การเคลื่อนไหวด้วยความร้อน การเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน ตัวอย่างการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

การเคลื่อนไหวด้วยความร้อน

สารใด ๆ ประกอบด้วยอนุภาคเล็ก ๆ - โมเลกุล โมเลกุลเป็นอนุภาคที่เล็กที่สุด ของสารนี้ประหยัดได้ทั้งหมด คุณสมบัติทางเคมี. โมเลกุลตั้งอยู่แยกกันในอวกาศ กล่าวคือ อยู่ห่างกันพอสมควร และอยู่ในสภาวะต่อเนื่องกัน การเคลื่อนไหวที่ไม่เป็นระเบียบ (วุ่นวาย) .

เนื่องจากร่างกายประกอบด้วย จำนวนมากโมเลกุลและการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเป็นแบบสุ่มเป็นไปไม่ได้ที่จะบอกได้อย่างชัดเจนว่าโมเลกุลหนึ่งหรืออีกโมเลกุลหนึ่งจะได้รับประสบการณ์จากโมเลกุลอื่นกี่ครั้ง ดังนั้นพวกเขาจึงกล่าวว่าตำแหน่งของโมเลกุลและความเร็วของมันในแต่ละช่วงเวลานั้นเป็นแบบสุ่ม อย่างไรก็ตาม นี่ไม่ได้หมายความว่าการเคลื่อนที่ของโมเลกุลไม่เป็นไปตามกฎบางประการ โดยเฉพาะอย่างยิ่งแม้ว่าความเร็วของโมเลกุล ณ จุดใดจุดหนึ่งจะแตกต่างกัน แต่ส่วนใหญ่จะมีค่าความเร็วใกล้เคียงกับค่าเฉพาะบางค่า โดยปกติแล้วเมื่อพูดถึงความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะหมายถึง ความเร็วเฉลี่ย (วี$ซีพี).

เป็นไปไม่ได้ที่จะแยกแยะทิศทางเฉพาะใดๆ ที่โมเลกุลทั้งหมดเคลื่อนที่ได้ การเคลื่อนที่ของโมเลกุลไม่เคยหยุดนิ่ง เราสามารถพูดได้ว่ามันต่อเนื่อง การเคลื่อนที่ของอะตอมและโมเลกุลที่วุ่นวายอย่างต่อเนื่องเช่นนี้เรียกว่า - ชื่อนี้ถูกกำหนดโดยความจริงที่ว่าความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของร่างกาย ยิ่งความเร็วเฉลี่ยในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลของร่างกายสูงขึ้น อุณหภูมิก็จะสูงขึ้นตามไปด้วย ในทางกลับกัน ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูง ความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย

การเคลื่อนที่ของโมเลกุลของเหลวถูกค้นพบโดยการสังเกตการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ซึ่งเป็นการเคลื่อนที่ของอนุภาคขนาดเล็กมากของสสารของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในนั้น แต่ละอนุภาคจะเคลื่อนที่อย่างกะทันหันอย่างต่อเนื่องในทิศทางที่กำหนด โดยอธิบายวิถีโคจรในรูปแบบของเส้นขาด พฤติกรรมของอนุภาคนี้สามารถอธิบายได้โดยการพิจารณาว่าอนุภาคเหล่านั้นได้รับผลกระทบจากโมเลกุลของเหลวพร้อมกันจากด้านต่างๆ ความแตกต่างของจำนวนการกระแทกจากทิศทางตรงกันข้ามนำไปสู่การเคลื่อนที่ของอนุภาค เนื่องจากมวลของมันจะสมส่วนกับมวลของโมเลกุลเอง การเคลื่อนที่ของอนุภาคดังกล่าวถูกค้นพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2370 โดยนักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ บราวน์ โดยสังเกตอนุภาคละอองเกสรในน้ำภายใต้กล้องจุลทรรศน์ ซึ่งเป็นสาเหตุที่เรียกว่า - การเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน.

หัวข้อของตัวประมวลผลการตรวจสอบ Unified State:การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมและโมเลกุลของสสาร การเคลื่อนที่แบบบราวเนียน การแพร่กระจาย ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคของสสาร หลักฐานการทดลองของทฤษฎีอะตอม

Richard Feynman นักฟิสิกส์ชาวอเมริกันผู้ยิ่งใหญ่ ผู้เขียนหลักสูตรที่มีชื่อเสียง “Feynman Lectures on Physics” มีคำพูดที่ยอดเยี่ยมเหล่านี้:

– หากเป็นผลจากภัยพิบัติระดับโลกบางอย่างที่สะสมไว้ทั้งหมด ความรู้ทางวิทยาศาสตร์ย่อมถูกทำลายลงเหลือเพียงวลีเดียวเท่านั้นที่จะตกทอดไปสู่สัตว์รุ่นต่อ ๆ ไป แล้วคำใดที่ประกอบด้วยคำน้อยที่สุดจะนำมาซึ่ง ข้อมูลมากที่สุด? ฉันเชื่อว่านี่คือ สมมติฐานอะตอม(คุณสามารถเรียกมันว่าไม่ใช่สมมติฐาน แต่เป็นข้อเท็จจริง แต่สิ่งนี้ไม่ได้เปลี่ยนแปลงอะไรเลย): วัตถุทั้งหมดประกอบด้วยอะตอมของวัตถุเล็ก ๆ ที่เคลื่อนที่อย่างต่อเนื่องดึงดูดในระยะทางสั้น ๆ แต่จะขับไล่หากหนึ่งในนั้นถูกกดมากขึ้น อย่างใกล้ชิด วลีนี้... มีข้อมูลจำนวนมหาศาลเกี่ยวกับโลก คุณเพียงแค่ต้องใช้จินตนาการและการพิจารณาไตร่ตรองเล็กน้อย

