In der Welt um uns herum gibt es verschiedene Arten von physikalischen Phänomenen, die in direktem Zusammenhang stehen Veränderung der Körpertemperatur. Seit unserer Kindheit wissen wir, dass kaltes Wasser beim Erhitzen zunächst kaum warm und erst nach einer gewissen Zeit heiß wird.
Mit Wörtern wie „kalt“, „heiß“, „warm“ definieren wir unterschiedliche Grade der „Erwärmung“ von Körpern oder, in der Sprache der Physik gesprochen, unterschiedliche Temperaturen von Körpern. Die Temperatur von warmem Wasser ist etwas höher als die Temperatur von kaltem Wasser. Wenn wir die Temperatur von Sommer- und Winterluft vergleichen, ist der Temperaturunterschied offensichtlich.
Die Körpertemperatur wird mit einem Thermometer gemessen und in Grad Celsius (°C) angegeben.
Bekanntlich ist die Diffusion bei höherer Temperatur schneller. Daraus folgt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen und die Temperatur eng miteinander verbunden sind. Wenn Sie die Temperatur erhöhen, nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle zu, wenn Sie sie verringern, nimmt sie ab.
Somit schließen wir: Die Körpertemperatur steht in direktem Zusammenhang mit der Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen.
Heißes Wasser besteht aus genau den gleichen Molekülen wie kaltes Wasser. Der Unterschied zwischen ihnen besteht nur in der Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle.
Phänomene, die mit der Erwärmung oder Abkühlung von Körpern, einer Temperaturänderung, zusammenhängen, werden als thermisch bezeichnet. Dazu gehören Heizen oder Kühlen von Luft, Schmelzen von Metall, Schmelzen von Schnee.
Moleküle oder Atome, die die Grundlage aller Körper bilden, befinden sich in endloser chaotischer Bewegung. Die Anzahl solcher Moleküle und Atome in den uns umgebenden Körpern ist enorm. Ein Volumen von 1 cm³ Wasser enthält ungefähr 3,34 x 10²² Moleküle. Jedes Molekül hat eine sehr komplexe Bewegungsbahn. Beispielsweise können Gaspartikel, die sich mit hoher Geschwindigkeit in verschiedene Richtungen bewegen, sowohl miteinander als auch mit den Wänden des Behälters kollidieren. Dadurch ändern sie ihre Geschwindigkeit und bewegen sich wieder weiter.
Abbildung 1 zeigt die zufällige Bewegung von in Wasser gelösten Farbpartikeln.
Daher ziehen wir noch eine Schlussfolgerung: Die chaotische Bewegung der Teilchen, aus denen Körper bestehen, wird als thermische Bewegung bezeichnet.
Zufälligkeit ist das wichtigste Merkmal der thermischen Bewegung. Einer der wichtigsten Beweise für die Bewegung von Molekülen ist Diffusion und Brownsche Molekularbewegung.(Die Brownsche Bewegung ist die Bewegung der kleinsten festen Teilchen in einer Flüssigkeit unter dem Einfluss molekularer Stöße. Wie die Beobachtung zeigt, kann die Brownsche Bewegung nicht aufhören).
In Flüssigkeiten können Moleküle oszillieren, rotieren und sich relativ zu anderen Molekülen bewegen. Wenn wir Festkörper nehmen, dann schwingen in ihnen die Moleküle und Atome um einige durchschnittliche Positionen.
Absolut alle Moleküle des Körpers nehmen an der thermischen Bewegung von Molekülen und Atomen teil, weshalb sich mit einer Änderung der thermischen Bewegung auch der Zustand des Körpers selbst, seine verschiedenen Eigenschaften, ändert. Wenn Sie also die Temperatur des Eises erhöhen, beginnt es zu schmelzen, während es eine völlig andere Form annimmt - das Eis wird flüssig. Wenn im Gegensatz dazu die Temperatur gesenkt wird, beispielsweise Quecksilber, ändert es seine Eigenschaften und verwandelt sich von einer Flüssigkeit in einen Feststoff.
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Die Körpertemperatur hängt direkt von der durchschnittlichen kinetischen Energie der Moleküle ab. Wir ziehen eine offensichtliche Schlussfolgerung: Je höher die Temperatur des Körpers ist, desto größer ist die durchschnittliche kinetische Energie seiner Moleküle. Umgekehrt nimmt mit abnehmender Körpertemperatur die durchschnittliche kinetische Energie seiner Moleküle ab.
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Um das Thema "Thermische Bewegung" zu studieren, müssen wir wiederholen:
In der Welt um uns herum treten verschiedene Arten von physikalischen Phänomenen auf, die in direktem Zusammenhang mit Änderungen der Körpertemperatur stehen.
Seit unserer Kindheit erinnern wir uns, dass das Wasser im See zuerst kalt, dann kaum warm ist und erst nach einer Weile zum Schwimmen geeignet ist.
Mit Wörtern wie „kalt“, „heiß“, „leicht warm“ definieren wir unterschiedliche Grade der „Erwärmung“ von Körpern oder, in der Sprache der Physik, unterschiedliche Temperaturen von Körpern.
Vergleicht man die Temperatur im See im Sommer und im Spätherbst, ist der Unterschied offensichtlich. Die Temperatur von warmem Wasser ist etwas höher als die Temperatur von Eiswasser.
Bekanntlich ist die Diffusion bei höherer Temperatur schneller. Daraus folgt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen und die Temperatur eng miteinander verbunden sind.
Experiment: Nimm drei Gläser und fülle sie mit kaltem, warmem und heißem Wasser und stecke nun in jedes Glas einen Teebeutel und beobachte, wie sich die Farbe des Wassers verändert? Wo findet dieser Wandel am intensivsten statt?
