Физика что такое тепловое движение
Тепловое движение
Теплово́е движе́ние — процесс хаотического (беспорядочного) движения частиц, образующих вещество. Чаще всего рассматривается тепловое движение атомов и молекул.
Хаотичность — важнейшая черта теплового движения. Важнейшими доказательствами существования движения молекул является Броуновское движение и диффузия.
Примечания
Неверно смешивать понятия «Тепловое движение» и «Броуновское движение». Броуновским называется движение видимых взвешенных в веществе частиц; тепловым — движение частиц самого вещества. Тепловое движение является причиной броуновского движения.
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Тепловое движение» в других словарях:
ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ — ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ, хаотическое движение микрочастиц, из которых состоят все тела. Кинетическая энергия теплового движения растет с абсолютной температурой вещества. Частицы газов беспорядочно движутся по всему объему газа, часто испытывая… … Современная энциклопедия
тепловое движение — Хаотическое движение атомов, молекул и др. частиц вещ ва, интенсивность к рого определяется темп рой тела. [http://metaltrade.ru/abc/a.htm] Тематики металлургия в целом EN heat motion … Справочник технического переводчика
ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ — беспорядочное (хаотическое) движение атомов и молекул, из которых состоят все тела. В газах расстояния между атомами и молекулами в среднем значительно больше размеров молекул. Силы отталкивания на больших расстояниях не действуют, поэтому газы… … Большая политехническая энциклопедия
тепловое движение — šiluminis judėjimas statusas T sritis chemija apibrėžtis Netvarkingas kūno mikrodalelių judėjimas. atitikmenys: angl. heat motion; thermal motion rus. тепловое движение … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas
тепловое движение — šiluminis judėjimas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. heat motion; thermal motion vok. thermische Bewegung, f; Wärmebewegung, f rus. тепловое движение, n pranc. agitation thermique, f; mouvement thermique, m … Fizikos terminų žodynas
тепловое движение — šiluminis judėjimas statusas T sritis Energetika apibrėžtis Betvarkis (slenkamasis, sukamasis ir t.t.) mikrodalelių judėjimas. Šiluminis judėjimas iš esmės skiriasi nuo paprasto mechaninio judėjimo, kai visos kūno dalys juda tam tikra tvarka.… … Aiškinamasis šiluminės ir branduolinės technikos terminų žodynas
тепловое движение — [heat motion] хаотическое движение атомов, молекул и других частиц вещества, интенсивность которого определяется температурой тела. Смотри также: Движение турбулентное движение неконсервативное движение дисло … Энциклопедический словарь по металлургии
Тепловое движение — беспорядочное (хаотическое) движение микрочастиц (молекул, атомов, электронов и др.), из которых состоят все тела. Т. д. это особая форма движения (См. Движение) материи, качественно отличная от обычного механического движения, при… … Большая советская энциклопедия
ТЕПЛОВОЕ ДВИЖЕНИЕ — хаотическое движение (поступат., вращат. и т. д.) микрочастиц, из к рых состоят все тела. Т. д. качественно отличается от обычного механич. движения, при к ром все пасти тела движутся упорядоченно. Кинетич. энергия Т. д., прямо пропорциональная… … Большой энциклопедический политехнический словарь
Движение — все явления природы состоят в движении вещества или же объясняются движением. Движущееся тело может быть неизменяемого вида или же изменяемого, деформирующееся; во всяком случае приходится говорить о движении всех или некоторых точек тела:… … Энциклопедический словарь Ф.А. Брокгауза и И.А. Ефрона
Физика что такое тепловое движение
Любое вещество состоит из мельчайших частиц — молекул. Молекула — это наименьшая частица данного вещества, сохраняющая все его химические свойства. Молекулы расположены в пространстве дискретно, т. е. на некоторых расстояниях друг от друга, и находятся в состоянии непрерывного беспорядочного (хаотичного) движения.
Поскольку тела состоят из большого числа молекул и движение молекул беспорядочно, то нельзя точно сказать, сколько ударов будет испытывать та или иная молекула со стороны других. Поэтому говорят, что положение молекулы, её скорость в каждый момент времени случайны. Однако это не означает, что движение молекул не подчиняется определённым законам. В частности, хотя скорости молекул в некоторый момент времени различны, у большинства из них значения скорости близки к некоторому определённому значению. Обычно, говоря о скорости движения молекул, имеют в виду среднюю скорость (v$cp ).
Нельзя выделить какое-то определённое направление, в котором движутся все молекулы. Движение молекул никогда не прекращается. Можно сказать, что оно непрерывно. Такое непрерывное хаотическое движение атомов и молекул называют — тепловое движение. Такое название определяется тем, что скорость движения молекул зависит от температуры тела. Чем больше средняя скорость движения молекул тела, тем выше его температура. И наоборот, чем выше температура тела, тем больше средняя скорость движения молекул.
Броуновское движение
Движение молекул жидкости было обнаружено при наблюдении броуновского движения — движения взвешенных в ней очень мелких частиц твердого вещества. Каждая частица беспрерывно совершает скачкообразные перемещения в произвольных направлениях, описывая траектории в виде ломаной линии. Такое поведение частиц можно объяснить, считая, что они испытывают удары молекул жидкости одновременно с разных сторон. Различие в числе этих ударов с противоположных направлений приводит к движению частицы, поскольку ее масса соизмерима с массами самих молекул. Движение таких частиц впервые обнаружил в 1827 г. английский ботаник Броун, наблюдая под микроскопом частицы цветочной пыльцы в воде, почему оно и было названо — броуновское движение.
Конспект урока «Тепловое движение. Броуновское движение».
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:
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.
Физика что такое тепловое движение
Тепловые явления – это явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, а также с изменением их агрегатного состояния.
Все тепловые явления связаны с температурой.
