Dasar-dasar teori molekuler-kinetik dari struktur materi
Dasar-dasar teori kinetika molekuler dikembangkan oleh M.V. Lomonosov, L. Boltzmann, J. Maxwell dan lain-lain.Teori ini didasarkan pada ketentuan sebagai berikut:
1. Semua zat terdiri dari partikel terkecil - molekul. Molekul dalam zat kompleks terdiri dari partikel yang lebih kecil - atom. Kombinasi atom yang berbeda menciptakan jenis molekul. Sebuah atom terdiri dari inti bermuatan positif yang dikelilingi oleh kulit elektron bermuatan negatif. Massa molekul dan atom diukur dalam satuan massa atom (sma). Diameter atom dan molekul orde 10 - 10 cm. Jumlah suatu zat yang mengandung jumlah partikel (atom atau molekul) sama dengan jumlah atom dalam 0,012 kg karbon isotop C disebut kami berdoa.
Molekul bertabrakan satu sama lain, mengubah kecepatan baik dalam besaran maupun arahnya. Dalam hal ini, energi kinetik total mereka didistribusikan kembali. Tubuh yang terdiri dari molekul dianggap sebagai sistem partikel yang bergerak dan berinteraksi. Sistem molekul seperti itu memiliki energi yang terdiri dari energi potensial interaksi partikel dan energi kinetik gerak partikel. Energi ini disebut energi internal tubuh. Jumlah energi internal yang ditransfer antar benda selama pertukaran panas disebut jumlah panas (joule, kal). Joule - SI. 1 kal = 4,18 J. Atom dan molekul bergerak terus menerus, yang disebut panas. Properti utama gerak termal adalah kontinuitasnya (kekacauan). Untuk mengkarakterisasi intensitas gerakan termal secara kuantitatif, konsep suhu tubuh diperkenalkan. Semakin intens pergerakan termal molekul dalam tubuh, semakin tinggi suhunya. Ketika dua benda bersentuhan, energi berpindah dari benda yang lebih panas ke benda yang kurang panas, dan pada akhirnya terbentuk keadaan kesetimbangan termal.
Dari sudut pandang konsep kinetika molekuler suhu adalah besaran yang mencirikan energi kinetik rata-rata dari gerak translasi molekul atau atom. Satuan ukuran suhu kalor adalah derajat.(Seperseratus dari perbedaan antara titik didih dan titik beku air murni pada tekanan atmosfer). Skala suhu mutlak Kelvin diperkenalkan ke dalam fisika. Derajat Celcius sama dengan derajat Kelvin. Pada suhu -273 C, gerakan translasi molekul gas (nol mutlak) harus berhenti, yaitu sistem (benda) memiliki energi serendah mungkin.
Ketentuan utama teori molekuler-kinetik tentang struktur materi dikonfirmasi oleh banyak eksperimen dan fenomena (difusi, gerak Brown, pencampuran cairan, kompresibilitas berbagai zat, pembubaran padatan dalam cairan, dll.). Metode eksperimental modern - analisis difraksi sinar-X, pengamatan dengan mikroskop elektron, dan lain-lain - telah memperkaya pemahaman kita tentang struktur materi. Dalam gas, jarak antar molekul relatif jauh, dan gaya tarik-menarik dapat diabaikan. Molekul gas cenderung selalu terdistribusi secara merata di seluruh volume yang ditempatinya. Gas memberikan tekanan pada dinding bejana di mana ia berada. Tekanan ini disebabkan oleh dampak dari molekul yang bergerak. Ketika mempelajari teori kinetik gas, kita mempertimbangkan apa yang disebut gas ideal. Gas di mana kita mengabaikan gaya interaksi antarmolekul dan volume molekul gas. Dengan asumsi bahwa selama tumbukan, molekul-molekul gas ideal seperti bola yang benar-benar elastis.
Halaman 1
Gerakan termal molekul zat dalam keadaan cair mirip dengan gerakannya untuk zat dalam keadaan kristal dan gas. Dalam kristal, gerakan termal molekul dinyatakan terutama dalam getaran molekul tentang posisi kesetimbangan, yang praktis tidak berubah dengan waktu. Gerakan termal molekul dalam gas terutama gerakan translasi dan rotasi, yang arahnya berubah dalam tumbukan.
