Что является примером теплового движения

Температура и скорость

Скорость теплового движения молекул зависит от температуры вещества. Чем выше температура, тем они движутся быстрее. Именно температура является мерой того, насколько интенсивно движутся молекулы или атомы.

Для повышения температуры нужно передать телу некоторое количество теплоты. Эта теплота идет на увеличение внутренней энергии тела. В нее вносят вклад кинетическая и потенциальная энергия молекул или атомов, составляющих вещество. Чем больше их энергия, тем быстрее они движутся.

Большинство молекул перемещается со скоростью, близкой к средней, и лишь небольшое их число имеет скорость намного меньшую или намного большую. Относительное число молекул, движущихся с определенной скоростью, можно найти с помощью функции распределения Максвелла по скоростям. Формулу это функции открыл Джеймс Клерк Максвелл. Из распределения Максвелла можно найти:

Также скорость передвижения частиц зависит от их массы. Чем масса больше, тем медленнее они движутся.

Доказательства явления

Для доклада на тему «Что называется тепловым движением» важно рассмотреть доказательства. Это броуновское движение и диффузия. Броуновское движение — это хаотическое перемещение взвешенных в жидкости твердых частиц. Броун впервые наблюдал такое поведение частичек пыльцы в воде.

Если посмотреть в микроскоп на взвешенную в воде пыльцу, будет видно, что частичка беспорядочно движется. Почему так происходит? Поскольку масса частички пыльцы сравнима с массой молекулы, эти удары заставляют ее двигаться скачками, так как в каждый момент времени случайным образом количество ударов с одной стороны оказывается больше, чем с другой.

Иногда понятие теплового движения в физике путают с понятием броуновского, однако это ошибка. Тепловым движением называют перемещение частиц самого вещества, тогда как под броуновским — частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Именно тепловым движением объясняется явление диффузии. Она может происходить в разных классах веществ, даже в твердых телах, но там она идет значительно медленнее, чем в газах или жидкостях.

При диффузии частицы одного вещества проникают между частицами другого. При этом они движутся от области с большей концентрацией в область с меньшей, и концентрация сама по себе с течением времени выравнивается.

Примеры диффузии — это растворение сахара, соли и других веществ в воде, распространение запахов. При этом с ростом температуры растет и скорость диффузии, так как передвижение молекул становится интенсивнее.

Тепловое движение в различных веществах

Частицы любого вещества совершают тепловое движение. Но в зависимости от того, какое состояние рассматривается, этот процесс несколько отличается:

Эти различия связаны с отличием в строении разных агрегатных состояний.

В газе частицы мало взаимодействуют друг с другом и расположены неупорядоченно. Они имеют разные скорости и двигаются в различных направлениях.

В жидкостях существует только ближний порядок, то есть близко расположенные частицы взаимодействуют друг с другом сильнее, чем относительно удаленные. Они могут колебаться около положения равновесия, образовывать слои и перемещаться из одного в другой.

В твердых телах существует дальний порядок, атомы или молекулы обычно образуют кристаллическую решетку и находятся в ее узлах. Такая структура не дает им свободно перемещаться.

Тепловым движением называется непрерывное хаотическое перемещение частиц вещества. Оно характерно для любых веществ, а интенсивность его зависит от температуры. Доказать явление можно, рассматривая броуновское движение и диффузию.

Источник

Определение теплового движения в физике

Все вещества имеют молекулярное строение. Мельчайшие частицы — молекулы — постоянно передвигаются, беспорядочно, хаотично. В ходе движения они сталкиваются друг с другом и разлетаются в разные стороны. Скорость такого движения зависит от температуры вещества: чем она выше, тем скорость больше. Отсюда название — тепловое движение.

Понятие теплового движения в физике

Хаотичное движение мельчайших частиц, составляющих структуру вещества, называют тепловым движением. В роли мельчайших частиц выступают молекулы и атомы. Совершая беспорядочные движения в пространстве, молекулы определяют температуру тела.

Движение молекул обнаружил Роберт Броуну который в 1827 году наблюдал за спорами грибов и растений. Он помещал их в жидкость и видел, что они непрерывно колеблются. При этом Броун утверждал, что амплитуда движения мелких частиц больше, чем крупных.

Объяснить причину происходящего Броун не мог, однако такой вид движения получил название в его часть — броуновское. Движения соседних молекул не уравновешивают друг друга, поскольку силы ударов не одинаковы.

