Hőmozgás. Hőmérséklet
1. oldal
A folyékony halmazállapotú anyagok molekuláinak hőmozgása hasonló a kristályos és gázhalmazállapotú anyagok mozgásához. A kristályokban a molekulák hőmozgása főként a molekulák egyensúlyi helyzethez viszonyított rezgéseiben fejeződik ki, amelyek gyakorlatilag nem változnak az idő múlásával. A molekulák hőmozgása gázokban főként azok transzlációs mozgása és forgása, melynek irányai az ütközések során megváltoznak.
Az anyag molekuláinak a szubsztrát felületén történő hőmozgását migrációnak nevezzük. A migráció során lehetővé válik, hogy a molekulák – kettő vagy ritkábban három – ütközzenek egymással. Az ütköző molekulák a van der Waals erők hatására jönnek össze. Tehát dublettek és triplettek keletkeznek. Nehezebben deszorbeálódnak, mint az egyes molekulák, mivel a felülettel való kötéseik észrevehetően erősebbek. Ezek a képződmények aktív centrumok a későbbi ülepedő molekulák kondenzációja során.
Mivel a testanyag molekuláinak hőmozgása megzavarja azok rendezett elrendezését, a mágnesezettség a hőmérséklet emelkedésével csökken.
Mivel a testanyag molekuláinak hőmozgása megzavarja azok rendezett elrendezését, a mágnesezettség a hőmérséklet emelkedésével csökken. Ha ezt a testet eltávolítjuk a külső térből, akkor a molekulák kaotikus mozgása a teljes lemágnesezéshez vezet.
A telített gőznyomás a gőzfázisban lévő anyag molekuláinak bizonyos hőmérsékleten történő hőmozgásával jön létre.
A gázhalmazállapot akkor következik be, ha egy anyag molekuláinak hőmozgási energiája meghaladja a kölcsönhatásuk energiáját. Az anyag molekulái ebben az állapotban egyenes vonalú transzlációs mozgást kapnak, és az anyagok egyedi tulajdonságai elvesznek, és engedelmeskednek az összes gázra jellemző törvényeknek vagy ha a hőmérséklet változik.
Az abszolút nullát (0 K) az anyag molekuláinak hőmozgásának megszűnése jellemzi, és 273 16 C-kal 0 C alatti hőmérsékletnek felel meg.
Az anyag kinetikai elmélete lehetővé teszi, hogy kapcsolatot létesítsünk a nyomás és az anyag molekuláinak hőmozgásának kinetikai energiája között.
Ha a molekulák belső mozgásai összefüggenek a külső hőmozgással, akkor lehetetlen megérteni egy anyag tulajdonságait, kémiai viselkedését anélkül, hogy ezt az összefüggést tanulmányoznánk, anélkül, hogy figyelembe vennénk azokat a tényezőket, amelyek befolyásolják a molekulák hőmozgását. egy anyag (hőmérséklet, nyomás, környezet stb.), és ezen a hőmozgáson keresztül befolyásolja az egyes molekulák belső mozgásának állapotát is.
Így azt találták, hogy bármely anyag gáz halmazállapotból folyékony halmazállapotúvá alakítható. Ilyen átalakulást azonban mindegyik anyag csak egy bizonyos, úgynevezett kritikus Tc hőmérséklet alatti hőmérsékleten tapasztalhat. A kritikus hőmérséklet felett az anyag semmilyen nyomáson nem válik folyékony vagy szilárd halmazállapotúvá. Nyilvánvaló, hogy egy kritikus hőmérsékleten az anyag molekuláinak hőmozgásának átlagos kinetikus energiája meghaladja a folyadékban vagy szilárd anyagban való megkötésük potenciális energiáját. Mivel a különböző anyagok molekulái között ható vonzóerők eltérőek, a kapcsolódásuk potenciális energiája is eltérő, így a kritikus hőmérséklet értékei is eltérőek az egyes anyagoknál.
A fentiekben az 1 és a T2 relaxációs időket konstansként vezettük be, amelyeket tapasztalatból kell meghatározni. A különböző anyagoknál mért 7-es értékek széles tartományban vannak, a K) 4 másodperctől a paramágneses sók oldatainál a többig. A kísérleti adatok szoros összefüggést mutatnak a relaxációs idők értékei és az anyag molekuláinak hőmozgásának szerkezete és természete között.
A T, K abszolút hőmérséklet a test felmelegedési fokát jellemzi. Elsősorban a jég olvadáspontját (0 C) és a víz forráspontját (100 C) normál légköri nyomáson vettük kezdeti értéknek a Nemzetközi Gyakorlati Celsius-hőmérséklet-skála összeállításánál a hőmérséklet és a hőmérséklet eredetének megállapítására. mértékegysége - fok. A 0 C feletti hőmérsékletet pozitívnak, a 0 C alatti hőmérsékletet negatívnak tekintjük. Az SI mértékegységrendszerben a hőmérsékleti számításokat a Kelvin termodinamikai skála fokaiban megadott abszolút nulláról végzik. Ennek a skálnak az abszolút nullapontját (0 K) az jellemzi, hogy az anyag molekuláinak hőmozgása megszűnik, és a Celsius-skálán -273 15 C hőmérsékletnek felel meg. Így mindkét skála csak a kiindulási pontban tér el, és a felosztási ár (fok) azonos nekik.
Oldalak: 1
Jegy 17. sz
- Az anyag szerkezetének atomi hipotézise és kísérleti bizonyítékai. Ideális gázmodell. Abszolút hőmérséklet. A hőmérséklet mint a meleg részecskemozgás átlagos kinetikus energiájának mértéke.