Pergerakan termal molekul suatu zat pada permukaan substrat disebut migrasi. Selama migrasi, kemungkinan tabrakan molekul muncul - dua dan lebih jarang tiga di antara mereka sendiri. Molekul-molekul yang bertabrakan digabungkan di bawah aksi gaya van der Waals. Jadi, doublet dan triplet terbentuk. Mereka lebih sulit untuk didesorbsi daripada molekul tunggal, karena ikatannya dengan permukaan terasa lebih kuat. Formasi ini adalah pusat aktif selama kondensasi molekul pengendapan berikutnya.
Karena gerakan termal molekul-molekul zat tubuh melanggar pengaturannya yang teratur, magnetisasi berkurang dengan meningkatnya suhu.
Karena gerakan termal molekul-molekul zat tubuh melanggar pengaturannya yang teratur, magnetisasi berkurang dengan meningkatnya suhu. Jika benda ini dikeluarkan dari medan eksternal, maka pergerakan molekul yang kacau akan menyebabkan demagnetisasi lengkapnya.
Tekanan uap jenuh dibuat oleh gerakan termal molekul suatu zat dalam fase uap pada suhu tertentu.
Keadaan gas terjadi ketika energi gerak termal molekul suatu zat melebihi energi interaksinya. Molekul-molekul suatu zat dalam keadaan ini memperoleh gerakan translasi bujursangkar, dan sifat-sifat individu zat hilang, dan mereka mematuhi hukum yang umum untuk semua gas. Benda gas tidak memiliki bentuknya sendiri dan mudah berubah volumenya ketika terkena eksternal gaya atau ketika suhu berubah.
Nol mutlak (0 K) ditandai dengan berhentinya gerakan termal molekul suatu zat dan sesuai dengan suhu yang terletak di bawah 0 C sebesar 273 16 C.
Teori kinetik materi memungkinkan untuk membangun hubungan antara tekanan dan energi kinetik dari gerakan termal molekul materi.
Jika gerakan internal dalam molekul dikaitkan dengan gerakan termal eksternalnya, maka tidak mungkin untuk memahami sifat-sifat suatu zat, perilaku kimianya, tanpa mempelajari hubungan ini, tanpa memperhitungkan faktor-faktor yang mempengaruhi gerakan termal molekul-molekul zat. suatu zat (suhu, tekanan, medium, dll.) ) dan melalui gerakan termal ini juga mempengaruhi keadaan gerak internal di setiap molekul individu.
Dengan demikian, ditemukan bahwa zat apa pun dapat dipindahkan dari keadaan gas ke cairan. Namun, setiap zat dapat mengalami transformasi seperti itu hanya pada suhu di bawah tertentu, yang disebut suhu kritis Tk. Di atas suhu kritis, zat tidak berubah menjadi cair atau padat pada tekanan apapun. Jelas, pada suhu kritis, energi kinetik rata-rata dari gerakan termal molekul suatu zat melebihi energi potensial pengikatannya dalam cairan atau padatan. Karena gaya tarik menarik yang bekerja antara molekul zat yang berbeda berbeda, energi potensial pengikatannya tidak sama, maka nilai suhu kritis untuk zat yang berbeda juga berbeda.
Waktu relaksasi 1 dan T2 diperkenalkan di atas sebagai konstanta, yang harus ditentukan dari pengalaman. Nilai 7 yang diukur untuk berbagai zat terletak pada kisaran yang luas dari K) 4 detik untuk larutan garam paramagnetik hingga beberapa. Data eksperimental menunjukkan hubungan yang erat antara nilai waktu relaksasi dan struktur dan sifat gerakan termal molekul suatu zat.
Suhu absolut T, K, mencirikan tingkat pemanasan tubuh. Secara khusus, sebagai nilai awal yang berfungsi dalam pembangunan Skala Suhu Celsius Praktis Internasional untuk menetapkan asal suhu dan unit pengukurannya - derajat, suhu leleh es (0 C) dan titik didih air (100 C) pada tekanan atmosfer normal diambil. Suhu di atas 0 C dianggap positif, dan suhu di bawah 0 C dianggap negatif. Dalam sistem satuan SI, perhitungan suhu dibuat dari nol mutlak dalam derajat skala Kelvin termodinamika. Angka nol mutlak skala ini (0 K) ditandai dengan berhentinya gerakan termal molekul suatu zat dan sesuai dengan suhu -273 15 C pada skala Celcius.Dengan demikian, kedua skala hanya berbeda di titik awal referensi, dan harga pembagian (derajat) adalah sama untuk mereka.