คำเหล่านี้มีสาระสำคัญของทฤษฎีจลน์ศาสตร์โมเลกุล (MKT) ของโครงสร้างของสสาร กล่าวคือ บทบัญญัติหลักของ ICT มีข้อความสามข้อต่อไปนี้

1. สสารใดๆ ประกอบด้วยอนุภาคเล็กๆ ของโมเลกุลและอะตอม พวกมันตั้งอยู่ในอวกาศแยกจากกัน กล่าวคือ ในระยะห่างที่กำหนด
2. อะตอมหรือโมเลกุลของสารอยู่ในสถานะการเคลื่อนที่แบบสุ่ม (การเคลื่อนที่นี้เรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน) ซึ่งไม่เคยหยุดนิ่ง
3. อะตอมหรือโมเลกุลของสารมีปฏิสัมพันธ์กันด้วยแรงดึงดูดและแรงผลัก ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอนุภาค

ข้อกำหนดเหล่านี้เป็นการสรุปข้อสังเกตและข้อเท็จจริงเชิงทดลองมากมาย ลองมาดูข้อกำหนดเหล่านี้ให้ละเอียดยิ่งขึ้นและให้เหตุผลในการทดลอง

ตัวอย่างเช่น นี่คือโมเลกุลของน้ำที่ประกอบด้วยไฮโดรเจน 2 อะตอมและออกซิเจน 1 อะตอม เมื่อแบ่งออกเป็นอะตอม เราจะไม่จัดการกับสสารที่เรียกว่า "น้ำ" อีกต่อไป นอกจากนี้ โดยการแบ่งอะตอมออกเป็นส่วนต่างๆ เราจะได้รับชุดของโปรตอน นิวตรอน และอิเล็กตรอน และทำให้สูญเสียข้อมูลที่ว่าในตอนแรกพวกมันคือไฮโดรเจนและออกซิเจน

อะตอมและโมเลกุลเรียกง่ายๆว่า อนุภาคสาร อนุภาคคืออะไร - อะตอมหรือโมเลกุล - ในแต่ละอย่าง กรณีเฉพาะติดตั้งง่าย. หากเราจะพูดถึง องค์ประกอบทางเคมีจากนั้นอนุภาคจะเป็นอะตอม หากพิจารณาถึงสารที่ซับซ้อน อนุภาคของมันจะเป็นโมเลกุลที่ประกอบด้วยอะตอมหลายอะตอม

นอกจากนี้ ตำแหน่งแรกของ MCT ระบุว่าอนุภาคของสสารไม่เต็มพื้นที่อย่างต่อเนื่อง อนุภาคตั้งอยู่ รอบคอบกล่าวคือเสมือนว่าอยู่ ณ จุดต่าง ๆ มีช่องว่างระหว่างอนุภาค ซึ่งขนาดอาจแตกต่างกันไปภายในขีดจำกัดที่กำหนด

ตำแหน่งแรกของ MKT ได้รับการสนับสนุนจากปรากฏการณ์ การขยายตัวทางความร้อนโทร. กล่าวคือเมื่อถูกความร้อน ระยะห่างระหว่างอนุภาคของสารจะเพิ่มขึ้น และขนาดของร่างกายจะเพิ่มขึ้น ในทางกลับกัน เมื่อเย็นตัวลง ระยะห่างระหว่างอนุภาคจะลดลง ส่งผลให้ร่างกายหดตัว

การยืนยันตำแหน่งแรกของ ICT ที่ชัดเจนก็คือ การแพร่กระจาย- การแทรกซึมของสารที่สัมผัสกัน

ตัวอย่างเช่นในรูป. รูปที่ 1 แสดงกระบวนการแพร่กระจายในของเหลว อนุภาคของสารที่ละลายน้ำได้จะถูกใส่ไว้ในแก้วน้ำและในตอนแรกจะอยู่ที่ด้านซ้ายบนของแก้ว เมื่อเวลาผ่านไป อนุภาคจะเคลื่อนที่ (อย่างที่พวกเขาพูด กระจาย) จากบริเวณที่มีความเข้มข้นสูงไปยังบริเวณที่มีความเข้มข้นต่ำ ในที่สุดความเข้มข้นของอนุภาคจะเท่ากันทุกที่ - อนุภาคจะกระจายเท่าๆ กันทั่วทั้งปริมาตรของของเหลว

ข้าว. 1. การแพร่กระจายในของเหลว

จะอธิบายการแพร่กระจายจากมุมมองของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ของโมเลกุลได้อย่างไร ง่ายมาก: อนุภาคของสสารหนึ่งทะลุเข้าไปในช่องว่างระหว่างอนุภาคของสสารอื่น การแพร่กระจายดำเนินไปเร็วขึ้น ช่องว่างเหล่านี้ก็จะใหญ่ขึ้น ดังนั้นก๊าซ (ซึ่งมีระยะห่างระหว่างอนุภาคหลายจุด) จึงผสมกันได้ง่ายที่สุด ขนาดเพิ่มเติมอนุภาคนั้นเอง)

การเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอะตอมและโมเลกุล

ขอให้เราระลึกถึงการกำหนดบทบัญญัติที่สองของ ICT อีกครั้ง: อนุภาคของสสารเกิดการเคลื่อนที่แบบสุ่ม (หรือที่เรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน) ที่ไม่เคยหยุดนิ่ง

การยืนยันการทดลองของตำแหน่งที่สองของ MKT นั้นเป็นปรากฏการณ์การแพร่กระจายอีกครั้งเนื่องจากการแทรกซึมของอนุภาคซึ่งกันและกันสามารถทำได้เมื่อมีการเคลื่อนไหวอย่างต่อเนื่องเท่านั้น! แต่หลักฐานที่โดดเด่นที่สุดของการเคลื่อนที่ของอนุภาคของสสารที่วุ่นวายชั่วนิรันดร์ก็คือ การเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน. นี่คือสิ่งที่เรียกว่าการเคลื่อนไหวแบบสุ่มอย่างต่อเนื่อง อนุภาคบราวเนียน- ฝุ่นละอองหรือเมล็ดพืช (ขนาดซม.) ที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวหรือก๊าซ

ขบวนการบราวเนียนได้รับการตั้งชื่อเพื่อเป็นเกียรติแก่โรเบิร์ต บราวน์ นักพฤกษศาสตร์ชาวสก็อต ผู้ซึ่งมองผ่านกล้องจุลทรรศน์ถึงการเต้นรำอย่างต่อเนื่องของอนุภาคละอองเกสรที่ลอยอยู่ในน้ำ เพื่อพิสูจน์ว่าการเคลื่อนไหวนี้เกิดขึ้นตลอดไป บราวน์พบชิ้นส่วนของควอตซ์ที่มีโพรงที่เต็มไปด้วยน้ำ แม้ว่าน้ำจะไปถึงที่นั่นเมื่อหลายล้านปีก่อน แต่จุดที่อยู่ตรงนั้นยังคงเคลื่อนไหวต่อไป ซึ่งไม่แตกต่างจากที่พบในการทดลองอื่นๆ

สาเหตุของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนก็คืออนุภาคแขวนลอยประสบกับผลกระทบที่ไม่มีการชดเชยจากโมเลกุลของเหลว (ก๊าซ) และเนื่องจากการเคลื่อนที่ของโมเลกุลที่วุ่นวาย ขนาดและทิศทางของการชนที่เป็นผลจึงไม่สามารถคาดเดาได้อย่างแน่นอน ดังนั้นอนุภาคบราวเนียนจึงอธิบายวิถีซิกแซกที่ซับซ้อน (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. การเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน

อย่างไรก็ตาม การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนยังถือได้ว่าเป็นข้อพิสูจน์ถึงความเป็นจริงของการมีอยู่ของโมเลกุล กล่าวคือ มันยังสามารถใช้เป็นหลักฐานการทดลองของตำแหน่งแรกของ MKT ได้อีกด้วย

ปฏิกิริยาระหว่างอนุภาคของสสาร

ตำแหน่งที่สามของ MCT พูดถึงปฏิสัมพันธ์ของอนุภาคของสสาร: อะตอมหรือโมเลกุลมีปฏิสัมพันธ์ซึ่งกันและกันด้วยแรงดึงดูดและแรงผลัก ซึ่งขึ้นอยู่กับระยะห่างระหว่างอนุภาค เมื่อระยะทางเพิ่มขึ้น แรงดึงดูดจะเริ่มมีชัยเหนือ และเมื่อระยะทางลดลง แรงผลักจะเริ่มมีชัยเหนือ

ความถูกต้องของตำแหน่งที่สามของ MKT นั้นเห็นได้จากแรงยืดหยุ่นที่เกิดขึ้นระหว่างการเสียรูปของร่างกาย เมื่อร่างกายถูกยืดออก ระยะห่างระหว่างอนุภาคของมันจะเพิ่มขึ้น และแรงดึงดูดระหว่างอนุภาคจะเริ่มมีอิทธิพลเหนือ เมื่อร่างกายถูกบีบอัด ระยะห่างระหว่างอนุภาคจะลดลง และผลที่ตามมาก็คือ แรงผลักที่ครอบงำ ในทั้งสองกรณี แรงยืดหยุ่นจะมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเสียรูป

การยืนยันอีกประการหนึ่งของการมีอยู่ของแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลคือการมีอยู่ของการรวมตัวของสสารสามสถานะ

ในก๊าซ โมเลกุลจะถูกแยกออกจากกันในระยะทางที่เกินขนาดของโมเลกุลอย่างมีนัยสำคัญ (ในอากาศที่ สภาวะปกติ- ประมาณ 1,000 ครั้ง) ที่ระยะทางดังกล่าวแทบไม่มีแรงปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลดังนั้นก๊าซจึงครอบครองปริมาตรทั้งหมดที่ให้ไว้และถูกบีบอัดได้ง่าย

ในของเหลว ช่องว่างระหว่างโมเลกุลเทียบได้กับขนาดของโมเลกุล แรงดึงดูดของโมเลกุลนั้นสังเกตได้ชัดเจนมากและทำให้ของเหลวคงปริมาตรไว้ได้ แต่เพื่อให้ของเหลวคงรูปร่างไว้ได้ แรงเหล่านี้ไม่แข็งแกร่งพอ ของเหลว เช่น ก๊าซ จะมีรูปทรงเป็นภาชนะ

ในของแข็ง แรงดึงดูดระหว่างอนุภาคมีความแข็งแรงมาก ของแข็งไม่เพียงแต่รักษาปริมาตรเท่านั้น แต่ยังรักษารูปร่างด้วย