- A fény visszaverődésének és törésének törvényei; teljes belső visszaverődés; lencsék; vékony lencse formula; optikai műszerek.
a. 1. Minden anyag molekulákból áll, köztük szóközökkel. Bizonyítás: 1. ha eltörsz egy tárgyat, akkor a vágás durva; 2. bármely test mindig összenyomható - ez a molekulák közötti űrnek köszönhető.
b. Minden molekula folyamatos, kaotikus mozgásban van. Bizonyítás: 1. diffúzió - az anyagok egymással való keveredésének jelensége. Ha két anyagot összekever, egy idő után keverés nélkül összekeverednek (például: uborka savanyítása); 2. A Brown-mozgás folyadékban vagy gázban szuszpendált nagy részecskék mozgása. (például: porszemcsék „táncolnak” a levegőben - ez annak köszönhető, hogy a levegőmolekulák folyamatosan és véletlenszerűen mozognak, és leütik a molekulákat).
c. A molekulák között egyszerre vannak vonzó és taszító erők (például: trambulin, autórugó stb.)
Az ideális gáz egy modell a fizikában. Az edényben lévő gázt akkor tekintjük ideális gáznak, ha egy molekula, amely az edény falától faláig repül, nem ütközik más molekulákkal.
Az alapvető MKT egyenlet egy gázrendszer makroszkopikus paramétereit (nyomás, térfogat, hőmérséklet) kapcsolja össze a mikroszkopikus paraméterekkel (molekulák tömege, mozgásuk átlagos sebessége).
Hol van a koncentráció, 1/mol; - molekulatömeg, kg; - a molekulák négyzetes középsebessége, m/s; - a molekulamozgás kinetikus energiája, J.
Abszolút hőmérséklet – K-ben (kelvinben) mérve
Az abszolút nulla az a hőmérséklet, amely -273 Celsius-fokkal egyenlő - amelynél minden mozgásnak meg kell állnia.
A gáz halmazállapotú anyag tulajdonságainak magyarázatára az ideális gázmodellt használjuk. Egy gázt akkor tekintünk ideálisnak, ha: a) a molekulák között nincsenek vonzó erők, vagyis a molekulák abszolút rugalmas testként viselkednek;
B) a gáz nagyon lemerült, azaz. a molekulák közötti távolság sokkal nagyobb, mint maguknak a molekuláknak a mérete;
C) a termikus egyensúly a teljes térfogatban azonnal létrejön. Azok a feltételek, amelyek ahhoz szükségesek, hogy egy valódi gáz elnyerje az ideális gáz tulajdonságait, akkor teljesülnek, ha a valódi gázt megfelelően kiürítik. Egyes gázok még szobahőmérsékleten és légköri nyomáson is kissé eltérnek az ideálisaktól. Az ideális gáz fő paraméterei a nyomás, a térfogat és a hőmérséklet.
Az MCT egyik első és fontos sikere az edény falára nehezedő gáznyomás minőségi és mennyiségi magyarázata volt. A kvalitatív magyarázat az, hogy a gázmolekulák az edény falával ütközve a mechanika törvényei szerint rugalmas testekként lépnek kölcsönhatásba velük, és impulzusaikat az edény falaira adják át.
A molekuláris kinetikai elmélet alapelveit felhasználva megkaptuk az ideális gáz alapvető MKT egyenletét,
Ami így néz ki: , ahol p egy ideális gáz nyomása, m0 a molekula tömege, az átlagérték
Molekulák koncentrációja, a molekulák sebességének négyzete.
Ideális gázmolekulák transzlációs mozgásának kinetikus energiájának átlagos értékének kijelölése
Megkapjuk a fő egyenletet
Ideális gáz MCT a következő formában:
Csak a gáznyomás mérésével azonban nem lehet tudni sem az egyes molekulák átlagos kinetikus energiáját, sem azok koncentrációját. Következésképpen egy gáz mikroszkopikus paramétereinek meghatározásához más, a molekulák átlagos kinetikus energiájához kapcsolódó fizikai mennyiség mérésére van szükség. Ez a mennyiség a hőmérséklet. A hőmérséklet egy skaláris fizikai mennyiség, amely a termodinamikai egyensúly állapotát írja le (olyan állapot, amelyben a mikroszkopikus paraméterek nem változnak). Termodinamikai mennyiségként a hőmérséklet a rendszer termikus állapotát jellemzi, és a nullának feltételezetttől való eltérés mértékével mérjük, mint molekuláris-kinetikai mennyiséget, a molekulák kaotikus mozgásának intenzitását jellemzi és mérjük; átlagos mozgási energiájuk alapján. Ek = 3/2 kT, ahol k = 1,38 10^(-23) J/K, és Boltzmann-állandónak nevezzük.
Egy izolált rendszer minden részének hőmérséklete egyensúlyban azonos. A hőmérsékletet hőmérőkkel mérik, különböző hőmérsékleti skálák fokában. Létezik egy abszolút termodinamikai skála (a Kelvin-skála) és különböző empirikus skálák, amelyek kiindulási pontjaikban különböznek egymástól. Az abszolút hőmérsékleti skála bevezetése előtt a gyakorlatban széles körben alkalmazták a Celsius-skálát (a víz fagyáspontját 0 °C-nak, a normál légköri nyomású víz forráspontját 100 °C-nak vesszük).