Halaman: 1
1. Pada tahun 1827, ahli botani Inggris R. Brown, mempelajari partikel serbuk sari yang tersuspensi dalam air dengan mikroskop, memperhatikan bahwa partikel-partikel ini bergerak secara acak; mereka tampak gemetar di dalam air.
Alasan pergerakan partikel serbuk sari tidak dapat dijelaskan untuk waktu yang lama. Brown sendiri menyarankan pada awalnya bahwa mereka pindah karena mereka hidup. Mereka mencoba menjelaskan pergerakan partikel dengan pemanasan yang tidak merata dari berbagai bagian bejana, reaksi kimia yang terjadi, dll. Baru kemudian mereka memahami penyebab sebenarnya dari pergerakan partikel yang tersuspensi dalam air. Alasan ini adalah pergerakan molekul.
Molekul air tempat partikel serbuk sari berada bergerak dan menabraknya. Dalam hal ini, jumlah molekul yang tidak sama mengenai partikel dari sisi yang berbeda, yang mengarah pada pergerakannya.
Biarkan pada saat \ (t_1 \) di bawah pengaruh tumbukan molekul air, partikel bergerak dari titik A ke titik B. Pada titik waktu berikutnya, sejumlah besar molekul menabrak partikel dari titik lain sisi, dan arah gerakannya berubah, ia bergerak dari t. Di t. C. Jadi, pergerakan partikel serbuk sari merupakan konsekuensi dari gerakan dan tumbukan molekul air di atasnya, di mana serbuk sari berada ( Gambar 65). Fenomena serupa dapat diamati jika partikel cat atau jelaga ditempatkan di dalam air.
Gambar 65 menunjukkan lintasan partikel serbuk sari. Dapat dilihat bahwa tidak mungkin untuk berbicara tentang arah tertentu dari gerakannya; itu berubah sepanjang waktu.
Karena gerakan partikel merupakan konsekuensi dari gerakan molekul, kita dapat menyimpulkan bahwa molekul bergerak secara acak (kacau). Dengan kata lain, tidak mungkin untuk memilih arah tertentu di mana semua molekul bergerak.
Pergerakan molekul tidak pernah berhenti. Dapat dikatakan bahwa terus menerus. Pergerakan acak yang terus menerus dari atom dan molekul disebut gerakan termal. Nama ini ditentukan oleh fakta bahwa kecepatan pergerakan molekul tergantung pada suhu tubuh.
Karena benda terdiri dari sejumlah besar molekul dan pergerakan molekul adalah acak, tidak mungkin untuk mengatakan dengan tepat berapa banyak dampak yang akan dialami molekul ini atau itu dari orang lain. Oleh karena itu, mereka mengatakan bahwa posisi molekul, kecepatannya pada setiap saat acak. Namun, ini tidak berarti bahwa pergerakan molekul tidak mematuhi hukum tertentu. Secara khusus, meskipun kecepatan molekul pada suatu titik waktu berbeda, kebanyakan dari mereka memiliki kecepatan yang mendekati nilai tertentu. Biasanya, ketika berbicara tentang kecepatan pergerakan molekul, itu berarti kecepatan rata-rata\((v_(cp)) \) .
2. Dari sudut pandang pergerakan molekul, seseorang dapat menjelaskan fenomena seperti difusi.
Difusi adalah fenomena penetrasi molekul suatu zat ke dalam celah antar molekul zat lain.
Kami mencium aroma parfum agak jauh dari botol. Ini disebabkan oleh fakta bahwa molekul-molekul ruh, seperti halnya molekul-molekul udara, bergerak. Ada celah antar molekul. Molekul parfum menembus celah di antara molekul udara, dan molekul udara masuk ke celah di antara molekul parfum.
