FENOMENELE TEHNICE. FIZICA MOLECULARĂ
Mișcarea mecanică. În clasa a opta, forma mecanică a mișcării materiei a fost studiată în detaliu, adică mișcarea unor corpuri în raport cu altele în decursul timpului. Faptul că toate corpurile sunt compuse din atomi sau molecule nu a fost luat în considerare. Corpurile au fost considerate solide, lipsite de structură internă.
Investigarea proprietăților corpurilor nu face parte din sarcina mecanicii. Scopul său este de a determina pozițiile corpurilor în spațiu și vitezele lor în orice moment, în funcție de forțele de interacțiune dintre acestea la pozițiile inițiale date și vitezele de cadavre.
Mișcarea termică. Atomii și moleculele materiei, după cum știți din cursul fizicii clasei a șaptea, fac o mișcare aleatorie (haotică), numită mișcare termică. În secțiunea "Fenomene termice. Molecular Physics "în clasa a IX-a, vom studia legile fundamentale ale formei termice a mișcării materiei.
Mișcarea moleculelor se datorează în mod aleatoriu faptului că numărul lor în corpurile care ne înconjoară este incomensurabil de mare și moleculele interacționează unul cu celălalt. Conceptul de mișcare termică nu se aplică sistemelor mai multor molecule. Mișcarea haotică a unui număr imens de molecule este calitativ diferită de deplasarea mecanică ordonată a corpurilor individuale. Acesta este motivul pentru care reprezintă o formă specială de mișcare a materiei, care are proprietăți specifice.
Mișcarea termică determină proprietățile interne ale corpurilor, iar studiul său face posibilă înțelegerea multor procese fizice care apar în corpuri.
Corpuri macroscopice. În fizică, corpurile constând dintr-un număr foarte mare de atomi sau molecule se numesc macroscopice. Dimensiunile corpurilor macroscopice sunt de multe ori mai mari decât dimensiunile atomilor. Gazul din sticlă, apa din sticlă, granulația nisipului, piatra, tija de oțel, globul sunt exemple de corpuri macroscopice (Figura 1).
Vom lua în considerare procesele din corpurile macroscopice.
Fenomene termice. Mișcarea termică a moleculelor depinde de temperatură. Acest lucru a fost menționat în cursurile de fizică ale clasei VI și VII. Prin urmare, atunci când studiem mișcarea termică a moleculelor, vom studia fenomene care depind de temperatura corpurilor. Când sunt încălzite, tranzițiile materiale apar de la unul
starea în alta: solidele sunt transformate în lichide și lichide în gaze. Când se răcește, dimpotrivă, gazele sunt transformate în lichide, iar lichidele - în solide.
Aceste și multe alte fenomene cauzate de mișcarea haotică a atomilor și a moleculelor se numesc fenomene termice.
Semnificația fenomenelor termice. Fenomenele termice joacă un rol imens în viața oamenilor, animalelor și plantelor. Schimbarea temperaturii aerului cu 20-30 ° C cu schimbarea sezonului schimbă totul în jurul nostru. Odată cu apariția primăverii, natura se trezește, pădurile sunt îmbrăcate cu frunziș, pajiștile sunt verzi. În timpul iernii, culorile bogate de vară sunt înlocuite cu un fundal alb monoton, viața plantelor și multe insecte îngheață. Când schimbăm temperatura corpului cu doar un grad, ne simțim deja răi.
Fenomene termice interesate de persoane din cele mai vechi timpuri. Oamenii au obținut independență relativă față de condițiile înconjurătoare după ce au învățat cum să extragă și să mențină focul. Aceasta a fost una dintre cele mai mari descoperiri făcute de om.
Modificarea temperaturii afectează toate proprietățile corpurilor. Astfel, atunci când sunt încălzite sau răcite, se schimbă dimensiunile substanțelor solide și volumul lichidelor. În mod semnificativ, proprietățile lor mecanice, de exemplu, elasticitatea, se schimbă și ele. O bucată de tub de cauciuc nu va suferi dacă o loviți cu un ciocan. Dar când se răcește la -100 ° C, cauciucul devine fragil, ca și sticla. Dintr-o lovitură ușoară, tubul de cauciuc este rupt în bucăți mici. Numai după încălzire, cauciucul își va recâștiga proprietățile elastice.
Toate fenomenele termice de mai sus și multe alte sunt supuse anumitor legi. Aceste legi sunt la fel de corecte și fiabile ca legile mecanicii, dar diferă de ele în conținut și formă. Descoperirea unor legi care sunt supuse fenomenelor termice permite un beneficiu maxim de aplicare a acestor fenomene în practică, în tehnologie. Motoarele termice moderne, instalațiile de lichefiere, frigiderele și alte dispozitive sunt construite pe baza cunoașterii acestor legi.
Teoria moleculare-cinetică. Teoria care explică fenomenele termice în corpurile macroscopice și proprietățile intrinseci ale acestor corpuri pe baza noțiunii că toate corpurile constau din particule separate în mișcare haotic se numește teoria moleculare-cinetică. În teorie, sarcina este de a lega modelele de comportament ale moleculelor individuale cu cantitățile care caracterizează proprietățile corpurilor macroscopice.
Chiar și filosofii antichității au presupus că căldura este un fel de mișcare internă a unor particule care compun corpuri. O mare contribuție la dezvoltarea teoriei moleculare-cinetice a fost făcută de marele om de știință rus MV Lomonosov. Lomonosov a considerat căldura ca mișcarea de rotație a particulelor de materie. Cu ajutorul teoriei sale, el a dat o explicație complet corectă a fenomenelor de topire, evaporare și conductivitate termică. El a concluzionat că există un "grad de răceală cel mai mare sau ultim", când mișcarea particulelor de materie încetează
Cu toate acestea, dificultățile în construirea teoriei moleculare-cinetice au dus la faptul că a câștigat victoria finală abia la începutul secolului al XX-lea. Faptul este că numărul de molecule din corpurile macroscopice este enorm și este imposibil să se urmărească mișcarea fiecărei molecule. Este necesar să învățăm pe baza legilor mișcării moleculelor individuale să găsim rezultatul mediu la care conduce mișcarea lor agregată. Acesta este rezultatul mediu al mișcării tuturor moleculelor care determină fenomenele termice în corpurile macroscopice.
Termodinamicii. Substanța are multe proprietăți care pot fi studiate fără a se încadra în structura sa. Fenomenele termice pot fi descrise folosind cantitățile înregistrate de instrumente precum un manometru și un termometru care nu reacționează la efectele moleculelor individuale.
La mijlocul secolului al XIX-lea. după descoperirea legii conservării energiei, a fost construită prima teorie științifică a proceselor termice - termodinamică. Termodinamica este o teorie a fenomenelor termice, în care structura moleculară a corpurilor nu este luată în considerare. Ea a luat naștere în studiul condițiilor optime pentru utilizarea căldurii pentru realizarea muncii cu mult înainte ca teoria moleculare-cinetică să fie acceptată universal.
Termodinamica și mecanica statistică. În prezent, atât teoria termodinamică, cât și teoria moleculară-cinetică, numită și mecanica statistică, sunt folosite în știință și tehnologie. Aceste teorii se completează reciproc.
La început vom vorbi despre premisele fundamentale ale teoriei moleculare-cinetice, cunoscute în parte din cursul fizicii clasei a șasea și a șaptea. Apoi ne vom familiariza cu teoria cantitativă moleculară-cinetică a celui mai simplu sistem - un gaz de densitate relativ scăzută.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: