Eventos do mundo físico estão inextricavelmente ligados às mudanças de temperatura. Toda pessoa se familiariza com isso na primeira infância, quando percebe que o gelo está frio e a água fervente queima. Ao mesmo tempo, vem o entendimento de que os processos de mudança de temperatura não ocorrem instantaneamente. Mais tarde, na escola, o aluno aprende que isso está ligado ao movimento térmico. E toda uma seção de física é dedicada aos processos relacionados à temperatura.
O que é temperatura?
Este é um conceito científico introduzido para substituir termos cotidianos. Na vida cotidiana, palavras como quente, frio ou morno aparecem constantemente. Todos eles falam sobre o grau de aquecimento do corpo. É assim que é definido na física, apenas com a adição de que é uma quantidade escalar. Afinal, a temperatura não tem direção, mas apenas um valor numérico.
No Sistema Internacional de Unidades (SI), a temperatura é medida em graus Celsius (ºС). Mas em muitas fórmulas que descrevem fenômenos térmicos, é necessário convertê-lo para Kelvin (K). PorExiste uma fórmula simples para isso: T \u003d t + 273. Nele, T é a temperatura em Kelvin e t em Celsius. O conceito de temperatura zero absoluto está associado à escala Kelvin.
Existem várias outras escalas de temperatura. Na Europa e na América, por exemplo, Fahrenheit (F) é usado. Portanto, eles devem ser capazes de escrever em Celsius. Para fazer isso, subtraia 32 das leituras em F e divida por 1, 8.
Experiência caseira
Em sua explicação, você precisa conhecer conceitos como temperatura, movimento térmico. E é fácil completar essa experiência.
Vai levar três contêineres. Eles devem ser grandes o suficiente para que as mãos possam caber facilmente neles. Encha-os com água de diferentes temperaturas. No primeiro, deve estar muito frio. No segundo - aquecido. Despeje água quente no terceiro, no qual será possível segurar a mão.
Agora a experiência em si. Mergulhe a mão esquerda em um recipiente de água fria, direita - com o mais quente. Aguarde alguns minutos. Retire-os e mergulhe-os imediatamente em um recipiente com água morna.
O resultado será inesperado. A mão esquerda sentirá que a água está quente, enquanto a mão direita sentirá a água fria. Isso se deve ao fato de que o equilíbrio térmico é estabelecido primeiro com os líquidos nos quais as mãos estão inicialmente imersas. E então esse equilíbrio é fortemente perturbado.
Principais princípios da teoria cinética molecular
Descreve todos os fenômenos térmicos. E essas declarações são bastante simples. Portanto, em uma conversa sobre movimento térmico, essas disposições devem ser conhecidasobrigatório.
Primeiro: as substâncias são formadas pelas menores partículas localizadas a alguma distância umas das outras. Além disso, essas partículas podem ser tanto moléculas quanto átomos. E a distância entre eles é muitas vezes maior que o tamanho das partículas.
Segunda: em todas as substâncias há um movimento térmico das moléculas, que nunca para. As partículas se movem aleatoriamente (caoticamente).
Terceira: as partículas interagem umas com as outras. Esta ação é devido às forças de atração e repulsão. Seu valor depende da distância entre as partículas.
Confirmação da primeira disposição do ICB
A prova de que os corpos são compostos de partículas com espaços entre eles é a sua expansão térmica. Assim, quando o corpo é aquecido, seu tamanho aumenta. Isso acontece devido à remoção de partículas umas das outras.
Outra confirmação do que foi dito é a difusão. Ou seja, a penetração de moléculas de uma substância entre as partículas de outra. Além disso, esse movimento é mútuo. A difusão prossegue mais rápido, quanto mais distantes as moléculas estão localizadas. Portanto, em gases, a penetração mútua ocorrerá muito mais rapidamente do que em líquidos. E em sólidos, a difusão leva anos.
A propósito, o último processo também explica o movimento térmico. Afinal, a penetração mútua de substâncias umas nas outras ocorre sem qualquer interferência externa. Mas pode ser acelerado aquecendo o corpo.
Confirmação da segunda posição do MKT
Prova brilhante de que existeo movimento térmico é o movimento browniano das partículas. É considerado para partículas suspensas, ou seja, para aquelas que são significativamente maiores que as moléculas de uma substância. Essas partículas podem ser partículas de poeira ou grãos. E eles devem ser colocados em água ou gás.
A razão para o movimento aleatório de uma partícula suspensa é que as moléculas agem sobre ela de todos os lados. Sua ação é irregular. A magnitude dos impactos em cada momento é diferente. Portanto, a força resultante é direcionada em uma direção ou na outra.
Se falarmos sobre a velocidade do movimento térmico das moléculas, então existe um nome especial para isso - raiz quadrada média. Pode ser calculado usando a fórmula:
v=√[(3kT)/m0].
Nela, T é a temperatura em Kelvin, m0 é a massa de uma molécula, k é a constante de Boltzmann (k=1, 3810 -23 J/K).
Confirmação da terceira disposição do ICB
As partículas atraem e repelem. Ao explicar muitos processos associados ao movimento térmico, esse conhecimento se mostra importante.
Afinal, as forças de interação dependem do estado agregado da matéria. Portanto, os gases praticamente não os possuem, pois as partículas são removidas até o ponto em que seu efeito não se manifesta. Em líquidos e sólidos, são perceptíveis e garantem a conservação do volume da substância. Neste último, garantem também a manutenção da forma.
Evidência da existência de forças de atração e repulsão é o aparecimento de forças elásticas durante a deformação dos corpos. Assim, com o alongamento, as forças de atração entre as moléculas aumentam, e comcompressão - repulsão. Mas em ambos os casos, eles devolvem o corpo à sua forma original.
Energia média do movimento térmico
Pode ser escrito a partir da equação básica do MKT:
(pV)/N=(2E)/3.
Nesta fórmula, p é a pressão, V é o volume, N é o número de moléculas, E é a energia cinética média.
Por outro lado, esta equação pode ser escrita da seguinte forma:
(pV)/N=kT.
Se você combiná-los, obtém a seguinte igualdade:
(2E)/3=kT.
Daqui segue a seguinte fórmula para a energia cinética média das moléculas:
E=(3kT)/2.
A partir daqui fica claro que a energia é proporcional à temperatura da substância. Ou seja, quando esta aumenta, as partículas se movem mais rapidamente. Esta é a essência do movimento térmico, que existe enquanto houver uma temperatura diferente do zero absoluto.