Difusi cairan dapat diamati jika larutan tembaga sulfat dituangkan ke dalam gelas kimia, dan air dituangkan di atasnya sehingga ada batas yang tajam antara cairan ini. Setelah dua atau tiga hari, Anda akan melihat bahwa perbatasan tidak lagi begitu tajam; dalam seminggu itu akan benar-benar dicuci. Setelah sebulan, cairan akan menjadi homogen dan akan diwarnai sama di seluruh wadah (Gbr. 66).
Dalam percobaan ini, molekul tembaga sulfat menembus celah di antara molekul air, dan molekul air - ke celah di antara molekul tembaga sulfat. Harus diingat bahwa kerapatan tembaga sulfat lebih besar daripada kerapatan air.
Eksperimen menunjukkan bahwa difusi dalam gas terjadi lebih cepat daripada dalam cairan. Ini disebabkan oleh fakta bahwa gas memiliki kerapatan yang lebih rendah daripada cairan, mis. molekul gas terletak pada jarak yang jauh satu sama lain. Difusi terjadi lebih lambat dalam padatan, karena molekul padatan bahkan lebih dekat satu sama lain daripada molekul cairan.
Di alam, teknologi, kehidupan sehari-hari, Anda dapat menemukan banyak fenomena di mana difusi dimanifestasikan: pewarnaan, perekatan, dll. Difusi sangat penting dalam kehidupan manusia. Secara khusus, karena difusi, oksigen masuk ke tubuh manusia tidak hanya melalui paru-paru, tetapi juga melalui kulit. Untuk alasan yang sama, nutrisi berpindah dari usus ke dalam darah.
Laju difusi tidak hanya bergantung pada keadaan agregasi zat, tetapi juga pada suhu.
Jika Anda menyiapkan dua bejana dengan air dan vitriol biru untuk percobaan difusi, dan memasukkan salah satunya ke dalam lemari es dan meninggalkan yang lain di dalam ruangan, Anda akan menemukan bahwa pada suhu yang lebih tinggi, difusi akan terjadi lebih cepat. Ini karena ketika suhu naik, molekul bergerak lebih cepat. Jadi, kecepatan molekul
dan suhu tubuh saling berhubungan.
Semakin besar kecepatan rata-rata pergerakan molekul tubuh, semakin tinggi suhunya.
3. Fisika molekuler, tidak seperti mekanika, mempelajari sistem (benda) yang terdiri dari sejumlah besar partikel. Badan-badan ini mungkin berbeda menyatakan.
Besaran-besaran yang mencirikan keadaan sistem (benda) disebut parameter keadaan. Parameter keadaan termasuk tekanan, volume, suhu.
Keadaan sistem seperti itu dimungkinkan, di mana parameter yang mencirikannya tetap tidak berubah untuk waktu yang lama tanpa adanya pengaruh eksternal. Keadaan ini disebut kesetimbangan termal.
Jadi, volume, suhu, tekanan cairan dalam bejana yang berada dalam kesetimbangan termal dengan udara di dalam ruangan tidak berubah jika tidak ada alasan eksternal untuk ini.
4. Keadaan kesetimbangan termal sistem mencirikan parameter seperti suhu. Keunikannya adalah bahwa nilai suhu di semua bagian sistem, yang berada dalam keadaan kesetimbangan termal, adalah sama. Jika Anda menurunkan sendok perak (atau sendok yang terbuat dari logam lain) ke dalam segelas air panas, sendok akan memanas dan air akan mendingin. Ini akan terjadi sampai kesetimbangan termal tercapai, di mana sendok dan air akan memiliki suhu yang sama. Bagaimanapun, jika kita mengambil dua benda yang dipanaskan secara berbeda dan membawanya ke dalam kontak, maka benda yang lebih panas akan mendingin, dan yang lebih dingin akan memanas. Setelah beberapa waktu, sistem yang terdiri dari dua benda ini akan mencapai kesetimbangan termal, dan suhu benda-benda ini akan menjadi sama.
Jadi, suhu sendok dan air akan menjadi sama ketika mereka mencapai kesetimbangan termal.
Suhu adalah besaran fisika yang mencirikan keadaan termal suatu benda.
Jadi, suhu air panas lebih tinggi daripada dingin; Di musim dingin, suhu udara di luar lebih rendah daripada di musim panas.