Wenn Sie die Temperatur erhöhen, nimmt die Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle zu, wenn Sie sie verringern, nimmt sie ab. Somit schließen wir: Die Körpertemperatur steht in direktem Zusammenhang mit der Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen.
Heißes Wasser besteht aus genau den gleichen Molekülen wie kaltes Wasser. Der Unterschied zwischen ihnen besteht nur in der Bewegungsgeschwindigkeit der Moleküle.
Phänomene, die mit der Erwärmung oder Abkühlung von Körpern, einer Temperaturänderung, zusammenhängen, werden als thermisch bezeichnet. Dazu gehören das Erhitzen oder Kühlen nicht nur flüssiger Körper, sondern auch gasförmiger und fester Luft.
Andere Beispiele für thermische Phänomene: Metallschmelzen, Schneeschmelzen.
Moleküle oder Atome, die die Grundlage aller Körper bilden, befinden sich in endloser chaotischer Bewegung. Die Bewegung von Molekülen in verschiedenen Körpern erfolgt auf unterschiedliche Weise. Gasmoleküle bewegen sich zufällig mit hoher Geschwindigkeit entlang einer sehr komplexen Flugbahn.Wenn sie kollidieren, prallen sie aneinander ab und ändern die Größe und Richtung der Geschwindigkeiten.
Flüssigkeitsmoleküle oszillieren um Gleichgewichtslagen (weil sie fast nahe beieinander liegen) und springen relativ selten von einer Gleichgewichtslage in eine andere. Die Bewegung von Molekülen in Flüssigkeiten ist weniger frei als in Gasen, aber freier als in Festkörpern.
In Festkörpern schwingen Moleküle und Atome um bestimmte mittlere Positionen.
Mit steigender Temperatur nimmt die Geschwindigkeit der Teilchen zu, Deshalb Die chaotische Bewegung von Teilchen wird normalerweise als thermisch bezeichnet.
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und die Temperatur der Balken kann bis zu 40 Grad Celsius erreichen.
Und wie Sie wissen, können sich Stoffe unter dem Einfluss hoher Temperaturen ausdehnen.
Zufälligkeit ist das wichtigste Merkmal der thermischen Bewegung. Einer der wichtigsten Beweise für die Bewegung von Molekülen ist die Diffusion und die Brownsche Molekularbewegung. (Die Brownsche Bewegung ist die Bewegung der kleinsten festen Teilchen in einer Flüssigkeit unter dem Einfluss molekularer Stöße. Wie die Beobachtung zeigt, kann die Brownsche Bewegung nicht aufhören). Die Brownsche Bewegung wurde vom englischen Botaniker Robert Brown (1773-1858) entdeckt.
Absolut alle Moleküle des Körpers nehmen an der thermischen Bewegung von Molekülen und Atomen teil, weshalb sich mit einer Änderung der thermischen Bewegung auch der Zustand des Körpers selbst, seine verschiedenen Eigenschaften, ändert.
Überlegen Sie, wie sich die Eigenschaften von Wasser mit der Temperatur ändern.
Die Körpertemperatur hängt direkt von der durchschnittlichen kinetischen Energie der Moleküle ab. Wir ziehen eine offensichtliche Schlussfolgerung: Je höher die Temperatur des Körpers ist, desto größer ist die durchschnittliche kinetische Energie seiner Moleküle. Umgekehrt nimmt mit abnehmender Körpertemperatur die durchschnittliche kinetische Energie seiner Moleküle ab.
Temperatur - ein Wert, der den thermischen Zustand des Körpers charakterisiert oder sonst ein Maß für die "Erwärmung" des Körpers ist.
Je höher die Temperatur eines Körpers ist, desto mehr Energie haben seine Atome und Moleküle im Durchschnitt.
Temperatur wird gemessen Thermometer, d.h. Temperaturmessgeräte
Die Temperatur wird nicht direkt gemessen! Der Messwert ist temperaturabhängig!
Derzeit gibt es Flüssigkeits- und elektrische Thermometer.
Bei modernen Flüssigkeitsthermometern ist dies das Volumen von Alkohol oder Quecksilber. Das Thermometer misst seine eigene Temperatur! Und wenn wir die Temperatur eines anderen Körpers mit einem Thermometer messen wollen, müssen wir einige Zeit warten, bis die Temperaturen des Körpers und des Thermometers gleich sind, d.h. Zwischen dem Thermometer und dem Körper stellt sich ein thermisches Gleichgewicht ein. Ein Heimthermometer "Thermometer" braucht Zeit, um einen genauen Wert für die Temperatur des Patienten zu liefern.
Dies ist das Gesetz des thermischen Gleichgewichts:
für jede Gruppe isolierter Körper werden die Temperaturen nach einiger Zeit gleich,
jene. es tritt ein thermischer Gleichgewichtszustand auf.
Die Körpertemperatur wird mit einem Thermometer gemessen und am häufigsten in Form von ausgedrückt Grad Celsius(°C). Es gibt auch andere Maßeinheiten: Fahrenheit, Kelvin und Réaumur.
Die meisten Physiker messen die Temperatur auf der Kelvin-Skala. 0 Grad Celsius = 273 Grad Kelvin
1. 1827 bemerkte der englische Botaniker R. Brown bei der Untersuchung von in Wasser suspendierten Pollenpartikeln mit einem Mikroskop, dass sich diese Partikel zufällig bewegen; sie scheinen im Wasser zu zittern.