A hőmérséklet mértékegységét az abszolút skálán Kelvinnek nevezzük, és úgy választjuk meg, hogy egyenlő legyen a Celsius-skála egy fokkal 1 K = 1 °C. A Kelvin-skálán az abszolút nulla hőmérsékletet nullának vesszük, vagyis azt a hőmérsékletet, amelyen az ideális gáz nyomása állandó térfogat mellett nulla. A számítások azt az eredményt adják, hogy az abszolút nulla hőmérséklet -273 °C. Így összefüggés van az abszolút hőmérsékleti skála és a Celsius-skála között T = t °C + 273. Az abszolút nulla hőmérséklet elérhetetlen, mivel minden hűtés a molekulák felszínről történő párolgásán alapul, és az abszolút nullához közeledve a A molekulák transzlációs mozgásának sebessége annyira lelassul, hogy a párolgás gyakorlatilag leáll. Elméletileg abszolút nullánál a molekulák transzlációs mozgásának sebessége nulla, azaz a molekulák hőmozgása leáll.
1. 1827-ben R. Brown angol botanikus, aki mikroszkóp segítségével vizsgálta a vízben szuszpendált pollenrészecskéket, észrevette, hogy ezek a részecskék véletlenszerűen mozognak; remegni látszik a vízben.
A pollenrészecskék mozgásának okát sokáig nem tudták megmagyarázni. Brown először azt javasolta, hogy költözzenek, mert élnek. Megpróbálták magyarázni a részecskék mozgását az edény különböző részeinek egyenlőtlen melegítésével, a lezajló kémiai reakciókkal stb. Csak jóval később értették meg a vízben lebegő részecskék mozgásának valódi okát. Ennek oka a molekulák mozgása.
A vízmolekulák, amelyekben a pollenrészecske található, elmozdulnak és eltalálják. Ebben az esetben egyenlőtlen számú molekula ütközik a részecskébe különböző oldalról, ami mozgáshoz vezet.
Legyen az időpillanatban \(t_1 \) vízmolekulák hatásának hatására a részecske A pontból B pontba mozog. A következő időpontban nagyobb számú molekula ütközik a másik oldalon lévő részecskével. , és mozgásának iránya megváltozik, a t B v t C-tól mozog. Így a pollenrészecske mozgása a vízmolekulák mozgásának és becsapódásának következménye, amelyben a pollen található. 65). Hasonló jelenség figyelhető meg, ha festék- vagy koromszemcséket vízbe helyeznek.
A 65. ábra egy pollenrészecske pályáját mutatja. Nyilvánvaló, hogy mozgásának semmilyen konkrét irányáról nem lehet beszélni; állandóan változik.
Mivel egy részecske mozgása a molekulák mozgásának következménye, arra a következtetésre juthatunk a molekulák véletlenszerűen (kaotikusan) mozognak. Más szavakkal, lehetetlen egyetlen konkrét irányt sem kiemelni, amelyben minden molekula mozog.
A molekulák mozgása soha nem áll meg. Mondhatjuk, hogy az folyamatosan. Az atomok és molekulák folyamatos kaotikus mozgását ún hőmozgás. Ezt az elnevezést az a tény határozza meg, hogy a molekulák mozgási sebessége a testhőmérséklettől függ.
Mivel a testek nagyszámú molekulából állnak, és a molekulák mozgása véletlenszerű, nem lehet pontosan megmondani, hogy egy vagy másik molekula mekkora hatást ér el a többitől. Ezért azt mondják, hogy a molekula helyzete, sebessége minden pillanatban véletlen. 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\((v_(átl.)) \) .
2. A molekulák mozgása szempontjából a diffúzió jelensége magyarázható.
A diffúzió az a jelenség, amikor egy anyag molekulái behatolnak egy másik anyag molekulái közötti térbe.
A palacktól bizonyos távolságra érezzük a parfüm illatát. Ez azzal magyarázható, hogy a parfümmolekulák a levegőmolekulákhoz hasonlóan mozognak. A molekulák között hézagok vannak. A parfümmolekulák behatolnak a levegőmolekulák közötti résekbe, a levegőmolekulák pedig a parfümmolekulák közötti résekbe.
A folyadékok diffúziója megfigyelhető, ha réz-szulfát oldatot öntünk egy főzőpohárba, és vizet öntünk a tetejére úgy, hogy éles határvonal legyen e folyadékok között. Két-három nap múlva észreveszi, hogy a határ már nem lesz olyan éles; egy hét múlva teljesen kimosódik. Egy hónap múlva a folyadék homogénné válik, és az egész edényben azonos színű lesz (66. ábra).
Ebben a kísérletben a réz-szulfát-molekulák behatolnak a vízmolekulák közötti résekbe, a vízmolekulák pedig a réz-szulfát-molekulák közötti résekbe. Nem szabad megfeledkezni arról, hogy a réz-szulfát sűrűsége nagyobb, mint a víz sűrűsége.
A kísérletek azt mutatják, hogy a gázokban a diffúzió gyorsabban megy végbe, mint a folyadékokban. Ez azzal magyarázható, hogy a gázok sűrűsége kisebb, mint a folyadékoké, pl. a gázmolekulák nagy távolságra helyezkednek el egymástól. A diffúzió még lassabban megy végbe szilárd anyagokban, mivel a szilárd anyagok molekulái még közelebb vannak egymáshoz, mint a folyadékok molekulái.
A természetben, a technikában és a mindennapi életben számos olyan jelenséget találhatunk, amelyekben a diffúzió megnyilvánul: színezés, ragasztás stb. A diffúziónak nagy jelentősége van az emberi életben. A diffúziónak köszönhetően az oxigén nemcsak a tüdőn, hanem a bőrön keresztül is bejut az emberi szervezetbe. Ugyanezen okból kifolyólag a tápanyagok behatolnak a bélből a vérbe.
A diffúzió sebessége nemcsak az anyag aggregációs állapotától függ, hanem a hőmérséklettől is.