การโอนเรื่องจากที่หนึ่ง สถานะของการรวมตัวในอีกทางหนึ่งมันเป็นผลมาจากการเปลี่ยนแปลงขนาดของแรงอันตรกิริยาระหว่างอนุภาคของสสาร อนุภาคเองก็ยังคงไม่เปลี่ยนแปลง

ทฤษฎี:อะตอมและโมเลกุลมีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างต่อเนื่อง เคลื่อนที่อย่างโกลาหล และเปลี่ยนทิศทางและความเร็วอยู่ตลอดเวลาเนื่องจากการชนกัน

ยิ่งอุณหภูมิสูงเท่าใด ความเร็วในการเคลื่อนที่ของโมเลกุลก็จะยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น เมื่ออุณหภูมิลดลง ความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะลดลง มีอุณหภูมิที่เรียกว่า “ เป็นศูนย์สัมบูรณ์" - อุณหภูมิ (-273 ° C) ซึ่งการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของโมเลกุลหยุดลง แต่ "ศูนย์สัมบูรณ์" นั้นไม่สามารถบรรลุได้
การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคที่มองเห็นด้วยกล้องจุลทรรศน์ของของแข็งที่แขวนลอยอยู่ในของเหลวหรือก๊าซ ซึ่งเกิดจากการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนของอนุภาคของของเหลวหรือก๊าซ ปรากฏการณ์นี้ถูกพบครั้งแรกในปี พ.ศ. 2370 โดยโรเบิร์ต บราวน์ เขาตรวจสอบละอองเกสรพืชที่อยู่ในสภาพแวดล้อมทางน้ำ บราวน์สังเกตเห็นว่าละอองเกสรมีการเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา และยิ่งอุณหภูมิสูงขึ้น อัตราการกระจัดของละอองเกสรก็จะเร็วขึ้นเท่านั้น เขาตั้งทฤษฎีว่าการเคลื่อนที่ของละอองเกสรเกิดจากการที่โมเลกุลของน้ำกระทบกับละอองเกสรดอกไม้และทำให้มันเคลื่อนที่

การแพร่กระจายเป็นกระบวนการของการแทรกซึมของโมเลกุลของสารหนึ่งเข้าไปในช่องว่างระหว่างโมเลกุลของสารอื่น

ตัวอย่างของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือ
1) การเคลื่อนที่ของละอองเกสรแบบสุ่มในหยดน้ำ
2) การเคลื่อนไหวแบบสุ่มของคนใต้โคมไฟ
3) การละลายของแข็งในของเหลว
4) การเจาะ สารอาหารจากดินสู่รากพืช
สารละลาย:จากคำจำกัดความของการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน ชัดเจนว่าคำตอบที่ถูกต้องคือ 1. ละอองเกสรเคลื่อนที่แบบสุ่มเนื่องจากโมเลกุลของน้ำกระทบกับมัน การเคลื่อนไหวแบบสุ่มของตัวริ้นใต้โคมไฟนั้นไม่เหมาะสมเนื่องจากตัวริ้นจะเลือกทิศทางการเคลื่อนที่เอง สองคำตอบสุดท้ายเป็นตัวอย่างของการแพร่กระจาย
คำตอบ: 1.

งาน OGE ในวิชาฟิสิกส์ (ฉันจะแก้ข้อสอบ):ข้อความใดต่อไปนี้ (ถูกต้อง)
A. โมเลกุลหรืออะตอมในสารมีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างต่อเนื่อง และข้อโต้แย้งประการหนึ่งที่สนับสนุนสิ่งนี้ก็คือปรากฏการณ์การแพร่กระจาย
B. โมเลกุลหรืออะตอมในสสารมีการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนอย่างต่อเนื่อง และหลักฐานที่เห็นได้ชัดเจนคือปรากฏการณ์การพาความร้อน
1) ก. เท่านั้น
2) บีเท่านั้น
3) ทั้ง A และ B
4) ทั้ง A และ B
สารละลาย:การแพร่กระจายเป็นกระบวนการของการแทรกซึมของโมเลกุลของสารหนึ่งเข้าไปในช่องว่างระหว่างโมเลกุลของสารอื่น ข้อความแรกถูกต้องอนุสัญญาเป็นการโอน กำลังภายในที่มีชั้นของของเหลวหรือก๊าซปรากฎว่าข้อความที่สองไม่เป็นความจริง
คำตอบ: 1.

การมอบหมาย OGE ในวิชาฟิสิกส์ (fipi): 2) ลูกตะกั่วถูกให้ความร้อนด้วยเปลวเทียน ปริมาตรของลูกบอลและความเร็วเฉลี่ยของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรในระหว่างกระบวนการให้ความร้อน
สร้างความสัมพันธ์ระหว่างปริมาณทางกายภาพกับการเปลี่ยนแปลงที่เป็นไปได้
สำหรับแต่ละปริมาณ ให้กำหนดลักษณะของการเปลี่ยนแปลงที่สอดคล้องกัน:
1) เพิ่มขึ้น
2) ลดลง
3) ไม่เปลี่ยนแปลง
เขียนตัวเลขที่เลือกสำหรับปริมาณทางกายภาพแต่ละรายการลงในตาราง ตัวเลขในคำตอบอาจซ้ำได้
วิธีแก้ปัญหา (ขอบคุณ Milena): 2) 1. ปริมาตรของลูกบอลจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากโมเลกุลจะเริ่มเคลื่อนที่เร็วขึ้น
2. ความเร็วของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้นเมื่อถูกความร้อน
คำตอบ: 11.

