונית, ניתן לתאר אותה באמצעות הנוסחה

לפיכך, כדי לתאר רטט ישר פרטני של אטומים, יש צורך להגדיר שתי גדלים: תדר הרטט ω ומשרעת הרטט.שתי הגדלים הללו גם אינן תלויות זו בזו: בתדר נתון, משרעת הרטט אינה קשורה ע"י. כל תנאי, ולהיפך. כתוצאה מכך, כדי לתאר את תנועת הרטט המורכבת של מולקולה סביב נקודה (כלומר, מיקום שיווי המשקל שלה), יש צורך להגדיר שש כמויות בלתי תלויות זו בזו: שלושה תדרים ואמפליטודות רטט בשלושה כיוונים בניצב זה לזה.

כמויות בלתי תלויות זו בזו הקובעות את מצבה של מערכת פיזיקלית נתונה נקראות דרגות החופש של מערכת זו. כאשר לומדים תנועה תרמית בגופים (כדי לחשב את האנרגיה של תנועה זו), נקבע מספר דרגות החופש של כל מולקולה בגוף זה. במקרה זה, רק דרגות החופש שביניהן מתרחשת חילופי אנרגיה נספרים. למולקולת גז מונוטומית יש שלוש דרגות חופש של תנועה תרגום; למולקולה דיאטומית יש שלוש דרגות חופש של תנועה ושתי דרגות חופש של תנועה סיבובית (דרגת החופש השלישית, המקבילה לסיבוב סביב ציר העובר במרכזי האטומים, אינה נלקחת בחשבון). מולקולות המכילות שלוש

לאטום ועוד, יש שלוש דרגות חופש טרנסלציוניות ושלוש דרגות סיבוביות. אם תנועת תנודה משתתפת גם בחילופי האנרגיה, אזי מתווספות שתי דרגות חופש עבור כל רטט ישר עצמאי.

בהתחשב בנפרד בתנועות התרגום, הסיבוב והרטט של מולקולות, ניתן למצוא את האנרגיה הממוצעת הנופלת על כל דרגת חופש של סוגי תנועה אלו. הבה ניקח תחילה את תנועת התרגום של מולקולות: הבה נניח שלמולקולה יש אנרגיה קינטית (מסה של מולקולה). הסכום הוא האנרגיה של תנועת התרגום של כל המולקולות. מחלקים בדרגות חופש, אנו מקבלים את האנרגיה הממוצעת לדרגת חופש אחת של תנועת התרגום של מולקולות:

אפשר גם לחשב את האנרגיות הממוצעות לדרגת חופש אחת של תנועות הסיבוב והתנודה. אם לכל מולקולה יש דרגות חופש תרגום, דרגות חופש סיבוביות ודרגות חופש רטט, אז האנרגיה הכוללת של התנועה התרמית של כל המולקולות תהיה שווה ל-

כדי ללמוד את הנושא "תנועה תרמית" עלינו לחזור על:

בעולם שסביבנו מתרחשים סוגים שונים של תופעות פיזיקליות, הקשורות ישירות לשינויים בטמפרטורה של הגוף.

מאז ילדות, אנו זוכרים כי המים באגם קרים בהתחלה, ואז בקושי חמים, ורק לאחר זמן מה הופכים מתאימים לשחייה.

עם מילים כמו "קר", "חם", "מעט חם", אנו מגדירים דרגות שונות של "התחממות" של גופים, או, בשפת הפיזיקה, טמפרטורות שונות של גופים.

אם נשווה את הטמפרטורה באגם בקיץ ובסוף הסתיו, ההבדל ברור. טמפרטורת המים החמים מעט גבוהה מטמפרטורת מי הקרח.

כידוע, הדיפוזיה בטמפרטורה גבוהה יותר מהירה יותר. מכאן נובע שמהירות התנועה של מולקולות וטמפרטורה קשורות זו בזו.

ניסוי: קחו שלוש כוסות ומלאו אותן במים קרים, חמימים וחמים, ועכשיו שימו שקית תה בכל כוס ותראו איך משתנה צבע המים? היכן יתרחש השינוי הזה בצורה האינטנסיבית ביותר?

אם תעלה את הטמפרטורה, אז מהירות התנועה של מולקולות תגדל, אם תפחית אותה, היא תרד. לפיכך, אנו מסכמים: טמפרטורת הגוף קשורה ישירות למהירות התנועה של מולקולות.