Ha elkészít két edényt vízzel és réz-szulfáttal egy diffúziós kísérlethez, és az egyiket a hűtőszekrénybe helyezi, a másikat pedig a szobában hagyja, akkor azt tapasztalja, hogy magasabb hőmérsékleten a diffúzió gyorsabban megy végbe. Ez azért történik, mert a molekulák gyorsabban mozognak a hőmérséklet emelkedésével. Így a molekulák mozgási sebessége
és a testhőmérséklet összefügg.
Minél nagyobb egy test molekuláinak átlagos mozgási sebessége, annál magasabb a hőmérséklete.
3. A molekuláris fizika a mechanikával ellentétben nagyszámú részecskéből álló rendszereket (testeket) vizsgál. Ezek a testek különbözőek lehetnek kimondja.
A rendszer (test) állapotát jellemző mennyiségeket ún állapot paraméterei. Az állapotparaméterek közé tartozik a nyomás, térfogat, hőmérséklet.
Lehetséges a rendszer olyan állapota, amelyben az azt jellemző paraméterek külső hatások hiányában korlátlan ideig változatlanok maradnak. Ezt az állapotot ún termikus egyensúly.
Így a helyiség levegőjével termikus egyensúlyban lévő edényben lévő folyadék térfogata, hőmérséklete, nyomása nem változik, kivéve, ha ennek valamilyen külső oka van.
4. A rendszer termikus egyensúlyi állapotát olyan paraméter jellemzi, mint pl hőmérséklet. Sajátossága, hogy a termikus egyensúlyi állapotban lévő rendszer minden részében a hőmérsékleti érték azonos. Ha egy ezüstkanalat (vagy bármilyen más fémből készült kanalat) teszel egy pohár forró vízbe, a kanál felmelegszik és a víz lehűl. Ez addig fog megtörténni, amíg be nem áll a termikus egyensúly, amelyben a kanál és a víz azonos hőmérsékletű. Mindenesetre, ha veszünk két különböző fűtésű testet, és érintkezésbe hozzuk őket, akkor a forróbb test lehűl, a hidegebb pedig felmelegszik. Egy idő után a két testből álló rendszer termikus egyensúlyba kerül, és e testek hőmérséklete azonos lesz.
Tehát a kanál és a víz hőmérséklete azonos lesz, amikor elérik a termikus egyensúlyt.
A hőmérséklet olyan fizikai mennyiség, amely a test termikus állapotát jellemzi.
Tehát a meleg víz hőmérséklete magasabb, mint a hideg; Télen a külső levegő hőmérséklete alacsonyabb, mint nyáron.
A hőmérséklet mértékegysége a Celsius-fok (°C). A hőmérsékletet mérik hőmérő.
A hőmérő tervezése és ennek megfelelően a hőmérséklet mérési módja a testek tulajdonságainak hőmérséklettől való függésén alapul, különös tekintettel a test hőtágulási tulajdonságára. A hőmérők különböző testeket használhatnak: folyékony (alkohol, higany), szilárd (fém) és gáz halmazállapotú. Úgy hívják hőmérős testek. Egy hőmérő testet (folyadékot vagy gázt) helyeznek egy skálával felszerelt csőbe, amelyet érintkezésbe hoznak azzal a testtel, amelynek hőmérsékletét mérni kell.
A skála készítésekor két fő (referencia, referencia) pontot választanak ki, amelyekhez bizonyos hőmérsékleti értékeket rendelnek, és a köztük lévő intervallumot több részre osztják. Az egyes részek értéke ezen a skálán egy hőmérsékleti egységnek felel meg.
5. Különböző hőmérsékleti skálák vannak. A gyakorlatban az egyik legelterjedtebb mérleg a Celsius-skála. A skála fő pontjai a jég olvadáspontja és a víz forráspontja normál légköri nyomáson (760 Hgmm). Az első ponthoz 0 °C, a másodikhoz 100 °C értéket rendeltek. A pontok közötti távolságot 100 egyenlő részre osztottuk, és megkaptuk a Celsius-skálát. A hőmérséklet mértékegysége ezen a skálán 1 °C. A Celsius-skála mellett egy széles körben használt hőmérsékleti skála ún abszolút(termodinamikai) hőmérsékleti skála, vagy Kelvin-skála. A nullának vett hőmérséklet ezen a skálán -273 °C (pontosabban -273,15 °C). Ezt a hőmérsékletet ún abszolút nulla a hőmérséklet mértékegysége 0 K. A hőmérséklet mértékegysége egy kelvin (1 K); 1 Celsius-fokkal egyenlő. Ennek megfelelően a jég olvadáspontja az abszolút hőmérsékleti skálán 273 K (273,15 K), a víz forráspontja 373 K (373,15 K).
Az abszolút skálán a hőmérsékletet \(T\) betűvel jelöljük. Az abszolút skála hőmérséklete \((T) \) és a Celsius-skála hőmérséklete közötti összefüggést a következő képlet fejezi ki:
\[ T=t^\circ+273 \]
1. rész
1. Ennek következménye a festékrészecskék Brown-mozgása a vízben
1) atomok és molekulák közötti vonzás
2) taszítások atomok és molekulák között
3) a molekulák kaotikus és folyamatos mozgása
4) a vízrétegek mozgása az alsó és felső réteg közötti hőmérsékletkülönbség miatt