Satuan suhu adalah derajat Celcius (°C). Suhu diukur termometer.
Perangkat termometer dan, karenanya, metode pengukuran suhu didasarkan pada ketergantungan sifat-sifat benda pada suhu, khususnya, sifat benda untuk memuai ketika dipanaskan. Benda yang berbeda dapat digunakan dalam termometer: cair (alkohol, merkuri), padat (logam) dan gas. Mereka disebut benda termometrik. Sebuah benda termometrik (cair atau gas) ditempatkan dalam sebuah tabung yang dilengkapi dengan timbangan, benda tersebut dikontakkan dengan benda yang suhunya akan diukur.
Saat membuat skala, dua titik utama (referensi, referensi) dipilih, di mana nilai suhu tertentu ditetapkan, dan interval di antara mereka dibagi menjadi beberapa bagian. Nilai setiap bagian sesuai dengan unit suhu pada skala ini.
5. Ada skala suhu yang berbeda. Salah satu skala yang paling umum dalam praktik adalah skala Celcius. Poin utama skala ini adalah suhu leleh es dan titik didih air pada tekanan atmosfer normal (760 mm Hg). Titik pertama diberi nilai 0 °C, dan yang kedua - 100 °C. Jarak antara titik-titik ini dibagi menjadi 100 bagian yang sama dan menerima skala Celcius. Satuan suhu pada skala ini adalah 1°C. Selain skala Celcius, skala suhu banyak digunakan, yang disebut mutlak skala suhu (termodinamika), atau skala Kelvin. Untuk nol pada skala ini, diambil suhu -273 ° C (lebih tepatnya -273,15 ° C). Suhu ini disebut nol mutlak suhu dan dilambangkan dengan 0 K. Satuan suhu adalah satu kelvin (1 K); itu sama dengan 1 derajat Celcius. Dengan demikian, suhu leleh es pada skala suhu mutlak adalah 273 K (273,15 K), dan titik didih air adalah 373 K (373,15 K).
Suhu pada skala absolut dilambangkan dengan huruf \ (T \). Hubungan antara suhu mutlak \((T) \) dan suhu Celcius \(((t)^\circ) \) dinyatakan dengan rumus:
\[ T=t^\circ+273 \]
Bagian 1
1. Gerak Brown partikel cat dalam air adalah akibat dari
1) tarik menarik antara atom dan molekul
2) gaya tolak menolak antara atom dan molekul
3) gerakan molekul yang kacau dan terus menerus
4) perpindahan lapisan air karena perbedaan suhu antara lapisan bawah dan atas
2. Dalam situasi manakah kita berbicara tentang gerak Brown?
1) gerakan acak partikel debu di udara
2) penyebaran bau
3) gerakan osilasi partikel di simpul kisi kristal
4) gerakan translasi molekul gas
3. Apa arti kata-kata: "Molekul bergerak secara acak"?
A. Tidak ada arah pergerakan molekul yang disukai.
B. Pergerakan molekul tidak mematuhi hukum apapun.
Jawaban yang benar
1) hanya A
2) hanya B
3) keduanya A dan B
4) bukan A atau B
4. Posisi teori molekuler-kinetik dari struktur materi yang partikel materi berpartisipasi dalam gerakan kacau terus menerus mengacu pada