Только в 1905 году Эйнштейн описал математическую модель названного движения, представил научному миру уравнение для вычисления коэффициента диффузии частиц.

«Диффузия» означает растекание, распространение. Это происходит, когда атомы одного вещества распространяются внутри другого. Такое явление возможно в газах, жидкостях и твердых веществах. Таким образом происходит выравнивание концентраций двух веществ, а также их температур. Так распространяются запахи, растворяется соль и сахар.

Скорость диффузии увеличивается при нагревании вещества.

Тепловое движение в различных веществах

Утверждение про хаотичное движение микрочастиц касается газа. При этом траекторию их движения невозможно просчитать, поскольку ее меняют постоянные столкновения молекул (атомов) между собой и со стенками сосуда, в котором вещество заключено.

Рассматривая жидкость, под хаотичным движением подразумевают колебания микрочастиц в районе своего равновесия. При этом иногда молекулы (атомы) способны перескакивать из одного места в другое. Касательно твердых тел, тепловое движение — это колебательные подергивания структурных единиц возле своего равновесного положения. При нагревании эти подергивания усиливаются и на определенном этапе становятся настолько сильными, что могут спровоцировать изменения агрегатного состояния вещества.

Какие молекулы участвуют

В тепловом движении участвуют все молекулы вещества, более интенсивно в том месте, которое нагревается.

К примеру, если температура азота 15оС, 59% его молекул движутся со скоростью 300-700 м/с (в среднем 500 м/с). Скорость менее 100 м/с имеют 0,6% молекул, а свыше 1000 м/с — порядка 5,4%.

Доказано, что с увеличением массы молекул их скорость меньше, чем у мелких.

Способы изменения скорости движения молекул

Скорость движения мельчайших частиц вещества зависит от следующих свойств:

Опытным путем было доказано, что скорость движения частиц прямо пропорциональна изменению температуры вещества.

Если два вещества, имеющие различную температуру, соединяются, между ними через определенное время устанавливается тепловое равновесие, т.е. их температура становится одинаковой. Научное объяснение этого факта заключается в уравновешивании кинетической энергии всех частиц.

Температура, абсолютная шкала температур

Для измерения температуры вещества применяется термометр. Температура, при которой прекращается тепловое движение молекул, называется абсолютным нулем. На шкале Кельвина это 0К.

Существует еще одна шкала для измерения температуры тела — шкала Цельсия, в которой основными точками являются 0оС и 100оС.

Измеряя температуру, производят вычисление средней кинетической энергии. Связь между этими понятиями отражает постоянная Больцмана.

Энергия теплового движения молекул, формула

Молекулярно-кинетическая теория предполагает, что молекулы газа являются упругими шариками, которые воздействуют друг на друга и на стенки сосуда. Однако объем сосуда предполагается намного большим, чем суммарный объем всех молекул, поэтому задачей является изучение связи между массой, скоростью, энергией частиц и давлением, объемом, температурой.

Сталкиваясь друг с другом, молекулы меняют направление движения и скорость, однако между столкновениями их движение — прямолинейные и равномерный процесс.

Когда устанавливается тепловое равновесие, газы приобретают одинаковую температуру, которая не определяется родом газа. Данное свойство характерно для идеального газа. Ранее в статье обращалось внимание, что температура выше у того газа, молекулы которого движутся быстрее. Следовательно, нагревание газа приводит к увеличению его давления на стенки сосудов. Этот параметр прямо пропорционален средней кинетической энергии движущихся молекул.

Основное уравнение молекулярно-кинетической теории гласит, что давление P находится в прямо пропорциональной зависимости от средней кинетической энергии поступательного движения частиц. При этом, когда устанавливается тепловое равновесие, то такие признаки, как давление и объем газа, фиксируются, а средняя кинетическая энергия приобретает постоянное значение (как и температура газа).

Уравнение, выражающее связь между средней кинетической энергией молекул и температурой, имеет следующий вид:

В уравнении присутствует величина, равна отношению R к NА. Было установлено, что эта величина является идентичной для всех компонентов. Это постоянная Больцмана.

С учетом постоянной Больцмана формула упрощается:

Еще одна разновидность уравнения, выражающая соотношение внутреннего (концентрация молекул) и внешнего (температура) факторов, выглядит следующим образом:

Следовательно, если температура и давление газов одинаковы, концентрация их молекул так же равна. Следствием этого утверждения является закон Авогадро: равные объемы газов при аналогичных условиях (температура и давление) содержат равное число молекул.