Все тела характеризуются состоянием своего теплового равновесия. Главной характеристикой теплового равновесия является температура.
Температура – это мера «нагретости» тела.
Поскольку температура является физической величиной, то её можно и нужно измерить. Для измерения температуры используется прибор, который называется термометр (от греч. термо – тепло, метрео – измеряю).
Первый термометр (а, точнее, его аналог) изобрёл Галилео Галилей. Изобретение Галилея, которое он представил своим студентам на лекциях в университете в конце XVI века (1597 г.), было названо термоскопом.
Любой термометр основан на следующем принципе: изменение физических свойств веществ в зависимости от температуры.
Опыт Галилея
Рис. 1. Опыт Галилея
Опыт Галилея (см. Рис. 1) состоял в следующем: он взял колбу с длинной ножкой и наполнил её водой. Затем взял стакан с водой и перевернул колбу ножкой вниз, поставив в стакан. Часть воды, естественно, вылилась, однако, в результате, в ножке остался определённый уровень воды. Если теперь нагревать колбу (в которой находится воздух), то уровень воды будет опускаться, а если охлаждать, то, наоборот, повышаться. Это связано с тем, что при нагревании вещества (в частности, воздух) имеют свойство расширяться, а при охлаждении – наоборот, сужаться (именно поэтому рельсы делают несплошными, а провода между столбами иногда немного провисают).
Эта идея и легла в основу первого термоскопа, который позволял оценивать изменение температуры (точно измерить температуру таким термоскопом нельзя, так как его показания будут сильно зависеть от атмосферного давления).
В это же время была введена так называемая градусная шкала. Само слово «градус» в переводе с латинского означает «ступень».
На сегодняшний день сохранились три основные шкалы.
1. Шкала Цельсия
Наибольшее распространение получение шкала, которая с детства известна каждому – шкала Цельсия.
Андерс Цельсий – шведский астроном, который предложил следующую шкалу температур: 0 о С – температура кипения воды; 100 о С – температура замерзания воды. В настоящее время все мы привыкли к перевёрнутой шкале Цельсия.
Примечание: сам Цельсий говорил, что такой выбор шкалы вызван простым фактом: зато зимой не будет отрицательной температуры.
2. Шкала Фаренгейта
В Англии, США, Франции, Латинской Америке и некоторых других странах популярностью пользуется шкала Фаренгейта.
Габриель Фаренгейт – немецкий исследователь – инженер, который впервые применил свою собственную шкалу для изготовления стекла. Шкала Фаренгейта более тонкая: по размерности градус шкалы Фаренгейта меньше градуса шкалы по Цельсию.
3. Шкала Реомюра
Техническая шкала придумана французским исследователем Р. А. Реомюром. По этой шкале 0 соответствует температуре замерзания воды, а вот в качестве температуры кипения воды Реомюром была выбрана температура в 80 градусов.
Кем и
когда
введена.
А. Цельсия
шведский
астроном, физик
1742 г.
Фаренгейт
стеклодув из Голландии
1724 г.
Реомюр французский физик
1726 г.
Томсон
(лорд Кельвин)
английский физик
1848 г.
Наличие положительных и отрицательных температур
0 о C
– температура таяния льда,
100 о C
– температура кипения воды.
32F
– температура таяния льда,
212F
– температура кипения воды.
0R
– температура таяния
льда,
80R
– температура кипения воды.
0K – абсолютный нуль,
273К
– температура таяния льда
Т = t + 273
Самая высокая температура.
Она получена в центре взрыва термоядерной бомбы – около 300. 400 млн °C. Максимальная температура, достигнутая в ходе управляемой термоядерной реакции на испытательной термоядерной установке ТОКАМАК в Принстонской лаборатории физики плазмы, США, в июне 1986г., составляет 200 млн °C.
Самая низкая температура.
Напомним, что при изменении температуры тела изменяются его линейные размеры (при нагревании – расширяются, при охлаждении – сужаются). Это связано с поведением молекул. При нагревании увеличивается скорость движения частиц, соответственно, они начинают чаще взаимодействовать, и объём увеличивается.
Из этого можно сделать вывод, что температура связана с движением частиц, из которых состоят тела (это относится и к твёрдым, и к жидким, и к газообразным телам).
Движение частиц в газах является беспорядочным (так как молекулы и атомы в газах практически не взаимодействуют).
Движение частиц в жидкостях является «скачкообразным», то есть: молекулы ведут «осёдлый образ жизни», но способны «перепрыгивать» с одного места на другое. Этим определяется текучесть жидкостей.
Движение частиц в твёрдых телах называется колебательным.
Таким образом, все частицы находятся в непрерывном движении. Это движение частиц называется тепловым движением (беспорядочное, хаотическое движение).
Это движение никогда не останавливается (до тех пор, пока у тела есть температура).
Подтвердил наличие теплового движения в 1827 году английский ботаник Роберт Броун, по имени которого данное движение называют броуновским движением.
Рассмотрим в заключении ещё один опыт – опыт французского учёного Гильома Амонтона, который в 1702 году изобрёл так называемый газовый термометр. С небольшими изменениями этот термометр дошёл и до наших дней.
Опыт Амонтона
Рис. 2. Опыт Амонтона
Возьмём колбу с водой и заткнём её пробкой с тонкой трубкой (см. Рис. 2). Если теперь нагревать воду, то за счёт расширения воды, её уровень в трубке будет повышаться. По уровню поднятия воды в трубке можно сделать вывод об изменении температуры. Преимущество термометра Амонтона состоит в том, что он не зависит от атмосферного давления.
На этом уроке мы рассмотрели такую важную физическую величину, как температура. Изучили способы её измерения, характеристики и свойства. На дальнейших уроках мы изучим такое понятие, как внутренняя энергия.