מים חמים מורכבים בדיוק מאותן מולקולות כמו מים קרים. ההבדל ביניהם הוא רק במהירות התנועה של מולקולות.

תופעות הקשורות לחימום או קירור של גופים, שינוי בטמפרטורה, נקראות תרמיות. אלה כוללים חימום או קירור לא רק גופים נוזליים, אלא גם אוויר גזי ומוצק.

דוגמאות נוספות לתופעות תרמיות: התכת מתכות, הפשרת שלג.

מולקולות או אטומים, שהם הבסיס לכל הגופים, נמצאים בתנועה כאוטית אינסופית. תנועת מולקולות בגופים שונים מתרחשת בדרכים שונות. מולקולות של גזים נעות באקראי במהירויות גבוהות לאורך מסלול מורכב מאוד.כשהם מתנגשים, הם קופצים זה מזה, משנים את גודל המהירויות ואת כיווןן.

מולקולות נוזל מתנדנדות סביב עמדות שיווי משקל (מכיוון שהן ממוקמות כמעט קרוב זו לזו) ולעיתים רחוקות יחסית קופצות ממיקום שיווי משקל אחד לאחר. תנועת מולקולות בנוזל היא פחות חופשית מאשר בגזים, אך חופשית יותר מאשר במוצקים.

במוצקים, מולקולות ואטומים נעים סביב עמדות ממוצעות מסוימות.

ככל שהטמפרטורה עולה, מהירות החלקיקים עולה, בגלל זה התנועה הכאוטית של חלקיקים נקראת בדרך כלל תרמית.

מעניין:

מה הגובה המדויק של מגדל אייפל? וזה תלוי בטמפרטורת הסביבה!

העובדה היא שגובה המגדל משתנה ב-12 סנטימטרים.

והטמפרטורה של הקורות יכולה להגיע עד 40 מעלות צלזיוס.

וכפי שאתה יודע, חומרים יכולים להתרחב בהשפעת טמפרטורה גבוהה.

אקראיות היא התכונה החשובה ביותר של תנועה תרמית. אחת העדויות החשובות ביותר לתנועת מולקולות היא דיפוזיה ותנועה בראונית. (תנועה בראונית היא תנועה של החלקיקים המוצקים הקטנים ביותר בנוזל בהשפעת השפעות מולקולריות. כפי שמראה תצפית, תנועה בראונית אינה יכולה להפסיק). תנועה בראונית התגלתה על ידי הבוטנאי האנגלי רוברט בראון (1773-1858).

לחלוטין כל המולקולות של הגוף משתתפות בתנועה התרמית של מולקולות ואטומים, וזו הסיבה שעם שינוי בתנועה התרמית משתנה גם מצב הגוף עצמו, תכונותיו השונות.

שקול כיצד תכונות המים משתנות עם הטמפרטורה.

טמפרטורת הגוף תלויה ישירות באנרגיה הקינטית הממוצעת של מולקולות. אנו מסיקים מסקנה ברורה: ככל שהטמפרטורה של הגוף גבוהה יותר, כך גדלה האנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות שלו. לעומת זאת, ככל שטמפרטורת הגוף יורדת, האנרגיה הקינטית הממוצעת של המולקולות שלו יורדת.

טֶמפֶּרָטוּרָה - ערך המאפיין את המצב התרמי של הגוף או מדד אחר ל"חימום" הגוף.

ככל שהטמפרטורה של הגוף גבוהה יותר, כך יש יותר אנרגיה לאטומים ולמולקולות שלו בממוצע.

הטמפרטורה נמדדת מדי חום, כלומר מכשירי מדידת טמפרטורה

הטמפרטורה לא נמדדת ישירות! הערך הנמדד תלוי בטמפרטורה!

נכון לעכשיו, ישנם מדי חום נוזליים וחשמליים.

במדחום נוזלי מודרני, זהו נפח האלכוהול או הכספית. המדחום מודד את הטמפרטורה שלו! ואם אנחנו רוצים למדוד את הטמפרטורה של גוף אחר עם מדחום, עלינו להמתין זמן מה עד שהטמפרטורות של הגוף והמדחום יהיו שוות, כלומר. שיווי משקל תרמי יגיע בין המדחום לגוף. מדחום ביתי "מדחום" צריך זמן כדי לתת ערך מדויק לטמפרטורה של המטופל.