Квадратичная скорость теплового движения

Измерить скорость теплового движения молекул удалось немецкому физику О. Штерну (1920). Формула, которую он вывел, имеет вид:

При решении задач среднюю квадратичную скорость движения молекул веществ можно определить по специальной таблице:

Источник

8 класс

§ 1. Тепловое движение. Температура

В окружающем нас мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел. Мы знаем, что при нагревании холодная вода вначале становится тёплой, а затем горячей.

Такими словами, как «холодный», «тёплый» и «горячий», мы указываем на различную степень нагретости тел, или, как говорят в физике, на различную температуру тел. Температура горячей воды выше температуры холодной. Температура воздуха летом выше, чем зимой.

Температуру тел измеряют с помощью термометра и выражают в градусах Цельсия (°C).

Вам уже известно, что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Это означает, что скорость движения молекул и температура связаны между собой. При повышении температуры скорость движения молекул увеличивается, при понижении — уменьшается.

Следовательно, температура тела зависит от скорости движения молекул.

Тёплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная. Разница между ними заключается лишь в скорости движения молекул.

Явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры, называются тепловыми. К таким явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др.

Молекулы или атомы, из которых состоят тела, находятся в непрерывном беспорядочном движении. Их количество в окружающих нас телах очень велико. Так, в объёме, равном 1 см 3 воды, содержится около 3,34 • 10 22 молекул. Каждая молекула движется по очень сложной траектории. Это связано с тем, что, например, частицы газа, движущиеся с большими скоростями в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. В результате этого они изменяют свою скорость и снова продолжают движение. На рисунке 1 изображены траектории движения микроскопических частиц краски, растворённой в воде.

Поскольку со скоростью движения молекул тела связана его температура, беспорядочное движение частиц называют тепловым движением.

В жидкостях молекулы могут колебаться, вращаться и перемещаться относительно друг друга. В твёрдых телах молекулы и атомы колеблются около некоторых средних положений.

В тепловом движении участвуют все молекулы тела, поэтому с изменением характера теплового движения изменяется и состояние тела, его свойства. Так, при повышении температуры лёд начинает таять, превращаясь в жидкость. Если понижать температуру, например, ртути, то она из жидкости превращается в твёрдое тело.

Температура тела находится в тесной связи со средней кинетической энергией молекул. Чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул. При понижении температуры тела средняя кинетическая энергия его молекул уменьшается.

Вопросы:

1. Какие тепловые явления вы знаете?

2. Что характеризует температура?

3. Как связана температура тела со скоростью движения его молекул?

4. Чем отличается движение молекул в газах, жидкостях и твёрдых телах?

Источник

Тепловое движение — доказательство явления, виды и признаки

Молекулы или атомы веществ не находятся в состоянии покоя, а непрерывно движутся. Тепловое движение — это беспорядочное коллективное перемещение частиц вещества. Обычно рассматривается это явление для атомов или молекул, но оно характерно для любых частиц (электронов, ионов и других).

Температура и скорость

Скорость теплового движения молекул зависит от температуры вещества. Чем выше температура, тем они движутся быстрее. Именно температура является мерой того, насколько интенсивно движутся молекулы или атомы.

Для повышения температуры нужно передать телу некоторое количество теплоты. Эта теплота идет на увеличение внутренней энергии тела. В нее вносят вклад кинетическая и потенциальная энергия молекул или атомов, составляющих вещество. Чем больше их энергия, тем быстрее они движутся.

Большинство молекул перемещается со скоростью, близкой к средней, и лишь небольшое их число имеет скорость намного меньшую или намного большую. Относительное число молекул, движущихся с определенной скоростью, можно найти с помощью функции распределения Максвелла по скоростям. Формулу это функции открыл Джеймс Клерк Максвелл. Из распределения Максвелла можно найти:

Также скорость передвижения частиц зависит от их массы. Чем масса больше, тем медленнее они движутся.

Доказательства явления

Для доклада на тему «Что называется тепловым движением» важно рассмотреть доказательства. Это броуновское движение и диффузия. Броуновское движение — это хаотическое перемещение взвешенных в жидкости твердых частиц. Броун впервые наблюдал такое поведение частичек пыльцы в воде.