ออกกำลังกาย รุ่นสาธิตโอจีอี 2019:หนึ่งในบทบัญญัติของทฤษฎีจลน์ศาสตร์ระดับโมเลกุลของโครงสร้างของสสารก็คือ “อนุภาคของสสาร (โมเลกุล อะตอม ไอออน) มีการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายอย่างต่อเนื่อง” คำว่า “เคลื่อนไหวต่อเนื่อง” หมายความว่าอย่างไร?
1) อนุภาคเคลื่อนที่ไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่งตลอดเวลา
2) การเคลื่อนที่ของอนุภาคของสสารไม่เป็นไปตามกฎหมายใด ๆ
3) อนุภาคทั้งหมดเคลื่อนที่ไปพร้อมกันในทิศทางเดียวหรืออีกทิศทางหนึ่ง
4) การเคลื่อนที่ของโมเลกุลไม่เคยหยุดนิ่ง
สารละลาย:โมเลกุลเคลื่อนที่เนื่องจากการชนกัน ความเร็วของโมเลกุลจึงเปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ดังนั้นเราจึงไม่สามารถคำนวณความเร็วและทิศทางของแต่ละโมเลกุลได้ แต่เราสามารถคำนวณความเร็วเฉลี่ยกำลังสองของโมเลกุลได้ และมันสัมพันธ์กับอุณหภูมิ เช่น อุณหภูมิ ลดลง ความเร็วของโมเลกุลก็ลดลง มีการคำนวณว่าอุณหภูมิที่การเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะหยุดคือ -273 ° C (อุณหภูมิต่ำสุดที่เป็นไปได้ในธรรมชาติ) แต่มันไม่สามารถทำได้ ดังนั้นโมเลกุลจึงไม่เคยหยุดเคลื่อนไหว

สิ่งต่างๆ มากมายเกิดขึ้นในโลกรอบตัวเรา ปรากฏการณ์ทางกายภาพซึ่งเกี่ยวข้องโดยตรงกับ การเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิของร่างกาย. เรารู้ตั้งแต่เด็กแล้วว่า น้ำเย็นเมื่อได้รับความร้อน ช่วงแรกจะร้อนเพียงเล็กน้อย และหลังจากช่วงหนึ่งจะร้อนเท่านั้น

ด้วยคำว่า "เย็น" "ร้อน" "อุ่น" เราให้คำจำกัดความ "ความร้อน" ของร่างกายในระดับต่างๆ หรือในภาษาฟิสิกส์ อุณหภูมิที่แตกต่างกันโทร. อุณหภูมิ น้ำอุ่นสูงกว่าอุณหภูมิน้ำเย็นเล็กน้อย หากเราเปรียบเทียบอุณหภูมิของฤดูร้อนและ อากาศฤดูหนาวแล้วความแตกต่างของอุณหภูมิก็ชัดเจน

อุณหภูมิของร่างกายวัดโดยใช้เทอร์โมมิเตอร์และมีหน่วยเป็นองศาเซลเซียส (°C)

ดังที่ทราบกันดีว่าการแพร่กระจายมีมากขึ้น อุณหภูมิสูงเกิดขึ้นเร็วขึ้น จากนี้ไปความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลและอุณหภูมิมีความสัมพันธ์กันอย่างลึกซึ้ง หากคุณเพิ่มอุณหภูมิ ความเร็วของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลจะเพิ่มขึ้น หากคุณลดอุณหภูมิก็จะลดลง

ดังนั้นเราจึงสรุป: อุณหภูมิของร่างกายขึ้นอยู่กับความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลโดยตรง

น้ำร้อนประกอบด้วยโมเลกุลเดียวกันกับน้ำเย็นทุกประการ ความแตกต่างระหว่างพวกมันอยู่ที่ความเร็วการเคลื่อนที่ของโมเลกุลเท่านั้น

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนหรือความเย็นของร่างกายและการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเรียกว่าความร้อน ซึ่งรวมถึงอากาศร้อนหรือเย็น โลหะละลาย และหิมะละลาย

โมเลกุลหรืออะตอมซึ่งเป็นพื้นฐานของวัตถุทั้งหมดกำลังอยู่ในการเคลื่อนไหวที่วุ่นวายไม่รู้จบ จำนวนโมเลกุลและอะตอมในร่างกายรอบตัวเรามีจำนวนมหาศาล ปริมาตรเท่ากับ 1 cm³ ของน้ำประกอบด้วยโมเลกุลประมาณ 3.34 · 10²² โมเลกุลใดๆ ก็ตามมีวิถีการเคลื่อนที่ที่ซับซ้อนมาก ตัวอย่างเช่น อนุภาคของก๊าซที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในทิศทางที่ต่างกันสามารถชนกันและกับผนังของภาชนะบรรจุได้ ดังนั้นพวกเขาจึงเปลี่ยนความเร็วและเคลื่อนที่ต่อไปอีกครั้ง

รูปที่ 1 แสดงการเคลื่อนที่แบบสุ่มของอนุภาคสีที่ละลายในน้ำ

ดังนั้นเราจึงได้ข้อสรุปอีกประการหนึ่ง: การเคลื่อนที่อย่างวุ่นวายของอนุภาคที่ประกอบเป็นร่างกายเรียกว่าการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน

