Тепловое движение молекул. Температура - Тепловые процессы

Физический словарик

Градус (от лат. gradus) - шаг, ступень, степень.

Молекула (от лат. moles - масса, с уменьшительным суффиксом - cula) - наименьшая частица вещества.

Температура (от лат. temperatura - нормальное состояние, соразмерность, надлежащее смешение) - величина, характеризирую- щая внутреннюю энергию тела; мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул тела.

Термодиффузия (от греч. thermo - тепло, жар и лат. diffusio - распространение) - диффузия компонентов газовой смеси или раствора, обусловленная разностью температур внутри смеси.

Термометр (от греч. thermo - тепло, жар и греч. metreo - измеряю) - прибор для измерения температуры.

Хаос (от греч. chaos) - в древнегреческой мифологии - зияющая бездна, беспорядочная смесь материальных элементов.

Историческая справка

Идея о том, что теплота обусловлена движением мельчайших частиц, высказывалась еще античными философами. В XVII в. подобной точки зрения на природу теплоты придерживались Р. Декарт, Р. Бойль, Р. Гук, И. Ньютон. Однако дальнейшее развитие этого раздела физической науки на рубеже XVII-XVIII вв. привело к почти повсеместному признанию существования «теплорода» - особой невесомой жидкости, ответственной за тепловые явления. Предпринятая Д. Бернулли попытка математически обосновать молекулярно-кинетические воззрения не получила поддержки со стороны западноевропейских ученых. В 40-х гг. XVIII в. к исследованиям «причин теплоты и холода» приступил Михаил Васильевич Ломоносов. В одной из своих работ он писал так: «...теплота состоит во внутреннем движении материи...»

Температурные шкалы

Температурные шкалы
Цельсия, °С	Кельвина, К	Фаренгейта, °F	Ранкина, °R
100 0 -273,15	373,15 273,15 0	212 32 -459,67	671,6 491,67 0

Агрегатное состояние

Агрегатное состояние вещества	Строение вещества	Движение молекул
Твердое		Колебательное
Жидкое		Колебательно-поступательное
Газообразное		Поступательное

Скорости (средние квадратичные) движения молекул газов, м/с (при 20 °С)

Азот 492

Водород 1 838

Водяной пар 613

Гелий 1 310

Кислород 461

Криптон 285

Пары ртути 184

Интересный факт (Я. И. Перельман)

Человек гораздо выносливее по отношению к жаре, чем обычно думают: он способен переносить в южных странах температуру заметно выше той, какую мы в умеренном поясе считаем едва переносимой. Летом в Средней Австралии нередко наблюдается температура 46 °С в тени; там отмечалось даже 55 °С в тени. При переходе через Красное море в Персидский залив температура в судовых помещениях достигает 50 °С и выше, несмотря на непрерывную вентиляцию.

Наиболее высокие температуры, наблюдавшиеся в природе на земном шаре, не превышали 57 °С, зафиксированных в Долине Смерти в Калифорнии. Зной в Средней Азии не превышает 50 °С.

Проводились опыты для определения высшей температуры, какую может выдержать человеческий организм. Оказалось, что при весьма постепенном нагревании в сухом воздухе он способен выдержать температуру не только кипения воды, 100 °С, но и много выше, до 160 °С, что доказали английские физики Благден и Чентри, проводившие целые часы в натопленной печи хлебопекарни. «Можно сварить яйца и изжарить бифштекс в воздухе помещения, в котором люди остаются без вреда для себя», - замечает по этому поводу Дж. Тиндаль.