2. Az alábbi helyzetek közül melyikben beszélünk Brown-mozgásról?
1) porszemcsék véletlenszerű mozgása a levegőben
2) a szagok eloszlása
3) a részecskék oszcilláló mozgása a kristályrács csomópontjain
4) a gázmolekulák transzlációs mozgása
3. Mit jelentenek a szavak: „A molekulák kaotikusan mozognak”?
V. A molekulamozgásnak nincs meghatározott iránya.
B. A molekulák mozgása nem engedelmeskedik semmilyen törvénynek.
Helyes válasz
1) csak A
2) csak B
3) A és B is
4) sem A, sem B
4. Az anyag szerkezetének molekuláris kinetikai elméletének azon álláspontja, hogy az anyag részecskéi részt vesznek a folyamatos kaotikus mozgásban
1) csak gázokhoz
2) csak folyadékok
3) csak gázokra és folyadékokra
4) gázokra, folyadékokra és szilárd anyagokra
5. Az anyag szerkezetének molekuláris kinetikai elméletének mely helyzete(i) erősíti meg a diffúzió jelenségét?
A. A molekulák folyamatos kaotikus mozgásban vannak
B. A molekulák között hézagok vannak
Helyes válasz
1) csak A
2) csak B
3) A és B is
4) sem A, sem B
6. Ugyanezen a hőmérsékleten diffúzió megy végbe a folyadékokban
1) gyorsabb, mint szilárd anyagokban
2) gyorsabb, mint a gázokban
3) lassabb, mint szilárd anyagokban
4) ugyanolyan sebességgel, mint a gázokban
7. Jelöljön meg egy olyan anyagpárt, amelynek diffúziós sebessége a legkisebb, minden más tényező azonossága mellett.
1) réz-szulfát és víz oldata
2) étergőz és levegő
3) vas- és alumíniumlemezek
4) víz és alkohol
8. A víz 100 °C-on felforr és gőzzé alakul. A gőzmolekulák átlagos sebessége
1) egyenlő a vízmolekulák átlagos mozgási sebességével
2) nagyobb, mint a vízmolekulák átlagos mozgási sebessége
3) kisebb, mint a vízmolekulák átlagos mozgási sebessége
4) a légköri nyomástól függ
9. Molekulák termikus mozgása
1) 0 °C-on megáll
2) 100 °C-on megáll
3) folyamatosan
4) van egy bizonyos iránya
10. A vizet szobahőmérsékletről 80 °C-ra melegítik. Mi történik a vízmolekulák átlagos sebességével?
1) csökken
2) növekszik
3) nem változik
4) először növekszik, és egy bizonyos hőmérsékleti értéktől kezdve változatlan marad
11. Az egyik pohár víz az asztalon van egy meleg szobában, a másik a hűtőszekrényben. A vízmolekulák átlagos mozgási sebessége a hűtőszekrényben álló pohárban
1) egyenlő a vízmolekulák átlagos mozgási sebességével az asztalon álló pohárban
2) nagyobb, mint a vízmolekulák átlagos mozgási sebessége az asztalon álló pohárban
3) kisebb, mint a vízmolekulák átlagos mozgási sebessége az asztalon álló pohárban
4) egyenlő nullával
12. Az alábbi állítások listájából válasszon ki két helyeset, és írja be a számukat a táblázatba!
1) a molekulák hőmozgása csak 0 ° C feletti hőmérsékleten történik
2) a diffúzió szilárd anyagokban lehetetlen
3) vonzó és taszító erők egyszerre hatnak a molekulák között
4) a molekula az anyag legkisebb részecskéje
5) a diffúzió sebessége a hőmérséklet emelkedésével nő
13. Egy parfümmel megnedvesített vattadarabot vittek be a fizikai irodába, és egy edényt, amelybe réz-szulfát oldatot (kék oldat) öntöttek, és óvatosan vizet öntöttek a tetejére (1. ábra). Észrevettük, hogy a parfüm illata néhány perc alatt szétterjed az egész szekrényben, míg az edényben lévő két folyadék közötti határ csak két hét múlva tűnt el (2. ábra).
Válasszon ki két olyan állítást a javasolt listából, amelyek megfelelnek a kísérleti megfigyelések eredményeinek. Adja meg a számukat.
1) A diffúzió folyamata gázokban és folyadékokban figyelhető meg.
2) A diffúzió sebessége az anyag hőmérsékletétől függ.
3) A diffúzió sebessége az anyag aggregációs állapotától függ.
4) A diffúzió sebessége a folyadék típusától függ.
5) Szilárd anyagokban a diffúziós sebesség a legalacsonyabb.
Válaszok
A „hőmérséklet” kifejezés abban az időben jelent meg, amikor a fizikusok úgy gondolták, hogy a meleg testek inkább egy meghatározott anyagból – kalóriatartalomból – állnak, mint ugyanazon, de hideg testek. A hőmérsékletet pedig a szervezetben lévő kalória mennyiségének megfelelő értékként értelmezték. Azóta bármely test hőmérsékletét fokban mérik. De valójában ez a mozgó molekulák kinetikus energiájának mértéke, és ennek alapján a C mértékegységrendszernek megfelelően Joule-ban kell mérni.
Az „abszolút nulla hőmérséklet” fogalma a termodinamika második főtételéből származik. Eszerint a hideg testből a forróba történő hőátadás lehetetlen. Ezt a fogalmat W. Thomson angol fizikus vezette be. A fizika terén elért eredményeiért megkapta a „lord” nemesi és a „Kelvin báró” címet. 1848-ban W. Thomson (Kelvin) egy hőmérsékleti skála használatát javasolta, amelyben a szélsőséges hidegnek megfelelő abszolút nulla hőmérsékletet vette kiindulási pontnak, és Celsius-fokokat vett osztásértékként. A Kelvin mértékegysége a víz hármaspontjának hőmérsékletének (kb. 0 C fok) 1/27316, azaz. Az a hőmérséklet, amelyen a tiszta víz azonnal három formában létezik: jég, folyékony víz és gőz. hőmérséklet az a lehető legalacsonyabb alacsony hőmérséklet, amelynél a molekulák mozgása leáll, és az anyagból már nem lehet hőenergiát kinyerni. Azóta az abszolút hőmérsékleti skálát róla nevezték el.