ความโกลาหลเป็นคุณลักษณะที่สำคัญที่สุดของการเคลื่อนที่ด้วยความร้อน ข้อพิสูจน์ที่สำคัญที่สุดประการหนึ่งของการเคลื่อนที่ของโมเลกุลคือ การแพร่กระจายและการเคลื่อนที่แบบบราวเนียน(การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนคือการเคลื่อนที่ของอนุภาคของแข็งเล็กๆ ในของเหลวภายใต้อิทธิพลของการกระแทกของโมเลกุล ดังจากการสังเกตพบว่า การเคลื่อนที่แบบบราวเนียนไม่สามารถหยุดได้)

ในของเหลว โมเลกุลสามารถสั่นสะเทือน หมุน และเคลื่อนที่โดยสัมพันธ์กับโมเลกุลอื่นๆ หากเราจับของแข็ง โมเลกุลและอะตอมของมันจะสั่นสะเทือนรอบตำแหน่งเฉลี่ยบางตำแหน่ง

โมเลกุลทั้งหมดของร่างกายมีส่วนร่วมในการเคลื่อนที่ทางความร้อนของโมเลกุลและอะตอมอย่างแน่นอนซึ่งเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในการเคลื่อนที่ทางความร้อนสถานะของร่างกายและคุณสมบัติต่าง ๆ ของมันก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ดังนั้นหากคุณเพิ่มอุณหภูมิของน้ำแข็ง น้ำแข็งก็จะเริ่มละลายและมีรูปแบบที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง น้ำแข็งจะกลายเป็นของเหลว ในทางกลับกัน หากคุณลดอุณหภูมิของสารปรอท เช่น ปรอท ปรอทจะเปลี่ยนคุณสมบัติของมันและเปลี่ยนจากของเหลวเป็นของแข็ง

ต อุณหภูมิของร่างกายโดยตรงขึ้นอยู่กับพลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุล เราได้ข้อสรุปที่ชัดเจน: ยิ่งอุณหภูมิของร่างกายสูงเท่าไร พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น และในทางกลับกัน เมื่ออุณหภูมิของร่างกายลดลง พลังงานจลน์เฉลี่ยของโมเลกุลก็จะลดลง

หากคุณยังคงมีคำถามหรือต้องการเรียนรู้เพิ่มเติมเกี่ยวกับการเคลื่อนที่ของความร้อนและอุณหภูมิ โปรดลงทะเบียนบนเว็บไซต์ของเราและขอความช่วยเหลือจากครูสอนพิเศษ

ยังมีคำถามอยู่ใช่ไหม? ไม่รู้จะทำการบ้านยังไง?
หากต้องการความช่วยเหลือจากครูสอนพิเศษ ให้ลงทะเบียน
บทเรียนแรกฟรี!

เว็บไซต์ เมื่อคัดลอกเนื้อหาทั้งหมดหรือบางส่วน จำเป็นต้องมีลิงก์ไปยังแหล่งที่มา

บทเรียนนี้จะตรวจสอบแนวคิดเรื่องการเคลื่อนที่ด้วยความร้อนและปริมาณทางกายภาพ เช่น อุณหภูมิ

ปรากฏการณ์ความร้อนมีความสำคัญอย่างยิ่งในชีวิตมนุษย์ เราพบพวกเขาทั้งในระหว่างการพยากรณ์อากาศและเมื่อต้มน้ำธรรมดา ปรากฏการณ์ทางความร้อนเกี่ยวข้องกับกระบวนการต่างๆ เช่น การสร้างวัสดุใหม่ การหลอมโลหะ การเผาไหม้เชื้อเพลิง การสร้างเชื้อเพลิงประเภทใหม่สำหรับรถยนต์และเครื่องบิน เป็นต้น

อุณหภูมิเป็นหนึ่งในแนวคิดที่สำคัญที่สุดที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ทางความร้อน เนื่องจากอุณหภูมิมักจะเป็นเช่นนั้น ลักษณะที่สำคัญที่สุดกระบวนการทางความร้อน

คำนิยาม.ปรากฏการณ์ทางความร้อน- สิ่งเหล่านี้เป็นปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการให้ความร้อนหรือความเย็นของร่างกายตลอดจนการเปลี่ยนแปลงสถานะการรวมตัว (รูปที่ 1)

ข้าว. 1. การละลายน้ำแข็ง การทำน้ำร้อน และการระเหย

ปรากฏการณ์ทางความร้อนทั้งหมดสัมพันธ์กับ อุณหภูมิ.

ร่างกายทั้งหมดมีลักษณะเฉพาะตามสภาพของพวกเขา สมดุลความร้อน. ลักษณะสำคัญสมดุลความร้อนคืออุณหภูมิ

คำนิยาม.อุณหภูมิ- เป็นหน่วยวัด "ความอบอุ่น" ของร่างกาย

เนื่องจากอุณหภูมิเป็นปริมาณทางกายภาพ จึงสามารถวัดได้และควรวัดได้ ในการวัดอุณหภูมิจะมีอุปกรณ์ที่เรียกว่า เครื่องวัดอุณหภูมิ(จากภาษากรีก เทอร์โม- "อบอุ่น", เมตร- "การวัด") (รูปที่ 2)

ข้าว. 2. เทอร์โมมิเตอร์

เทอร์โมมิเตอร์เครื่องแรก (หรือมากกว่าแบบอะนาล็อก) ถูกประดิษฐ์โดย Galileo Galilei (รูปที่ 3)

ข้าว. 3. กาลิเลโอ กาลิเลอี (1564-1642)

สิ่งประดิษฐ์ของกาลิเลโอที่เขานำเสนอต่อนักเรียนในการบรรยายในมหาวิทยาลัยเมื่อปลายศตวรรษที่ 16 (ค.ศ. 1597) ถูกเรียกว่า เทอร์โมสโคป. การทำงานของเทอร์โมมิเตอร์จะขึ้นอยู่กับหลักการดังต่อไปนี้: คุณสมบัติทางกายภาพสารเปลี่ยนแปลงไปตามอุณหภูมิ.