Der Grund für die Bewegung der Pollenpartikel konnte lange Zeit nicht erklärt werden. Brown selbst schlug am Anfang vor, dass sie umziehen, weil sie am Leben sind. Sie versuchten, die Bewegung von Partikeln durch ungleiche Erwärmung verschiedener Teile des Gefäßes, stattfindende chemische Reaktionen usw. zu erklären. Erst viel später verstanden sie die wahre Ursache der Bewegung von im Wasser schwebenden Partikeln. Dieser Grund ist die Bewegung von Molekülen.
Die Wassermoleküle, in denen sich das Pollenteilchen befindet, bewegen sich und treffen es. In diesem Fall trifft eine ungleiche Anzahl von Molekülen von verschiedenen Seiten auf das Teilchen, was zu dessen Bewegung führt.
Zum Zeitpunkt \ (t_1 \) bewege sich das Teilchen unter dem Einfluss von Wassermolekülen von Punkt A nach Punkt B. Zum nächsten Zeitpunkt trifft eine größere Anzahl von Molekülen von dem anderen auf das Teilchen Seite, und die Richtung seiner Bewegung ändert, bewegt es sich von t. In t. C. Somit ist die Bewegung eines Pollenpartikels eine Folge der Bewegung und des Aufpralls von Wassermolekülen darauf, in denen sich der Pollen befindet ( Abb. 65). Ein ähnliches Phänomen kann beobachtet werden, wenn Farb- oder Rußpartikel in Wasser gegeben werden.
Abbildung 65 zeigt die Flugbahn eines Pollenteilchens. Es ist ersichtlich, dass es unmöglich ist, von einer bestimmten Richtung seiner Bewegung zu sprechen; es ändert sich ständig.
Da die Bewegung eines Teilchens eine Folge der Bewegung von Molekülen ist, können wir darauf schließen Moleküle bewegen sich zufällig (chaotisch). Mit anderen Worten, es ist unmöglich, eine bestimmte Richtung herauszugreifen, in die sich alle Moleküle bewegen.
Die Bewegung von Molekülen hört nie auf. Es kann gesagt werden, dass es ständig. Die kontinuierliche zufällige Bewegung von Atomen und Molekülen wird genannt thermische Bewegung. Dieser Name wird durch die Tatsache bestimmt, dass die Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen von der Körpertemperatur abhängt.
Da Körper aus einer großen Anzahl von Molekülen bestehen und die Bewegung von Molekülen zufällig ist, ist es unmöglich, genau zu sagen, wie viele Stöße dieses oder jenes Molekül von anderen erfahren wird. Daher sagen sie, dass die Position des Moleküls seine Geschwindigkeit zu jedem Zeitpunkt ist zufällig. Dies bedeutet jedoch nicht, dass die Bewegung von Molekülen nicht bestimmten Gesetzen gehorcht. Obwohl die Geschwindigkeiten der Moleküle zu einem bestimmten Zeitpunkt unterschiedlich sind, haben die meisten von ihnen Geschwindigkeiten, die nahe an einem bestimmten Wert liegen. Wenn sie über die Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen sprechen, meinen sie normalerweise Durchschnittsgeschwindigkeit\((v_(cp)) \) .
2. Vom Standpunkt der Bewegung von Molekülen aus kann man ein solches Phänomen als Diffusion erklären.
Diffusion ist das Phänomen des Eindringens von Molekülen einer Substanz in die Lücken zwischen den Molekülen einer anderen Substanz.
Wir riechen Parfüm in einiger Entfernung von der Flasche. Dies liegt daran, dass sich die Moleküle der Spirituosen wie die Moleküle der Luft bewegen. Es gibt Lücken zwischen Molekülen. Parfümmoleküle dringen in die Lücken zwischen Luftmolekülen ein und Luftmoleküle in die Lücken zwischen Parfümmolekülen.
Die Diffusion von Flüssigkeiten kann beobachtet werden, wenn eine Kupfersulfatlösung in ein Becherglas gegossen wird und Wasser darüber gegossen wird, so dass zwischen diesen Flüssigkeiten eine scharfe Grenze entsteht. Nach zwei oder drei Tagen werden Sie feststellen, dass die Grenze nicht mehr so scharf ist; in einer Woche ist es komplett ausgewaschen. Nach einem Monat wird die Flüssigkeit homogen und im gesamten Gefäß gleichfarbig (Abb. 66).
In diesem Experiment dringen die Kupfersulfatmoleküle in die Lücken zwischen den Wassermolekülen und die Wassermoleküle in die Lücken zwischen den Kupfersulfatmolekülen ein. Es ist zu beachten, dass die Dichte von Kupfersulfat größer ist als die Dichte von Wasser.
Experimente zeigen, dass die Diffusion in Gasen schneller abläuft als in Flüssigkeiten. Dies liegt daran, dass Gase eine geringere Dichte als Flüssigkeiten haben, d.h. Gasmoleküle befinden sich in großen Abständen voneinander. In Festkörpern läuft die Diffusion noch langsamer ab, da die Moleküle von Festkörpern noch näher beieinander liegen als die Moleküle von Flüssigkeiten.
In der Natur, in der Technik, im Alltag findet man viele Phänomene, in denen sich Diffusion manifestiert: Färben, Kleben usw. Diffusion ist im menschlichen Leben von großer Bedeutung. Insbesondere durch Diffusion gelangt Sauerstoff nicht nur über die Lunge, sondern auch über die Haut in den menschlichen Körper. Aus dem gleichen Grund gelangen Nährstoffe aus dem Darm ins Blut.
Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt nicht nur vom Aggregatzustand des Stoffes, sondern auch von der Temperatur ab.
Wenn Sie zwei Gefäße mit Wasser und blauem Vitriol für ein Diffusionsexperiment vorbereiten und eines davon in den Kühlschrank stellen und das andere im Zimmer lassen, werden Sie das finden bei einer höheren Temperatur erfolgt die Diffusion schneller. Denn mit steigender Temperatur bewegen sich die Moleküle schneller. Also die Geschwindigkeit der Moleküle
und Körpertemperatur zusammenhängen.
Je größer die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit der Körpermoleküle ist, desto höher ist ihre Temperatur.
3. Die Molekularphysik untersucht im Gegensatz zur Mechanik Systeme (Körper), die aus einer großen Anzahl von Teilchen bestehen. Diese Körper können unterschiedlich sein Zustände.
Die den Zustand des Systems (Körper) charakterisierenden Größen werden genannt Zustandsparameter. Die Zustandsparameter umfassen Druck, Volumen, Temperatur.
Es ist ein solcher Zustand des Systems möglich, in dem die es charakterisierenden Parameter ohne äußere Einflüsse beliebig lange unverändert bleiben. Dieser Zustand heißt thermisches Gleichgewicht.
Das Volumen, die Temperatur und der Druck einer Flüssigkeit in einem Behälter, der sich im thermischen Gleichgewicht mit der Raumluft befindet, ändern sich also nicht, wenn keine äußeren Gründe dafür vorliegen.
4. Der Zustand des thermischen Gleichgewichts des Systems charakterisiert einen solchen Parameter wie Temperatur. Seine Besonderheit besteht darin, dass der Temperaturwert in allen Teilen des Systems, das sich im thermischen Gleichgewicht befindet, gleich ist. Wenn Sie einen silbernen Löffel (oder einen Löffel aus einem anderen Metall) in ein Glas mit heißem Wasser tauchen, wird der Löffel heiß und das Wasser kühlt ab. Dies geschieht, bis das thermische Gleichgewicht erreicht ist, bei dem Löffel und Wasser die gleiche Temperatur haben. Jedenfalls, wenn wir zwei unterschiedlich erhitzte Körper nehmen und in Kontakt bringen, dann kühlt der heißere Körper ab und der kältere erwärmt sich. Nach einiger Zeit kommt das aus diesen beiden Körpern bestehende System in ein thermisches Gleichgewicht, und die Temperatur dieser Körper wird gleich.
Die Temperatur des Löffels und des Wassers wird also gleich, wenn sie in ein thermisches Gleichgewicht kommen.
Die Temperatur ist eine physikalische Größe, die den thermischen Zustand eines Körpers charakterisiert.
Die Temperatur von heißem Wasser ist also höher als die von kaltem; Im Winter ist die Lufttemperatur draußen niedriger als im Sommer.
Die Temperatureinheit ist Grad Celsius (°C). Temperatur wird gemessen Thermometer.
Die Vorrichtung eines Thermometers und dementsprechend das Verfahren zur Temperaturmessung beruht auf der Abhängigkeit der Eigenschaften von Körpern von der Temperatur, insbesondere der Eigenschaft eines Körpers, sich bei Erwärmung auszudehnen. In Thermometern können verschiedene Körper verwendet werden: sowohl flüssig (Alkohol, Quecksilber) als auch fest (Metalle) und gasförmig. Sie heißen thermometrische Körper. Ein thermometrischer Körper (Flüssigkeit oder Gas) wird in ein mit einer Skala ausgestattetes Rohr eingebracht und mit dem Körper in Kontakt gebracht, dessen Temperatur gemessen werden soll.
Beim Erstellen der Skala werden zwei Hauptpunkte (Referenz, Referenz) ausgewählt, denen bestimmte Temperaturwerte zugeordnet werden, und das Intervall zwischen ihnen wird in mehrere Teile unterteilt. Der Wert jedes Teils entspricht der Temperatureinheit auf dieser Skala.
5. Es gibt verschiedene Temperaturskalen. Eine der in der Praxis am häufigsten verwendeten Skalen ist die Celsius-Skala. Die Hauptpunkte dieser Skala sind die Schmelztemperatur von Eis und der Siedepunkt von Wasser bei normalem atmosphärischem Druck (760 mm Hg). Dem ersten Punkt wurde ein Wert von 0 °C und dem zweiten - 100 °C zugewiesen. Der Abstand zwischen diesen Punkten wurde in 100 gleiche Teile geteilt und erhielt die Celsius-Skala. Die Temperatureinheit auf dieser Skala ist 1°C. Neben der Celsius-Skala ist die sogenannte Temperaturskala weit verbreitet absolut(thermodynamische) Temperaturskala oder Kelvin-Skala. Als Null auf dieser Skala wird eine Temperatur von -273 °C (genauer -273,15 °C) angenommen. Diese Temperatur heißt Absoluter Nullpunkt Temperaturen und wird mit 0 K bezeichnet. Die Einheit der Temperatur ist ein Kelvin (1 K); es entspricht 1 Grad Celsius. Dementsprechend beträgt die Schmelztemperatur von Eis auf der absoluten Temperaturskala 273 K (273,15 K) und der Siedepunkt von Wasser 373 K (373,15 K).