A hőmérséklet mérése különböző skálákon történik
A leggyakrabban használt hőmérsékleti skálát Celsius-skálának nevezik. Két pontra épül: a víz folyadékból gőzbe és vízből jéggé történő fázisátalakulásának hőmérsékletére. A. Celsius 1742-ben azt javasolta, hogy a referenciapontok közötti távolságot 100 intervallumra osszák fel, és a vizet nullának vegyék, a fagyáspont pedig 100 fokot. De a svéd K. Linnaeus ennek az ellenkezőjét javasolta. Azóta a víz nulla A. Celsius fokon fagyott meg. Bár pontosan Celsius fokon kell forrnia. Az abszolút nulla Celsius mínusz 273,16 Celsius-foknak felel meg.
Számos további hőmérsékleti skála létezik: Fahrenheit, Reaumur, Rankin, Newton, Roemer. Különböző felosztási áraik vannak. Például a Reaumur skála is a víz forráspontjának és fagyásának referenciapontjaira épül, de 80 felosztású. Az 1724-ben megjelent Fahrenheit-skála a mindennapi életben csak a világ néhány országában használatos, így az USA-ban is; az egyik a vízjég és az ammónia keverékének hőmérséklete, a másik pedig az emberi test hőmérséklete. A skála száz részre oszlik. A nulla Celsius 32-nek felel meg A fokok Fahrenheitre való átváltása a következő képlettel végezhető el: F = 1,8 C + 32. Fordított átváltás: C = (F - 32)/1,8, ahol: F - Fahrenheit-fok, C - Celsius-fok. Ha túl lusta számolni, keressen fel egy online szolgáltatást a Celsius-fok Fahrenheitre konvertálásához. A mezőbe írja be a Celsius fokok számát, kattintson a "Számítás" gombra, válassza a "Fahrenheit" lehetőséget, majd kattintson a "Start" gombra. Az eredmény azonnal megjelenik.
William J. Rankin angol (pontosabban skót) fizikusról nevezték el, aki Kelvin kortársa és a műszaki termodinamika egyik megalkotója volt. A skáláján három fontos pont található: a kezdet abszolút nulla, a víz fagyáspontja 491,67 Rankine-fok, a víz forráspontja pedig 671,67 fok. A víz lefagyása és forráspontja közötti megosztások száma Rankine és Fahrenheit esetén egyaránt 180.
A legtöbb ilyen mérleget kizárólag fizikusok használják. A ma megkérdezett amerikai középiskolások 40%-a pedig azt mondta, hogy nem tudja, mi az abszolút nulla hőmérséklet.
Bármely anyag minden molekulája folyamatosan és véletlenszerűen (kaotikusan) mozog.
A molekulák mozgása a különböző testekben eltérően megy végbe.
A gázmolekulák véletlenszerűen mozognak nagy sebességgel (több száz m/s) a gáz teljes térfogatában. Amikor ütköznek, visszapattannak egymásról, megváltoztatva a sebességek nagyságát és irányát.
A folyadékmolekulák egyensúlyi helyzetek körül oszcillálnak (mivel szinte egymáshoz közel helyezkednek el), és viszonylag ritkán ugrálnak egyik egyensúlyi helyzetből a másikba. A folyadékokban a molekulák mozgása kevésbé szabad, mint a gázokban, de szabadabb, mint a szilárd anyagokban.
Szilárd anyagokban a részecskék egyensúlyi helyzetük körül rezegnek.
A hőmérséklet növekedésével a részecskék sebessége nő, ezért a részecskék kaotikus mozgását termikusnak nevezik.
BARNA MOZGÁS
A molekulák hőmozgásának bizonyítékai.
A Brown-mozgást Robert Brown (1773-1858) angol botanikus fedezte fel.
Ha bármilyen anyag apró szemcséit permetezi a folyadék felületére,
akkor folyamatosan mozogni fognak.
Ezek a Brown-részecskék a folyadékmolekulák becsapódásának hatására mozognak. Mert A molekulák hőmozgása folytonos és véletlenszerű mozgás, ekkor a Brown-részecskék mozgási sebessége véletlenszerűen változik nagyságában és irányában.
A Brown-mozgás örök, és soha nem áll meg.
NÉZZE MEG A KÖNYVESPOLCOT!
OTTHONI LABORATÓRIUMI MUNKÁK
1. Vegyünk három poharat. Az elsőbe forrásban lévő, a másodikba meleg, a harmadikba hideg vizet öntünk.
Adjon minden pohárba egy csipet granulált teát. mit vettél észre?
2. Vegyünk egy üres műanyag palackot, miután lehűtöttük, eresszük bele a nyakát egy pohár vízbe, és tenyerünkkel szorítsuk össze az üveget, de ne nyomjuk meg. Figyeld meg néhány percig.
3. Ugyanannak, de frissen lehűtött palacknak a nyakára helyezzünk egy vízbe áztatott fordított dugót, és szintén meleg tenyerekkel zárjuk össze. Figyeld meg néhány percig.
4. Öntsön vizet egy sekély tányérba 1-1,5 cm magasságig, helyezzen bele egy fejjel lefelé fordított, forró vízzel előmelegített poharat. Figyeld meg néhány percig.
