Швидкість руху часток і температура

Такі явища, як, наприклад, нагрівання і охолодження повітря, танення льоду, плавлення металів, кипіння води, називається тепловими явищами.

Відомо, що при нагріванні вода стає спочатку теплою, а потім гарячою. Нагріта піч поступово охолоджується, а повітря в кімнаті нагрівається. Словами "холодний", "теплий", "гарячий" ми називаємо тепловий стан тіл. Однією з величин, що характеризують тепловий стан тіл, являється температура.

Якщо спостерігати дифузію рідин в двох посудинах, то можна виявити, що при вищій температурі дифузія проходить швидше. Це означає, що швидкість руху молекул і температура пов'язані між собою.

Чим більша швидкість руху молекул тіла, тим вища його температура.

Тепла вода складається з таких же молекул, що і холодна. Різниця в тому, що молекули теплої води рухаються швидше, ніж молекули холодної води. Але ж чим більше швидкість тіла, тим більше його кінетична енергія.

Молекули мають надзвичайно малі розміри. Прості одноатомні молекули мають розмір порядку 10^-10м. Але, якщо узяти 20 г води, там буде приблизно 6·10²³ молекул, і кожна молекула рухається, отже, має кінетичну енергію.

Безладний хаотичний рух молекул називається тепловим рухом. Кінетична енергія теплового руху росте із зростанням температури.

Отже, при будь-якій температурі спостерігається самостійний рух часток усіх речовин - твердих, рідких і газоподібних. Оскільки частки рухаються, вони мають кінетичну енергію. Ця енергія тим більше, чим вище температура тіла.

Питання:

1. Які теплові явища ви знаєте?

2. Чим відрізняється рух молекул холодної води від руху молекул гарячої води?

3. Чому, опускаючи руку у воду, ви відразу відчуваєте холодна вона або гаряча?

4. Чому тверді тіла і рідини не розпадаються самі собою на окремі молекули?

5. Які явища вказують, що молекули не лише притягуються, але і відштовхуються одна від одної?

Завдання:

Налийте в дві склянки однакову кількість води. Одну з них поставте в тепле місце, а іншу в холодне. Через деякий час опустите в кожну склянку крупинку марганцівки. Поставте склянки на колишні місця. Через певний час відмічайте положення межі забарвленої і чистої води. Поясните спостережуване явище.

§16. Три стани речовини

На прикладі води, ртуті і інших тіл ми бачимо, що речовини в природі можуть знаходитися в трьох станах: у вигляді твердого тіла, рідини і газу. Ці стани називаються агрегатними станами. Властивості тіл в різних станах різні.

Тверде тіло в звичайних умовах важко стиснути або розтягнути, воно зберігає свій об'єм.

Збереження об'єму і форми - властивість твердих тіл.

Рідина легко міняє свою форму, вона набуває форми посудини, в яку її наливають.

Форму рідини змінити легко, але об'єм її змінити важко.

Рідини зберігають об'єм, але легко міняють свою форму.

Багато газів прозорі і безбарвні, тому ми їх не бачимо. Ми не бачимо повітря, але при швидкому пересуванні ми його можемо відчувати.

Газ може бути сильно стислий. Гази в тисячі разів більше стискувані, ніж рідини.

Гази мають ще одну властивість, якої немає в рідинах і твердих тілах, а саме вони заповнюють увесь наданий об'єм.

Гази не мають постійного об'єму і власної форми.

Спеціальними дослідженнями встановлено, що молекули речовини не змінюються при зміні його агрегатного стану. Наприклад, на рисунку 2.10 показано розташування молекул однієї і тієї ж речовини - води в трьох агрегатних станах. Пар (рис 2.10а), вода (рис 2.10б) і лід (рис 2.10в). Молекули пари, води і льоду не відрізняються одна від одної. Отже, ці три стани речовини розрізняються не молекулами, а тим, як молекули розташовані і як рухаються.

а б в

Рисунок 2.10.

У газах відстань між молекулами на багато більша розмірів самих молекул. На таких відстанях між молекулами практично немає сили притягання. Тому гази не мають власної форми і постійного об'єму.

Властивості рідин пояснюються тим, що проміжки між молекулами малі: молекули в рідинах упаковані так щільно, що відстань між кожними двома молекулами менша розмірів молекули. На таких відстанях притягання молекул одна до одної вже значне. Проте воно не стільки велике, щоб рідина зберігала свою форму.

Тверді тіла в звичайних умовах зберігають свою форму. Це пояснюється тим, що відстань між молекулами ще менша, ніж у рідин.

У наступних параграфах ми більш детально розглянемо будову твердих, рідких і газоподібних речовин з точки зору МКТ.