Если посмотреть в микроскоп на взвешенную в воде пыльцу, будет видно, что частичка беспорядочно движется. Почему так происходит? Поскольку масса частички пыльцы сравнима с массой молекулы, эти удары заставляют ее двигаться скачками, так как в каждый момент времени случайным образом количество ударов с одной стороны оказывается больше, чем с другой.

Иногда понятие теплового движения в физике путают с понятием броуновского, однако это ошибка. Тепловым движением называют перемещение частиц самого вещества, тогда как под броуновским — частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Именно тепловым движением объясняется явление диффузии. Она может происходить в разных классах веществ, даже в твердых телах, но там она идет значительно медленнее, чем в газах или жидкостях.

При диффузии частицы одного вещества проникают между частицами другого. При этом они движутся от области с большей концентрацией в область с меньшей, и концентрация сама по себе с течением времени выравнивается.

Примеры диффузии — это растворение сахара, соли и других веществ в воде, распространение запахов. При этом с ростом температуры растет и скорость диффузии, так как передвижение молекул становится интенсивнее.

Тепловое движение в различных веществах

Частицы любого вещества совершают тепловое движение. Но в зависимости от того, какое состояние рассматривается, этот процесс несколько отличается:

Эти различия связаны с отличием в строении разных агрегатных состояний.

В газе частицы мало взаимодействуют друг с другом и расположены неупорядоченно. Они имеют разные скорости и двигаются в различных направлениях.

В жидкостях существует только ближний порядок, то есть близко расположенные частицы взаимодействуют друг с другом сильнее, чем относительно удаленные. Они могут колебаться около положения равновесия, образовывать слои и перемещаться из одного в другой.

В твердых телах существует дальний порядок, атомы или молекулы обычно образуют кристаллическую решетку и находятся в ее узлах. Такая структура не дает им свободно перемещаться.

Тепловым движением называется непрерывное хаотическое перемещение частиц вещества. Оно характерно для любых веществ, а интенсивность его зависит от температуры. Доказать явление можно, рассматривая броуновское движение и диффузию.

Источник

Тепловое движение. Температура

Урок 1. Физика 8 класс (ФГОС)

В данный момент вы не можете посмотреть или раздать видеоурок ученикам

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Тепловое движение. Температура»

Из химии и физики 7 класса вы знаете, что все вещества имеют дискретное строение. Иными словами, они состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул, между которыми существуют промежутки.

Размеры атомов и молекул настолько малы, что увидеть их без сильных электронных микроскопов не удаётся. Но большое количество разнообразных наблюдаемых явлений подтверждают дискретность веществ. Среди них и хорошо знакомое вам явление диффузии — самопроизвольное проникновение одного вещества в другое.

Диффузия в жидкости

Однако самым убедительным доказательством дискретного строения вещества является броуновское движение. Давайте посмотрим, в чем его суть.

Броуновское движение — это беспорядочное движение малых частиц вещества, взвешенных в жидкости или газе.

Взвешенными называются частицы, плотность вещества которых сравнима с плотностью среды, в которой они находятся. При этом размеры этих частиц в тысячу с лишним раз превышают размеры молекул.

Впервые такое движение наблюдал английский ботаник Р. Броун в 1827 г. Он рассматривал движение частиц цветочной пыльцы в воде под микроскопом. Каждая частица пыльцы совершала причудливое зигзагообразное движение.

Постепенно становилось понятным, что мельчайшие частички вещества испытывают со всех сторон удары ещё более мелких частиц, которые в микроскоп уже не видны.

Открытое Р. Броуном движение неоспоримо доказало факт того, что все вещества состоят из атомов и молекул. И самое главное, что эти мельчайшие частицы вещества находятся в непрерывном беспорядочном движении, интенсивность которого зависит от температуры вещества. Чем выше температура, тем быстрее двигаются молекулы вещества, и наоборот. Именно поэтому броуновское движение ещё называют тепловым движением.

А что такое температура?

Многие из вас наверняка приведут примеры того, что температура горячей воды больше чем холодной. А кто-то скажет, что температура на улице зимой ниже, чем летом.

Стакан с холодной и горячей водой

Температура — это физическая величина, которая характеризует тепловое состояние тела (степень его «нагретости»).