Die Temperatur auf der absoluten Skala wird mit dem Buchstaben \ (T \) bezeichnet. Die Beziehung zwischen der absoluten Temperatur \((T) \) und der Celsius-Temperatur \(((t)^\circ) \) wird durch die Formel ausgedrückt:
\[ T=t^\circ+273 \]
Teil 1
1. Die Brownsche Bewegung von Farbpartikeln in Wasser ist eine Folge von
1) Anziehung zwischen Atomen und Molekülen
2) Abstoßung zwischen Atomen und Molekülen
3) chaotische und kontinuierliche Bewegung von Molekülen
4) Verdrängung von Wasserschichten aufgrund des Temperaturunterschieds zwischen den unteren und oberen Schichten
2. In welchen der folgenden Situationen sprechen wir von der Brownschen Bewegung?
1) zufällige Bewegung von Staubpartikeln in der Luft
2) die Ausbreitung von Gerüchen
3) Schwingungsbewegung von Teilchen in den Knoten des Kristallgitters
4) Translationsbewegung von Gasmolekülen
3. Was bedeuten die Worte: "Moleküle bewegen sich zufällig"?
A. Es gibt keine bevorzugte Bewegungsrichtung von Molekülen.
B. Die Bewegung von Molekülen gehorcht keinen Gesetzen.
Richtige Antwort
1) nur A
2) nur B
3) Sowohl A als auch B
4) weder A noch B
4. Die Position der molekularkinetischen Theorie der Struktur der Materie, dass Materieteilchen an einer kontinuierlichen chaotischen Bewegung teilnehmen, bezieht sich darauf
1) nur für Gase
2) nur Flüssigkeiten
3) nur für Gase und Flüssigkeiten
4) zu Gasen, Flüssigkeiten und Feststoffen
5. Welche(n) Standpunkt(e) der molekularkinetischen Theorie des Aufbaus der Materie bestätigt das Phänomen der Diffusion?
A. Moleküle befinden sich in ständiger chaotischer Bewegung
B. Es gibt Lücken zwischen Molekülen
Richtige Antwort
1) nur A
2) nur B
3) Sowohl A als auch B
4) weder A noch B
6. Bei gleicher Temperatur findet Diffusion in Flüssigkeiten statt
1) schneller als in Feststoffen
2) schneller als in Gasen
3) langsamer als in Feststoffen
4) mit der gleichen Geschwindigkeit wie in Gasen
7. Geben Sie ein Stoffpaar an, dessen Diffusionsgeschwindigkeit bei sonst gleichen Bedingungen am kleinsten ist
1) eine Lösung aus Kupfersulfat und Wasser
2) Ätherdampf und Luft
3) Eisen- und Aluminiumplatten
4) Wasser und Alkohol
8. Wasser kocht und verwandelt sich bei 100°C in Dampf. Die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Dampfmolekülen
1) ist gleich der durchschnittlichen Bewegungsgeschwindigkeit von Wassermolekülen
2) mehr als die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Wassermolekülen
3) weniger als die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Wassermolekülen
4) hängt vom atmosphärischen Druck ab
9. Thermische Bewegung von Molekülen
1) stoppt bei 0 °С
2) stoppt bei 100 °C
3) kontinuierlich
4) hat eine bestimmte Richtung
10. Wasser wird von Raumtemperatur auf 80°C erhitzt. Was passiert mit der Durchschnittsgeschwindigkeit von Wassermolekülen?
1) nimmt ab
2) steigt
3) ändert sich nicht
4) steigt zunächst an und bleibt ab einem bestimmten Temperaturwert unverändert
11. Ein Glas Wasser steht in einem warmen Zimmer auf dem Tisch, das andere im Kühlschrank. Die durchschnittliche Geschwindigkeit von Wassermolekülen in einem Glas in einem Kühlschrank
1) ist gleich der durchschnittlichen Bewegungsgeschwindigkeit von Wassermolekülen in einem auf einem Tisch stehenden Glas
2) mehr als die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Wassermolekülen in einem auf einem Tisch stehenden Glas
3) weniger als die durchschnittliche Bewegungsgeschwindigkeit von Wassermolekülen in einem auf einem Tisch stehenden Glas
4) gleich Null
12. Wählen Sie aus der folgenden Liste der Aussagen die zwei richtigen aus und tragen Sie ihre Nummern in die Tabelle ein
1) Die thermische Bewegung von Molekülen tritt nur bei einer Temperatur von mehr als 0 ° C auf
2) Diffusion in Feststoffen ist unmöglich
3) Anziehungs- und Abstoßungskräfte wirken gleichzeitig zwischen Molekülen
4) ein Molekül ist das kleinste Teilchen einer Substanz
5) Die Diffusionsgeschwindigkeit nimmt mit steigender Temperatur zu
13. Ein mit Parfüm getränktes Wattestäbchen wurde ins Physikbüro gebracht und ein Gefäß, in das eine Lösung aus Kupfersulfat (eine blaue Lösung) gegossen und vorsichtig mit Wasser übergossen wurde (Abb. 1). Es wurde festgestellt, dass sich der Parfümgeruch innerhalb weniger Minuten über das Volumen des gesamten Schranks ausbreitete, während die Grenze zwischen den beiden Flüssigkeiten im Gefäß erst nach zwei Wochen verschwand (Abb. 2).
Wählen Sie aus der vorgeschlagenen Liste zwei Aussagen aus, die den Ergebnissen der experimentellen Beobachtungen entsprechen. Listen Sie ihre Nummern auf.
1) Der Diffusionsprozess kann in Gasen und Flüssigkeiten beobachtet werden.
2) Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt von der Temperatur des Stoffes ab.
3) Die Diffusionsgeschwindigkeit ist abhängig vom Aggregatzustand des Stoffes.
4) Die Diffusionsgeschwindigkeit hängt von der Art der Flüssigkeiten ab.
5) In Feststoffen ist die Diffusionsgeschwindigkeit am geringsten.
Antworten
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Ziele.
- Lehrreich.
- Geben Sie den Begriff der Temperatur als Maß für die durchschnittliche kinetische Energie an; Betrachten Sie die Geschichte der Herstellung von Thermometern, vergleichen Sie verschiedene Temperaturskalen; die Fähigkeit zu bilden, das erworbene Wissen zur Lösung von Problemen und praktischen Aufgaben anzuwenden, den Horizont der Studierenden im Bereich der thermischen Phänomene zu erweitern.