การทดลองของกาลิเลโอดังนี้ ทรงหยิบกาน้ำที่มีก้านยาวมาเติมน้ำไว้ จากนั้นเขาก็หยิบแก้วน้ำขึ้นมาแล้วพลิกขวดคว่ำลงและวางลงในแก้ว น้ำบางส่วนไหลออกมาตามธรรมชาติ แต่ผลที่ตามมาก็คือระดับน้ำยังคงอยู่ในขา หากตอนนี้คุณทำให้ขวดร้อนขึ้น (ซึ่งมีอากาศอยู่) ระดับน้ำจะลดลง และหากคุณทำให้ขวดเย็นลง ในทางกลับกัน น้ำก็จะเพิ่มขึ้น นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเมื่อถูกความร้อนสาร (โดยเฉพาะอากาศ) มีแนวโน้มที่จะขยายตัวและเมื่อถูกความเย็นพวกมันมักจะหดตัว (นี่คือสาเหตุที่รางไม่ต่อเนื่องกันและบางครั้งสายไฟระหว่างเสาก็ย้อยเล็กน้อย) .

ข้าว. 4. การทดลองของกาลิเลโอ

แนวคิดนี้เป็นพื้นฐานของเทอร์โมสโคปตัวแรก (รูปที่ 5) ซึ่งทำให้สามารถประเมินการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิได้ (เป็นไปไม่ได้ที่จะวัดอุณหภูมิอย่างแม่นยำด้วยเทอร์โมสโคปดังกล่าวเนื่องจากการอ่านจะขึ้นอยู่กับความดันบรรยากาศอย่างมาก)

ข้าว. 5. สำเนาเทอร์โมสโคปของกาลิเลโอ

ในเวลาเดียวกัน ก็มีการแนะนำระดับระดับที่เรียกว่า คำว่าตัวเอง ระดับแปลจากภาษาละตินแปลว่า "ขั้นตอน"

จนถึงปัจจุบัน มีการเก็บรักษาเครื่องชั่งหลักไว้ 3 ประการ

1. เซลเซียส

มาตราส่วนที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุดคือมาตราส่วนที่ทุกคนรู้จักมาตั้งแต่เด็ก - มาตราส่วนเซลเซียส

แอนเดอร์ส เซลเซียส (รูปที่ 6) เป็นนักดาราศาสตร์ชาวสวีเดนผู้เสนอระดับอุณหภูมิดังต่อไปนี้: - จุดเดือดของน้ำ; - อุณหภูมิน้ำเยือกแข็ง ทุกวันนี้เราทุกคนคุ้นเคยกับสเกลเซลเซียสแบบกลับหัว

ข้าว. 6 อันเดรส เซลเซียส (1701-1744)

บันทึก:เซลเซียสเองกล่าวว่าการเลือกสเกลนี้เกิดจากข้อเท็จจริงง่ายๆ แต่ในฤดูหนาวจะไม่มีอุณหภูมิติดลบ

2. มาตราส่วนฟาเรนไฮต์

ในอังกฤษ สหรัฐอเมริกา ฝรั่งเศส ละตินอเมริกา และประเทศอื่นๆ ระดับฟาเรนไฮต์เป็นที่นิยม

Gabriel Fahrenheit (รูปที่ 7) เป็นนักวิจัยและวิศวกรชาวเยอรมันที่ใช้เครื่องชั่งของตัวเองในการผลิตแก้วเป็นครั้งแรก มาตราส่วนฟาเรนไฮต์นั้นละเอียดกว่า ในแง่ของมิติ องศาของมาตราส่วนฟาเรนไฮต์นั้นเล็กกว่าองศาของมาตราส่วนเซลเซียส

ข้าว. 7 กาเบรียล ฟาเรนไฮต์ (1686-1736)

3. สเกลโรเมอร์

ระดับทางเทคนิคถูกคิดค้นโดยนักวิจัยชาวฝรั่งเศส R.A. โรเมอร์ (รูปที่ 8) ตามมาตราส่วนนี้ มันสอดคล้องกับอุณหภูมิเยือกแข็งของน้ำ แต่ Reaumur เลือกอุณหภูมิ 80 องศาเป็นจุดเดือดของน้ำ

ข้าว. 8. เรอเน่ อองตวน เรโอเมอร์ (1683-1757)

ในวิชาฟิสิกส์เรียกว่า ขนาดสัมบูรณ์ - สเกลเคลวิน(รูปที่ 8) 1 องศาเซลเซียส เท่ากับ 1 องศา เคลวิน แต่อุณหภูมิจะใกล้เคียงกัน (รูปที่ 9)

ข้าว. 9. วิลเลียม ทอมสัน (ลอร์ดเคลวิน) (1824-1907)