Однако наши с вами ощущения неоднозначны и зависят от состояния человека и окружающей среды. Так, например, в одной и той же комнате металлические предметы всегда кажутся более холодными, чем деревянные или пластмассовые.

Или вот ещё один пример — опыт, который вы можете провести в домашних условиях. Погрузим на некоторое время одну руку в горячую воду, а другую — в холодную. Теперь, если мы обе руки поместим в воду при комнатной температуре и попытаемся на основании своих ощущений установить, какая в сосуде вода — холодная или горячая, то, на удивление, у нас ничего не получится, поскольку наши ощущения будут разными: рука, которая находилась в горячей воде, будет чувствовать холод, а рука, находившаяся в холодной воде, будет ощущать тепло.

Поэтому, для того, чтобы сделать те или иные выводы о температуре тела, её необходимо измерить. Для измерения температуры используется специальный измерительный прибор — термометр. Его действие основано на зависимости свойств тела от температуры (расширение тел при нагревании и их сжатие при охлаждении).

Единицей измерения температуры является градус Цельсия.

Эта единица была названа в честь шведского учёного А. Цельсия, предложившего использовать стоградусную шкалу температур. За 0 о С в ней принимается температура тающего льда, а за 100 о С — температура кипения воды при нормальных условиях.

Помимо шкалы Цельсия, существуют и другие температурные шкалы. Например, термометры со шкалой Фаренгейта до сих пор применяют в Англии и Америке. За 0 о в этой шкале была принята температура самой холодной зимы в Голландии в 1709 г., а вторая точка соответствовала нормальной температуре человеческого тела — 98 о F.

Во Франции долгое время использовалась шкала Реомюра, которая в настоящее время вышла из употребления.

В физике, в частности в термодинамике, используется шкала Кельвина. В ней температура отсчитывается от абсолютного нуля — то есть от минимальной теоретически возможной температуры тела. В нашей привычной шкале — шкале Цельсия, эта температура равняется −273,15 о С.

Вы конечно знаете, что при любой температуре вещество, например, вода, состоит из одних и тех же молекул. Иными словами, молекулы холодной воды ничем не отличаются от молекул воды горячей. Но что же тогда меняется в воде при изменении её температуры?

Изменяется скорость движения молекул. Чем быстрее двигаются молекулы в веществе, тем более высокой является температура вещества, и наоборот. Т. е., температура зависит от скорости движения молекул.

Но только ли от скорости молекул зависит температура тела? Например, при средней скорости движения молекул в 440 м/с кислород имеет температуру 20 о С, а азот — 16 о С. Это обусловлено тем, что молекулы азота легче молекул кислорода. Следовательно, температура зависит и от массы молекул.

В 7 классе вы познакомились с величиной, которая также зависела от скорости и массы — это кинетическая энергия.

Поэтому можно утверждать, что температура является мерой средней кинетической энергии молекул тела.

Теперь выясним каковы особенности броуновского движения в различных агрегатных состояниях вещества.

Вы уже знаете, что расстояние между молекулами у газов достаточно большое, и намного больше чем у жидкостей и твёрдых тел. Но силы взаимодействия между молекулами газа ничтожно малы. Поэтому молекула в газе двигается свободно до момента столкновения с другой молекулой. При столкновении молекула меняет направление своего движения и вновь движется свободно до следующего столкновения. Именно поэтому газы не сохраняют своей формы и занимают весь предоставленный им объём.

Расположение молекул в газе

Тепловое движение молекул жидкости другое. Расстояния между молекулами жидкости намного меньше, чем в газах, а сами молекулы связаны друг с другом силами притяжения и отталкивания. Поэтому они совершают беспорядочные колебания и вращения в одном положении, а также могут перемещаться относительно друг друга.

Расположение молекул в газе

Наличие сил притяжения между молекулами обеспечивает жидкости сохранение объёма, а перемещения — текучесть. Поэтому жидкость и сохраняет свой объем, но не сохраняет форму, а принимает форму того сосуда, в котором она находится.

В твёрдых телах частицы связаны между собой сильнее, чем в жидкостях. Поэтому их тепловое движение главным образом сводится к хаотичному колебанию около своего положения равновесия.

Расположение молекул в газе

Сильное взаимодействие в твёрдом веществе частиц друг с другом, и отсутствие у них подвижности, приводит к тому, что твёрдые тела сохраняют свою форму и объём.

Источник