זהו חוק שיווי המשקל התרמי:

עבור כל קבוצה של גופים מבודדים, לאחר זמן מה, הטמפרטורות הופכות להיות זהות,

הָהֵן. מתרחש מצב של שיווי משקל תרמי.

טמפרטורת הגוף נמדדת עם מדחום ומתבטאת לרוב במונחים של מעלות צלזיוס(°C). ישנן גם יחידות מדידה אחרות: פרנהייט, קלווין וראומור.

רוב הפיזיקאים מודדים טמפרטורה בסולם קלווין. 0 מעלות צלזיוס = 273 מעלות קלווין

מה לדעתך קובע את קצב המסת הסוכר במים? אתה יכול לעשות ניסוי פשוט. קחו שתי חתיכות סוכר וזרקו אחת לכוס מים רותחים, את השנייה לכוס מים קרים.

תוכלו לראות כיצד הסוכר במים רותחים יתמוסס פי כמה מהר יותר מאשר במים קרים. הסיבה לפירוק היא דיפוזיה. המשמעות היא שהדיפוזיה מתרחשת מהר יותר בטמפרטורות גבוהות יותר. דיפוזיה נגרמת על ידי תנועה של מולקולות. לכן, אנו מסיקים כי מולקולות נעות מהר יותר בטמפרטורות גבוהות יותר. כלומר, מהירות התנועה שלהם תלויה בטמפרטורה. לכן התנועה הכאוטית האקראית של המולקולות המרכיבות את הגוף נקראת תנועה תרמית.

תנועה תרמית של מולקולות

ככל שהטמפרטורה עולה, התנועה התרמית של מולקולות עולה, ותכונות החומר משתנות. המוצק נמס, הופך לנוזל, הנוזל מתאדה, הופך למצב גזי. בהתאם לכך, אם הטמפרטורה יורדת, אזי תפחת גם האנרגיה הממוצעת של התנועה התרמית של מולקולות, ובהתאם לכך יתרחשו תהליכי שינוי מצב הצבירה של הגופים בכיוון ההפוך: מים יתעבו לנוזל, הנוזל יקפא, יהפוך למצב מוצק. יחד עם זאת, אנחנו תמיד מדברים על הערכים הממוצעים של טמפרטורה ומהירות מולקולרית, מכיוון שתמיד יש חלקיקים עם ערכים גדולים יותר ויותר של ערכים אלה.

מולקולות בחומרים זזות, עוברות מרחק מסוים, ולכן עושות עבודה מסוימת. כלומר, אנחנו יכולים לדבר על האנרגיה הקינטית של חלקיקים. בשל סידורם ההדדי, קיימת גם אנרגיה פוטנציאלית של המולקולות. כאשר אנו מדברים על האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית של גופים, אנו מדברים על קיומה של האנרגיה המכנית הכוללת של גופים. אם לחלקיקי הגוף יש אנרגיה קינטית ופוטנציאלית, לכן, נוכל לדבר על סכום האנרגיות הללו ככמות עצמאית.

אנרגיה פנימית של הגוף

שקול דוגמה. אם נזרוק כדור אלסטי על הרצפה, אז האנרגיה הקינטית של תנועתו הופכת לחלוטין לאנרגיה פוטנציאלית ברגע שהיא נוגעת ברצפה, ואז חוזרת לאנרגיה קינטית כשהיא קופצת. אם נזרוק כדור ברזל כבד על משטח קשיח ולא גמיש, אז הכדור ינחת בלי להקפיץ. האנרגיות הקינטיות והפוטנציאליות שלו לאחר הנחיתה יהיו שווה לאפס. לאן נעלמה האנרגיה? היא פשוט נעלמה? אם נבחן את הכדור והמשטח לאחר ההתנגשות, נוכל לראות שהכדור השתטח מעט, נותר שקע על המשטח ושניהם התחממו מעט. כלומר, חל שינוי בסידור המולקולות של הגופים, וגם הטמפרטורה עלתה. משמעות הדבר היא שהאנרגיות הקינטיות והפוטנציאליות של חלקיקי הגוף השתנו. האנרגיה של הגוף לא נעלמה לשום מקום, הוא עבר לאנרגיה הפנימית של הגוף. אנרגיה פנימית נקראת האנרגיה הקינטית והפוטנציאלית של כל חלקיקי הגוף. התנגשות הגופים גרמה לשינוי באנרגיה הפנימית, היא גדלה, והאנרגיה המכנית ירדה. זה מה שהוא מורכב