Задачи на перевод единиц измерения в СИ

24 кДж = 24 000 Дж

650 МВт = 65 000 000 Вт

240 г = 0,24 кг

5,5 т = 5 500 кг

450 дм³ = 0,45 м³

36 км/ч = 10 м/с

760 кПа = 760 000 Па

3,5 мДж = 0,0035 Дж

4 560 см² = 0,456 м²

Качественные задачи и вопросы

1. Железный гвоздь нагрели на плите, а потом опустили в холодную воду. Как изменились следующие параметры:

· скорость движения молекул железа при нагревании (увеличилась);

· скорость движения молекул железа при охлаждении (уменьшилась);

· скорость движения молекул воды (при теплообмене температура воды увеличилась, а значит, увеличилась скорость движения молекул);

· объем гвоздя при этих опытах (при нагревании увеличился, при охлаждении уменьшился).

2. Воздушный шарик вынесли из комнаты на мороз. Как изменятся следующие параметры:

· объем шарика (уменьшится);

· скорость движения молекул воздуха внутри шарика (уменьшится);

· скорость молекул внутри шарика, если его вновь вернуть в комнату да еще положить к батарее (увеличится).

3. Объясните действие газового термометра. (Действие газового термометра основано на тепловом расширении газа.)

4. Объясните действие жидкостного термометра. (Действие жидкостного термометра основано на тепловом расширении жидкости.)

5. Почему нельзя мгновенно измерить температуру с помощью газового и жидкостного термометров? (Изменение температуры вещества термометра означает изменение скоростей молекул этого вещества, а для «разгона» молекул нужно время.)

6. Молекулы одного тела движутся в два раза быстрее, чем другого. Что можно сказать о температурах этих тел? (Температура тела выше, если скорость движения молекул выше. Но при одной и той же температуре скорость молекул водорода в три раза больше скорости молекул водяного пара, поэтому точно сказать, температура какого тела выше, не зная, из какого вещества состоят эти тела, невозможно.)

Физический эксперимент

Наблюдение движения взвешенных частиц пыли в воздухе.

Задание: в полузатемненной комнате при свете лампы или в луче света, падающего из окна, встряхните пыльную тряпку. Понаблюдайте за движением частиц пыли и опишите его. Поднесите светящую лампу накаливания к движущимся пылинкам и понаблюдайте за движением частиц. Сделайте вывод.

Номер опыта	Наблюдение за движением частиц пыли	Описание движения	Рисунок
1 2	В стороне от лампы Около лампы	Движутся медленно Движутся быстро

Вывод: при нагревании запыленного воздуха возрастает скорость движения молекул воздуха и пылинок.

Проверка знаний и умений.

Индивидуальные карточки-задания

1	2
1. Железную деталь помещают в печь. Как изменяется скорость движения молекул в детали? (Увеличивается.) 2. Плита массой 20 кг находится на высоте 4 м. Какой потенциальной энергией она обладает? Определите скорость падения плиты при ударе о землю. (800 Дж, 9 м/с без учета сопротивления воздуха.)	1. Стальную заготовку для закалки после нагревания опускают в воду. Как изменяется скорость движения молекул? (Уменьшается.) 2. Тело массой 200 г бросают вверх со скоростью 36 км/ч. Чему равна кинетическая энергия тела? На какую максимальную высоту оно поднимется? (10 Дж, 5 м.)
3	4
1. После торможения покрышки автомобиля оказались горячими. Как изменилась скорость движения молекул в покрышках? (Увеличилась.) 2. Брусок массой 800 г падает с высоты 10 м. Как изменяется энергия бруска? Определите максимальные кинетическую и потенциальную энергии бруска. (Первоначальная потенциальная энергия переходит в кинетическую, а затем во внутреннюю энергию тела и опоры. 80 Дж.)	1. В чем различие между жидкими и газообразными состояниями вещества? (Жидкость принимает форму сосуда, а газ занимает весь предоставленный объем. В жидкостях молекулы находятся очень близко одна к другой и движутся колебательно-поступательно. В газах молекулы движутся поступательно и находятся одна относительно другой на значительных расстояниях и т. д.) 2. Свинцовая пуля массой 10 г летит со скоростью 360 км/ч. Какой энергией обладает пуля? (Кинетической энергией 50 Дж.)