Тепловые явления, расширение твердых тел, жидкостей, газов.
Тепловое расширение — изменение линейных размеров и формы тела при изменении его температуры.
Причина:
увеличивается температура тела
увеличивается скорость движения молекул
увеличивается
амплитуда колебаний
увеличивается расстояние между
молекулами, а значит, и размеры тела.
Различные тела при нагревании расширяются по-разному, т. к. массы молекул различны, следовательно, различается кинетическая энергия и межмолекулярные расстояния изменяются по-разному.
Все вещества (газы, жидкости, твердые тела) имеют атомно-молекулярную структуру. Атомы, равно как и молекулы, во всем диапазоне температур находятся в непрерывном хаотическом движении, причем, чем выше температура объема вещества, тем выше скорость перемещения отдельных атомов и молекул внутри этого объема (в газах и жидкостях) или их колебания - в кристаллических решетках твердых тел. Особенность строения газообразных веществ состоит в том, что расстояние между молекулами или атомами в нём во много раз больше размеров самих частиц. Силы взаимодействия между частицами газа очень малы, поэтому они постоянно хаотично двигаются, и тела в газообразном состоянии не сохраняют свою форму и объём. В жидкостях расстояние между молекулами равно размерам самих молекул, молекулы колеблются около положения равновесия, но всегда совершают прыжки, перескакивая с одного места на другое. Этим обусловлено наличие сильных сил взаимодействия у жидкостей и их физические свойства (сохраняют объём, но не сохраняют форму). Молекулы в твёрдых телах находятся в строгом порядке и колеблются, не покидая своего положения равновесия. Силы взаимодействия в твёрдых телах сильнее, чем в жидкостях, твёрдые тела сохраняют свою форму и объём. Величина теплового расширения твердых тел определяется их строением. Структуры с плотной упаковкой (алмаз, платина, отдельные металлические сплавы) мало чувствительны к температуре, рыхлая, неплотная упаковка вещества способствует сильному расширению твердых тел (алюминий, полиэтилен).
С ростом температуры увеличивается среднее расстояние между атомами и молекулами, в результате чего газы, жидкости и твердые тела расширяются - при условии, что внешнее давление остается постоянным.
Переход из одного состояния в другое происходит при нагревании или охлаждении, а также при изменении давления. Например, если воду — жидкость — подогревать, она будет превращаться в пар — газ.
Теория, объясняющая свойства твердого, жидкого и газообразного состояний, называется кинетической теорией. Кинетическая теория объясняет свойства твердых, жидких и газообразных тел, исходя из энергии частиц, из которых они состоят. Частицы твёрдого тела обладают наименьшей энергией, связаны друг с другом силой притяжения и не могут освободиться. Они только колеблются около постоянного центра. При нагревании энергия частиц твёрдого тела увеличивается и они могут освободиться от притяжения соседних частиц. При этом твёрдое тело плавится и превращается в жидкость. У частиц газа энергии ещё больше. Они находятся на большом расстоянии друг от друга и целиком заполняют предоставленный им объём. Нагревание увеличивает энергию частиц и позволяет им двигаться быстрее, и тело переходит из одного состояния в другое.
Когда твердое тело нагревается, его температура повышается, а энергия частиц растет. Наконец наступаем точка плавления. В этот момент частицы обретают достаточно энергии, чтобы разорвать силы притяжения, и твердое тело плавится. Дальнейшее нагревание приводит к тому, что жидкость достигает точки кипения, частицы ее окончательно освобождаются друг от друга, и жидкость превращается в газ.
Когда вещество остывает, происходит обратный процесс. Когда температура газа падает до точки кипения, газ конденсируется и становится жидкостью. Охладившись до точки плавления, жидкость твердеет (замерзает) и превращается в твердое тело
В процессе расширения газа совершает положительную работу, так как направление силы и перемещения совпадают. В процессе расширения газ отдает энергию окружающим телам.