Várom a beszámolót, ami elmagyarázza a látottakat. Ki az első?
HŐMÉRSÉKLET
Olyan mennyiség, amely egy test termikus állapotát jellemzi, vagy más szóval egy test „melegedésének” mértéke.
Minél magasabb egy test hőmérséklete, annál nagyobb az atomjainak és molekuláinak átlagos energiája.
A hőmérséklet mérésére használt eszközöket hőmérőknek nevezzük.
A hőmérsékletmérés elve.
A hőmérsékletet közvetlenül nem mérik! A mért érték hőmérséklet függő!
A modern folyadékhőmérőkben ez az alkohol vagy a higany térfogata (Galileo termoszkópjában ez a gáz térfogata). A hőmérő a saját hőmérsékletedet méri! Ha pedig egy másik test hőmérsékletét akarjuk mérni hőmérővel, akkor várnunk kell egy ideig, amíg a test és a hőmérő hőmérséklete egyenlő lesz, pl. termikus egyensúly jön létre a hőmérő és a test között.
Ez a termikus egyensúly törvénye:
Az izolált testek bármely csoportja esetén a hőmérséklet egy idő után azonos lesz,
azok. termikus egyensúlyi állapot lép fel
... 
TESZT OTTHON
Vegyünk három tál vizet: az egyikbe nagyon forró, a másikba mérsékelten meleg, a harmadikba pedig nagyon hideg. Most rövid időre tegye a bal kezét egy tál forró vízbe, a jobb kezét pedig hideg vízbe. Néhány perc elteltével vegye ki a kezét a hideg-meleg vízből, és helyezze őket egy tál meleg vízbe. Most pedig kérdezd meg minden kezét, mit fog „mondani” neked a víz hőmérsékletéről?
HŐMÉRŐ – CSINÁLJA MEG MAGAD
Vegyünk egy kis üvegpalackot (például a briliánzöldet a gyógyszertárakban ilyen palackokban árulják), egy dugót (lehetőleg gumit) és egy vékony átlátszó csövet (vehet egy üres átlátszó golyóstollat).
Készítsen lyukat a parafán, és zárja le az üveget. Töltsön meg egy csövet egy csepp színes vízzel, és helyezze be a rudat a dugóba. A dugó és a rúd közötti rést alaposan tömítse le.
A hőmérő készen áll.
Most kalibrálni kell, pl. készíts egy mérőskálát.
Nyilvánvaló, hogy amikor a buborékban lévő levegőt felmelegítjük, az kitágul, és egy csepp folyadék emelkedik fel a csövön. Az Ön feladata, hogy a ráerősített rúdon vagy kartonon jelölje meg a különböző hőmérsékleteknek megfelelő felosztásokat.
A kalibráláshoz vegyen egy másik kész hőmérőt, és engedje le mindkét hőmérőt egy pohár meleg vízbe. A hőmérőnek egyeznie kell. Ezért, ha a kész hőmérő például 40 fokos hőmérsékletet mutat, nyugodtan helyezhet 40-es jelet a hőmérő szárára arra a helyre, ahol a folyadékcsepp található. A pohárban lévő víz lehűl, és így jelölheti meg a mérőskálát.
Hőmérőt készíthet úgy, hogy teljesen feltölti folyadékkal.
Vagy más módon is megteheti:
Készítsen lyukat egy műanyag palack kupakjába, és helyezzen be egy vékony műanyag csövet.
Részben töltse fel a palackot vízzel, és rögzítse a falhoz. Jelöljön meg egy hőmérsékleti skálát a cső szabad végén. A mérleget normál szobahőmérővel kalibrálhatja.
A helyiség hőmérsékletének változásával a víz kitágul vagy összehúzódik, és a csőben lévő vízszint is „kúszik” a skála mentén.
A hőmérő működését is láthatod!
Tekerje a kezét az üveg köré, és melegítse fel.
Mi történt a cső vízszintjével?
HŐMÉRSÉKLET-SKÉRLÉK
Celsius skála - A. Celsius svéd fizikus vezette be 1742-ben. Megnevezés: C. A mérlegnek pozitív és negatív hőmérséklete is van. Referenciapontok: 0C – jég olvadáspontja, 100C – víz forráspontja.
Fahrenheit skála – Fahrenheit, egy holland üvegfúvó vezette be 1724-ben. Megnevezés: F. A mérlegnek pozitív és negatív hőmérséklete is van. Referenciapontok: 32F a jég olvadáspontja, 212F a víz forráspontja.
Reaumur skála - Reaumur francia fizikus vezette be 1726-ban. Megnevezés: R. A mérlegnek pozitív és negatív hőmérséklete is van. Referenciapontok: 0R – jég olvadáspontja, 80R – víz forráspontja.
Kelvin skála - Thomson angol fizikus (Lord Kelvin) vezette be 1848-ban. Megnevezés: K. A skála csak pozitív hőmérsékleteket mutat. Referenciapontok: 0K – abszolút nulla, 273K – jégolvadási hőmérséklet. T = t + 273
TERMOSZKÓP
Az első hőmérséklet-meghatározó készüléket Galileo találta fel 1592-ben. Egy kis üvegballont egy vékony, nyitott végű csőre forrasztottak.
A ballont kézzel melegítettük, és a cső végét vízzel töltött edénybe merítettük. A ballont környezeti hőmérsékletre hűtöttük, és a csőben lévő víz szintje megemelkedett. Azok. Az edényben lévő gáz térfogatának változtatásával meg lehetett ítélni a hőmérséklet változását. Még nem volt számskála, ezért ezt a készüléket termoszkópnak hívták. A mérőskála csak 150 évvel később jelent meg!
TUDTA-E
Az 1922-ben Líbiában mért legmagasabb hőmérséklet a Földön +57,80 C;
a Földön mért legalacsonyabb hőmérséklet –89,20 C;
az ember feje feletti hőmérséklet 1-1,50 C-kal magasabb, mint a környezeti hőmérséklet; állatok átlaghőmérséklete: ló - 380 C, juh - 400 C, csirkék - 410 C,
hőmérséklet a Föld középpontjában - 200000C;
a hőmérséklet a Nap felszínén 6000 K, a közepén - 20 millió fok.
Mennyi a Föld belsejének hőmérséklete?
Korábban különféle hipotetikus feltevések születtek, számítások készültek, amelyek szerint 15 km mélységben a hőmérséklet 100...400°C volt. Most a Kola szupermély kút,
amely átlépte a 12 km-t, pontos választ adott a feltett kérdésre. Eleinte (3 km-ig) a hőmérséklet minden 100 méteres feltárás után 1°-kal nőtt, majd ez a növekedés 2,5° volt minden új 100 méternél. 10 km mélységben kiderült, hogy a Föld belsejének hőmérséklete az 180°C-nak felel meg!
Tudomány és élet
A 18. század végére a feltalált hőmérsékleti skálák száma elérte a kéttucatnyit.
Az olasz sarktudósok, miután expedíciót tettek az Antarktiszon, elképesztő rejtéllyel szembesültek. Az Inglei-öböl közelében egy jeges szurdokot fedeztek fel, ahol folyamatosan szupergyors és szuperhideg szél fúj. A mínusz 90 fokos légáram 200 km/órás sebességgel rohan. Nem meglepő, hogy ezt a szurdokot a „pokol kapujának” nevezték - senki sem lehet ott anélkül, hogy egy percnél tovább ne kockáztassa az életet: a szél olyan erővel viszi magával a jégrészecskéket, hogy azonnal darabokra tépi a ruhákat.
TÖRJÜK BE A FEJÉT?
Trükkös problémák
1. Hogyan mérjük meg egy hangya testhőmérsékletét hagyományos hőmérővel?
2. Vannak olyan hőmérők, amelyek vizet használnak. Miért kényelmetlenek az ilyen vízhőmérők a víz fagyáspontjához közeli hőmérséklet mérésére?
Várom válaszát (órán vagy levélben)!
TUDOD EZT?
Valójában a svéd csillagász és fizikus, Celsius olyan skálát javasolt, amelyben a víz forráspontját 0-val, a jég olvadáspontját pedig 100-as számmal jelölték! "De télen nem lesznek negatív számok!" - Celsius szerette mondani. De aztán a mérleg „fejjel lefelé fordult”.
· A -40 Celsius-fok hőmérséklet pontosan megegyezik a -40 Fahrenheit-fokkal. Ez az egyetlen hőmérséklet, amelyen ez a két skála konvergál.
Egy időben a fizikai laboratóriumok úgynevezett gravimetriás hőmérőt használtak a hőmérséklet mérésére. Higannyal töltött üreges platinagolyóból állt, amelyben egy kapilláris lyuk volt. A hőmérséklet változását a lyukból kiáramló higany mennyisége alapján ítélték meg.
Kiderült, hogy van egy lapos hőmérő. Ez egy „papírdarab”, amelyet a páciens homlokára helyeznek. Magas hőmérsékleten a „papír” pirosra vált.
Az általában megbízható érzékszerveink meghibásodhatnak a hőmérséklet meghatározásakor. Például van egy jól ismert kísérlet, amikor az egyik kezünket forró vízbe, a másikat hideg vízbe helyezzük. Ha egy idő után mindkét kezét meleg vízbe teszi, akkor a korábban forró vízben lévő kéz hideg lesz, és a hideg vízben lévő kéz forró lesz!
A hőmérséklet fogalma nem vonatkozik az egyes molekulákra. Hőmérsékletről csak akkor beszélhetünk, ha kellően nagy a részecskepopuláció.
A fizikusok leggyakrabban a Kelvin-skálán mérik a hőmérsékletet: 0 Celsius-fok = 273 Kelvin-fok!
Legmagasabb hőmérséklet.
Egy termonukleáris bomba robbanás középpontjában kapták - körülbelül 300...400 millió °C-on. A Princeton Plasma Physics Laboratory (USA) TOKAMAK fúziós kísérleti létesítményében 1986 júniusában egy szabályozott termonukleáris reakció során elért maximális hőmérséklet 200 millió °C.
Legalacsonyabb hőmérséklet.
A Kelvin-skála (0 K) abszolút nulla értéke –273,15 Celsius foknak vagy –459,67 Fahrenheit foknak felel meg. A legalacsonyabb hőmérsékletet, 2 10–9 K (kétmilliárd fok) abszolút nulla feletti hőmérsékletet egy kétlépcsős nukleáris lemágnesezési kriosztátban érte el a Helsinki Műszaki Egyetem alacsony hőmérsékletű laboratóriumában, egy tudóscsoport. Olli Lounasmaa (sz. 1930) professzor vezetésével, amelyet 1989 októberében jelentettek be.
A legkisebb hőmérő.
Dr. Frederick Sachs, a Buffalo állambeli New York-i Állami Egyetem biofizikusa egy mikrohőmérőt tervezett az egyes élő sejtek hőmérsékletének mérésére. A hőmérő hegyének átmérője 1 mikron, azaz. Az emberi hajszál átmérőjének 1/50-e.
Előző cikk: Mekkora a fénysebesség Következő cikk: Harmonikus rezgések Az oszcillációs frekvencia fizikai képlete