- Lehrreich.
- Die Fähigkeit entwickeln, dem Gesprächspartner zuzuhören, den eigenen Standpunkt auszudrücken
- Entwicklung.
- Die Entwicklung der freiwilligen Aufmerksamkeit der Schüler, des Denkens (die Fähigkeit zu analysieren, zu vergleichen, Analogien zu bilden, Schlussfolgerungen zu ziehen), das kognitive Interesse (basierend auf einem physikalischen Experiment);
- Bildung von Weltbildkonzepten über die Erkennbarkeit der Welt.
WÄHREND DER KLASSEN
Hallo, nehmen Sie Platz.
Als wir Mechanik studierten, interessierten wir uns für die Bewegung von Körpern. Betrachten wir nun die Phänomene, die mit einer Änderung der Eigenschaften ruhender Körper verbunden sind. Wir werden das Erhitzen und Abkühlen von Luft, das Schmelzen von Eis, das Schmelzen von Metallen, das Sieden von Wasser usw. untersuchen. Solche Phänomene werden genannt thermische Phänomene.
Wir wissen, dass kaltes Wasser beim Erhitzen zuerst warm und dann heiß wird. Das aus der Flamme genommene Metallteil kühlt allmählich ab. Die Luft um die Warmwasserbereiter wird heiß usw.
Die Wörter „kalt“, „warm“, „heiß“ bezeichnen den thermischen Zustand von Körpern. Die den thermischen Zustand von Körpern charakterisierende Größe ist Temperatur.
Jeder weiß, dass die Temperatur von heißem Wasser höher ist als die Temperatur von kaltem Wasser. Im Winter ist die Lufttemperatur draußen niedriger als im Sommer.
Alle Moleküle jeder Substanz bewegen sich kontinuierlich und zufällig (chaotisch).
Die zufällige zufällige Bewegung von Molekülen wird als thermische Bewegung bezeichnet.
Was ist der Unterschied zwischen thermischer Bewegung und mechanischer Bewegung?
Es handelt sich um viele Teilchen mit unterschiedlichen Flugbahnen. Die Bewegung hört nie auf. (Beispiel: Brownsche Bewegung)
Demonstration des Brownschen Bewegungsmodells
Wovon hängt die thermische Bewegung ab?
- Experiment Nummer 1: Lassen Sie uns ein Stück Zucker in kaltes Wasser geben und das andere in heißes. Was löst sich schneller auf?
- Experiment Nummer 2: Lassen Sie uns 2 Zuckerstücke (eines größer als das andere) in kaltes Wasser geben. Was löst sich schneller auf?
Die Frage, was Temperatur ist, stellte sich als sehr schwierig heraus. Was ist der Unterschied zwischen Warmwasser und Kaltwasser? Auf diese Frage gab es lange Zeit keine eindeutige Antwort. Heute wissen wir, dass Wasser bei jeder Temperatur aus den gleichen Molekülen besteht. Was genau ändert sich dann im Wasser, wenn seine Temperatur steigt? Wir haben aus Erfahrung gesehen, dass sich Zucker in heißem Wasser viel schneller auflöst. Die Auflösung erfolgt durch Diffusion. Auf diese Weise, Die Diffusion bei höheren Temperaturen ist schneller als bei niedrigeren Temperaturen.
Aber die Ursache der Diffusion ist die Bewegung von Molekülen. Das bedeutet, dass es einen Zusammenhang zwischen der Bewegungsgeschwindigkeit von Molekülen und der Temperatur eines Körpers gibt: In einem Körper mit höherer Temperatur bewegen sich die Moleküle schneller.
Die Temperatur hängt aber nicht nur von der Durchschnittsgeschwindigkeit der Moleküle ab. So hat zum Beispiel Sauerstoff, dessen durchschnittliche Molekülgeschwindigkeit 440 m/s beträgt, eine Temperatur von 20 °C, und Stickstoff hat bei gleicher durchschnittlicher Molekülgeschwindigkeit eine Temperatur von 16 °C. Die niedrigere Temperatur von Stickstoff ist darauf zurückzuführen, dass Stickstoffmoleküle leichter sind als Sauerstoffmoleküle. Die Temperatur eines Stoffes wird also nicht nur durch die mittlere Geschwindigkeit seiner Moleküle bestimmt, sondern auch durch deren Masse. Dasselbe sehen wir in Experiment Nr. 2.
Wir kennen Größen, die sowohl von der Geschwindigkeit als auch von der Masse des Teilchens abhängen. Dies sind Impuls und kinetische Energie. Wissenschaftler haben festgestellt, dass es die kinetische Energie der Moleküle ist, die die Körpertemperatur bestimmt: Temperatur ist ein Maß für die durchschnittliche kinetische Energie der Teilchen eines Körpers; Je größer diese Energie ist, desto höher ist die Temperatur des Körpers.
Wenn also Körper erhitzt werden, steigt die durchschnittliche kinetische Energie der Moleküle und sie beginnen sich schneller zu bewegen; Beim Abkühlen nimmt die Energie der Moleküle ab und sie beginnen sich langsamer zu bewegen.
Die Temperatur ist eine Größe, die den thermischen Zustand des Körpers charakterisiert. Ein Maß für die "Wärme" eines Körpers. Je höher die Temperatur eines Körpers ist, desto mehr Energie haben seine Atome und Moleküle im Durchschnitt.
Kann man sich bei der Beurteilung der Körperwärme nur auf sein eigenes Empfinden verlassen?