ข้าว. 10. เครื่องชั่งน้ำหนักอุณหภูมิ

ขอให้เราระลึกว่าเมื่ออุณหภูมิของร่างกายเปลี่ยนแปลง ขนาดเชิงเส้นของวัตถุจะเปลี่ยน (เมื่อถูกความร้อน ร่างกายจะขยายตัว เมื่อเย็นลง มันจะหดตัว) นี่เป็นเพราะพฤติกรรมของโมเลกุล เมื่อถูกความร้อนความเร็วในการเคลื่อนที่ของอนุภาคจะเพิ่มขึ้นดังนั้นพวกมันจึงเริ่มมีปฏิกิริยากันบ่อยขึ้นและปริมาตรก็เพิ่มขึ้น (รูปที่ 11)

ข้าว. 11. การเปลี่ยนมิติเชิงเส้น

จากนี้เราสามารถสรุปได้ว่าอุณหภูมิสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ของอนุภาคที่ประกอบเป็นวัตถุ (ใช้กับวัตถุที่เป็นของแข็ง ของเหลว และก๊าซ)

การเคลื่อนที่ของอนุภาคในก๊าซ (รูปที่ 12) เป็นแบบสุ่ม (เนื่องจากโมเลกุลและอะตอมในก๊าซแทบไม่มีปฏิสัมพันธ์กัน)

ข้าว. 12. การเคลื่อนที่ของอนุภาคในก๊าซ

การเคลื่อนที่ของอนุภาคในของเหลว (รูปที่ 13) นั้น "เหมือนการกระโดด" นั่นคือโมเลกุลนำไปสู่ "วิถีชีวิตที่อยู่ประจำ" แต่สามารถ "กระโดด" จากที่หนึ่งไปอีกที่หนึ่งได้ สิ่งนี้จะกำหนดความลื่นไหลของของเหลว

ข้าว. 13. การเคลื่อนที่ของอนุภาคในของเหลว

การเคลื่อนที่ของอนุภาคเข้า ของแข็ง(รูปที่ 14) เรียกว่า การสั่น

ข้าว. 14. การเคลื่อนที่ของอนุภาคในของแข็ง

ดังนั้นอนุภาคทั้งหมดจึงเคลื่อนที่อย่างต่อเนื่อง การเคลื่อนที่ของอนุภาคนี้เรียกว่า การเคลื่อนไหวทางความร้อน(ไม่เป็นระเบียบการเคลื่อนไหววุ่นวาย) การเคลื่อนไหวนี้ไม่เคยหยุดนิ่ง (ตราบใดที่ร่างกายยังมีอุณหภูมิ) การปรากฏตัวของการเคลื่อนไหวทางความร้อนได้รับการยืนยันในปี พ.ศ. 2370 โดยนักพฤกษศาสตร์ชาวอังกฤษ Robert Brown (รูปที่ 15) หลังจากนั้นเรียกว่าการเคลื่อนไหวนี้ การเคลื่อนไหวแบบบราวเนียน.

ข้าว. 15. โรเบิร์ต บราวน์ (1773-1858)

ปัจจุบันนี้เรียกได้ว่าเป็นที่สุดแล้ว อุณหภูมิต่ำซึ่งสามารถทำได้ประมาณ. ที่อุณหภูมินี้การเคลื่อนที่ของอนุภาคจะหยุดลง (อย่างไรก็ตามการเคลื่อนที่ภายในอนุภาคนั้นไม่หยุด)

การทดลองของกาลิเลโอได้รับการอธิบายไว้ก่อนหน้านี้และโดยสรุปลองพิจารณาการทดลองอื่น - ประสบการณ์ของนักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Guillaume Amonton (รูปที่ 15) ซึ่งในปี 1702 ได้คิดค้นสิ่งที่เรียกว่า เครื่องวัดอุณหภูมิแก๊ส. ด้วยการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อย เทอร์โมมิเตอร์นี้ก็ยังคงอยู่มาจนถึงทุกวันนี้

ข้าว. 15. กิโยม อมอนตอน (1663-1705)

ประสบการณ์ของอมอนตัน

ข้าว. 16.ประสบการณ์ของอมอนตัน

นำขวดน้ำมาเสียบกับจุกที่มีท่อบางๆ หากตอนนี้คุณให้น้ำร้อน ระดับน้ำในท่อจะเพิ่มขึ้นเนื่องจากการขยายตัวของน้ำ จากระดับน้ำที่เพิ่มขึ้นในท่อ เราสามารถสรุปได้ว่าอุณหภูมิมีการเปลี่ยนแปลง ข้อได้เปรียบ อมอนตัน เทอร์โมมิเตอร์คือมันไม่ได้ขึ้นอยู่กับความดันบรรยากาศ

ในบทเรียนนี้เราได้พิจารณาถึงสิ่งสำคัญเช่นนี้ ปริมาณทางกายภาพ, ยังไง อุณหภูมิ. เราได้ศึกษาวิธีการวัดลักษณะและคุณสมบัติต่างๆ ในบทเรียนต่อๆ ไป เราจะศึกษาแนวคิดนี้ กำลังภายใน.

บรรณานุกรม

Gendenshtein L.E., Kaidalov A.B., Kozhevnikov V.B. / เอ็ด. ออร์โลวา วี.เอ., รอยเซนา ไอ. ฟิสิกส์ 8. - อ.: ความจำ.
Peryshkin A.V. ฟิสิกส์ 8. - ม.: อีแร้ง, 2010.
Fadeeva A.A., Zasov A.V., Kiselev D.F. ฟิสิกส์ 8. - ม.: การตรัสรู้.