- Erlebnis Nummer 1: Berühren Sie mit einer Hand einen Holzgegenstand und mit der anderen einen Metallgegenstand.
Empfindungen vergleichen
Obwohl beide Gegenstände die gleiche Temperatur haben, fühlt sich eine Hand kalt und die andere warm an
- Erlebnis Nummer 2: Nimm drei Gefäße mit heißem, warmem und kaltem Wasser. Tauchen Sie eine Hand in ein Gefäß mit kaltem Wasser und die andere in ein Gefäß mit heißem Wasser. Nach einer Weile werden beide Hände in ein Gefäß mit warmem Wasser abgesenkt.
Empfindungen vergleichen
Die Hand, die in heißem Wasser war, fühlt sich jetzt kalt an, und die Hand, die in kaltem Wasser war, fühlt sich jetzt warm an, obwohl beide Hände im selben Gefäß sind
Wir haben bewiesen, dass unsere Gefühle subjektiv sind. Instrumente werden benötigt, um sie zu bestätigen.
Instrumente zur Temperaturmessung werden genannt Thermometer. Die Funktionsweise eines solchen Thermometers basiert auf der Wärmeausdehnung eines Stoffes. Beim Erhitzen nimmt die Säule der im Thermometer verwendeten Substanz (z. B. Quecksilber oder Alkohol) zu und beim Abkühlen ab. Das erste Flüssigkeitsthermometer wurde 1631 vom französischen Physiker J. Rey erfunden.
Die Temperatur des Körpers ändert sich, bis er in ein thermisches Gleichgewicht mit der Umgebung gelangt.
Das Gesetz des thermischen Gleichgewichts: Für jede Gruppe isolierter Körper werden die Temperaturen nach einiger Zeit gleich, d.h. es tritt ein thermischer Gleichgewichtszustand auf.
Es sollte daran erinnert werden, dass jedes Thermometer immer seine eigene Temperatur anzeigt. Um die Umgebungstemperatur zu bestimmen, sollte das Thermometer in dieser Umgebung platziert werden und warten, bis sich die Temperatur des Geräts nicht mehr ändert und einen Wert annimmt, der der Umgebungstemperatur entspricht. Wenn sich die Temperatur des Mediums ändert, ändert sich auch die Temperatur des Thermometers.
Ein medizinisches Thermometer, das dazu bestimmt ist, die Körpertemperatur einer Person zu messen, funktioniert etwas anders. Es gehört zu den sog Maximum Thermometer, Festlegen der höchsten Temperatur, auf die sie erhitzt wurden. Nachdem Sie Ihre eigene Temperatur gemessen haben, stellen Sie möglicherweise fest, dass das Fieberthermometer in einer (im Vergleich zum menschlichen Körper) kälteren Umgebung weiterhin denselben Wert anzeigt. Um die Quecksilbersäule wieder in ihren ursprünglichen Zustand zu versetzen, muss dieses Thermometer geschüttelt werden.
Bei einem Laborthermometer zur Messung der Mediumstemperatur ist dies nicht erforderlich.
Im Alltag verwendete Thermometer ermöglichen es, die Temperatur einer Substanz in Grad Celsius (°C) anzugeben.
A. Celsius (1701-1744) - Schwedischer Wissenschaftler, der die Verwendung einer Celsius-Temperaturskala vorschlug. In der Celsius-Temperaturskala ist Null (ab Mitte des 18. Jahrhunderts) die Temperatur des schmelzenden Eises und 100 Grad der Siedepunkt von Wasser bei normalem Atmosphärendruck.
Wir werden die Botschaft über die Geschichte der Entwicklung von Thermometern hören (Präsentation von Sidorova E.)
Flüssigkeitsthermometer basieren auf dem Prinzip, das Flüssigkeitsvolumen, das in das Thermometer gegossen wird (normalerweise Alkohol oder Quecksilber), zu ändern, wenn sich die Umgebungstemperatur ändert. Nachteil: Verschiedene Flüssigkeiten dehnen sich unterschiedlich aus, daher unterscheiden sich die Messwerte der Thermometer: Quecksilber -50 0 С; Glyzerin -47,6 0 С
Wir haben versucht, zu Hause ein Flüssigkeitsthermometer herzustellen. Mal sehen, was daraus geworden ist. (Video von Brykina V. Anhang 1)
Wir haben gelernt, dass es verschiedene Temperaturskalen gibt. Neben der Celsius-Skala ist die Kelvin-Skala weit verbreitet. Das Konzept der absoluten Temperatur wurde von W. Thomson (Kelvin) eingeführt. Die absolute Temperaturskala wird als Kelvin-Skala oder thermodynamische Temperaturskala bezeichnet.
Die Einheit der absoluten Temperatur ist das Kelvin (K).
Absoluter Nullpunkt - die niedrigstmögliche Temperatur, bei der nichts kälter sein kann und es theoretisch unmöglich ist, einer Substanz thermische Energie zu entziehen, die Temperatur, bei der die thermische Bewegung von Molekülen aufhört
Der absolute Nullpunkt ist als 0 K definiert, was ungefähr 273,15 °C entspricht
Ein Kelvin entspricht einem Grad T=t+273
Fragen aus der Prüfung
Welche der folgenden Möglichkeiten, die Temperatur von heißem Wasser mit einem Thermometer zu messen, liefert ein korrekteres Ergebnis?
1) Das Thermometer wird ins Wasser getaucht und nachdem es nach einigen Minuten aus dem Wasser genommen wird, werden die Messwerte genommen.
2) Das Thermometer wird ins Wasser abgesenkt und gewartet, bis sich die Temperatur nicht mehr ändert. Messen Sie danach, ohne das Thermometer aus dem Wasser zu nehmen.
3) Das Thermometer wird ins Wasser getaucht und sofort gemessen, ohne es aus dem Wasser zu nehmen
4) Das Thermometer wird in das Wasser abgesenkt, dann schnell aus dem Wasser entfernt und die Ablesungen vorgenommen
Die Abbildung zeigt einen Teil der Skala eines Thermometers, das vor dem Fenster hängt. Die Lufttemperatur draußen ist
- 18 0 C
- 14 0 C
- 21 0 C
- 22 0 C
Lösen Sie die Probleme Nr. 915, 916 („Sammlung von Problemen in der Physik 7-9“ von V. I. Lukashik, E. V. Ivanova)
- Hausaufgaben: Absatz 28
- Nr. 128 D „Sammlung physikalischer Probleme 7-9“ V. I. Lukashik, E. V. Ivanova
Methodische Unterstützung
- „Physik 8“ S.V. Gromov, N. A. Heimat
- „Sammlung physikalischer Probleme 7-9“ V.I.Lukashik, E.V. Ivanova
- Zeichnungen, die gemeinfrei im Internet sind
Grundlagen der molekularkinetischen Theorie des Aufbaus der Materie
Die Grundlagen der molekularkinetischen Theorie wurden von M.V. Lomonosov, L. Boltzmann, J. Maxwell ua Diese Theorie basiert auf folgenden Bestimmungen:
1. Alle Substanzen bestehen aus kleinsten Teilchen - Molekülen. Moleküle in komplexen Substanzen bestehen aus noch kleineren Teilchen - Atomen. Verschiedene Kombinationen von Atomen erzeugen Arten von Molekülen. Ein Atom besteht aus einem positiv geladenen Kern, der von einer negativ geladenen Elektronenhülle umgeben ist. Die Masse von Molekülen und Atomen wird in atomaren Masseneinheiten (amu) gemessen. Der Durchmesser von Atomen und Molekülen liegt in der Größenordnung von 10 - 10 cm.Die Menge einer Substanz, die die Anzahl der Teilchen (Atome oder Moleküle) enthält, die der Anzahl der Atome in 0,012 kg Kohlenstoffisotop C entspricht, wird als C bezeichnet wir beten.
Moleküle kollidieren miteinander und ändern ihre Geschwindigkeit sowohl in Größe als auch in Richtung. In diesem Fall wird ihre gesamte kinetische Energie umverteilt. Ein aus Molekülen bestehender Körper wird als ein System sich bewegender und wechselwirkender Teilchen betrachtet. Ein solches System von Molekülen hat eine Energie, die aus der potentiellen Energie der Teilchenwechselwirkung und der kinetischen Energie der Teilchenbewegung besteht. Diese Energie heißt körpereigene Energie. Die Menge an innerer Energie, die während des Wärmeaustauschs zwischen Körpern übertragen wird, wird genannt die Wärmemenge (Joule, cal). Joule - SI. 1 cal = 4,18 J. Atome und Moleküle sind in ständiger Bewegung, das heißt Thermal. Die Haupteigenschaft der thermischen Bewegung ist ihre Kontinuität (Chaotik). Um die Intensität der thermischen Bewegung quantitativ zu charakterisieren, wird das Konzept der Körpertemperatur eingeführt. Je intensiver die thermische Bewegung von Molekülen im Körper ist, desto höher ist seine Temperatur. Wenn sich zwei Körper berühren, geht Energie von einem stärker erhitzten Körper zu einem weniger erhitzten über und wird schließlich aufgebaut Zustand des thermischen Gleichgewichts.
Aus der Sicht molekularkinetischer Konzepte Temperatur ist eine Größe, die die durchschnittliche kinetische Energie der Translationsbewegung von Molekülen oder Atomen charakterisiert. Die Maßeinheit für die Wärmetemperatur ist Grad.(Ein Hundertstel der Differenz zwischen Siede- und Gefrierpunkt von reinem Wasser bei atmosphärischem Druck). Die absolute Temperaturskala von Kelvin wurde in die Physik eingeführt. Ein Grad Celsius entspricht einem Grad Kelvin. Bei einer Temperatur von -273 C sollte die Translationsbewegung der Gasmoleküle (absoluter Nullpunkt) aufhören, d. h. das System (Körper) hat eine möglichst geringe Energie.
Die Hauptbestimmungen der molekularkinetischen Theorie des Aufbaus der Materie werden durch zahlreiche Experimente und Phänomene bestätigt (Diffusion, Brownsche Bewegung, Mischung von Flüssigkeiten, Kompressibilität verschiedener Substanzen, Auflösung von Feststoffen in Flüssigkeiten usw.). Moderne experimentelle Methoden - Röntgenbeugungsanalyse, Beobachtungen mit einem Elektronenmikroskop und andere - haben unser Verständnis der Struktur der Materie bereichert. In einem Gas gibt es relativ große Abstände zwischen den Molekülen, und die Anziehungskräfte sind vernachlässigbar. Gasmoleküle sind in der Regel immer gleichmäßig über das gesamte Volumen verteilt, das sie einnehmen. Das Gas übt Druck auf die Wände des Gefäßes aus, in dem es sich befindet. Dieser Druck entsteht durch den Aufprall von sich bewegenden Molekülen. Beim Studium der kinetischen Gastheorie betrachtet man die sogenannte ideales Gas. Ein Gas, bei dem wir die Kräfte der intermolekularen Wechselwirkung und das Volumen der Gasmoleküle vernachlässigen. Angenommen, die Moleküle eines idealen Gases sind bei Stößen wie absolut elastische Kugeln.