1) hanya untuk gas
2) hanya cairan
3) hanya untuk gas dan cairan
4) menjadi gas, cair dan padat
5. Posisi (s) mana dari teori molekuler-kinetik dari struktur materi yang mengkonfirmasi fenomena difusi?
A. Molekul berada dalam gerakan kacau terus menerus
B. Ada celah antar molekul
Jawaban yang benar
1) hanya A
2) hanya B
3) keduanya A dan B
4) bukan A atau B
6. Pada suhu yang sama, difusi dalam cairan terjadi
1) lebih cepat dari pada padatan
2) lebih cepat daripada di gas
3) lebih lambat dari pada padatan
4) pada kecepatan yang sama seperti dalam gas
7. Tunjukkan pasangan zat yang laju difusinya paling kecil, semua hal lain dianggap sama
1) larutan tembaga sulfat dan air
2) uap eter dan udara
3) pelat besi dan aluminium
4) air dan alkohol
8. Air mendidih dan berubah menjadi uap pada suhu 100 °C. Kecepatan rata-rata pergerakan molekul uap
1) sama dengan kecepatan rata-rata pergerakan molekul air
2) lebih dari kecepatan rata-rata pergerakan molekul air
3) kurang dari kecepatan rata-rata pergerakan molekul air
4) tergantung pada tekanan atmosfer
9. Gerakan termal molekul
1) berhenti di 0 °С
2) berhenti pada 100 °C
3) terus menerus
4) memiliki arah tertentu
10. Air dipanaskan dari suhu kamar hingga 80°C. Apa yang terjadi pada kecepatan rata-rata molekul air?
1) menurun
2) meningkat
3) tidak berubah
4) pertama meningkat, dan mulai dari nilai suhu tertentu, tetap tidak berubah
11. Satu gelas air ada di atas meja di ruangan yang hangat, yang lainnya ada di lemari es. Kecepatan rata-rata molekul air dalam gelas di lemari es
1) sama dengan kecepatan rata-rata pergerakan molekul air dalam gelas yang berdiri di atas meja
2) lebih dari kecepatan rata-rata pergerakan molekul air dalam gelas yang berdiri di atas meja
3) kurang dari kecepatan rata-rata pergerakan molekul air dalam gelas yang berdiri di atas meja
4) sama dengan nol
12. Dari daftar pernyataan di bawah ini, pilihlah dua yang benar dan tuliskan nomornya dalam tabel
1) gerakan termal molekul hanya terjadi pada suhu yang lebih besar dari 0 ° C
2) difusi dalam padatan tidak mungkin
3) gaya tarik menarik dan gaya tolak menolak bekerja secara simultan antar molekul
4) molekul adalah partikel terkecil dari suatu zat
5) laju difusi meningkat dengan meningkatnya suhu
13. Sebuah kapas yang direndam dalam parfum dibawa ke kantor fisika, dan sebuah bejana di mana larutan tembaga sulfat (larutan biru) dituangkan, dan air dituangkan dengan hati-hati di atasnya (Gbr. 1). Terlihat bahwa bau parfum menyebar ke seluruh volume seluruh kabinet dalam beberapa menit, sementara batas antara dua cairan dalam wadah menghilang hanya setelah dua minggu (Gbr. 2).
Pilih dari daftar yang diusulkan dua pernyataan yang sesuai dengan hasil pengamatan eksperimental. Daftar nomor mereka.
1) Proses difusi dapat diamati pada gas dan cairan.
2) Laju difusi bergantung pada suhu zat.
3) Laju difusi tergantung pada keadaan agregat zat.
4) Laju difusi tergantung pada jenis cairan.
5) Dalam padatan, laju difusi paling rendah.
jawaban
Mundur ke depan
Perhatian! Pratinjau slide hanya untuk tujuan informasi dan mungkin tidak mewakili keseluruhan presentasi. Jika Anda tertarik dengan karya ini, silakan unduh versi lengkapnya.
Sasaran.
- pendidikan.
- Berikan konsep suhu sebagai ukuran energi kinetik rata-rata; pertimbangkan sejarah pembuatan termometer, bandingkan berbagai skala suhu; untuk membentuk kemampuan menerapkan pengetahuan yang diperoleh untuk memecahkan masalah dan melakukan tugas-tugas praktis, untuk memperluas wawasan siswa di bidang fenomena termal.
- pendidikan.
- Mengembangkan kemampuan untuk mendengarkan lawan bicara, untuk mengekspresikan sudut pandang mereka sendiri
- Mengembangkan.
- Pengembangan perhatian sukarela siswa, berpikir (kemampuan menganalisis, membandingkan, membangun analogi, menarik kesimpulan.), Minat kognitif (berdasarkan eksperimen fisik);
- pembentukan konsep pandangan dunia tentang cognizability dunia.
SELAMA KELAS
Halo, duduklah.
Saat mempelajari mekanika, kami tertarik pada gerakan benda. Sekarang kita akan mempertimbangkan fenomena yang terkait dengan perubahan sifat-sifat benda yang diam. Kita akan mempelajari pemanasan dan pendinginan udara, pencairan es, pencairan logam, pendidihan air, dll. Fenomena seperti itu disebut fenomena termal.
Kita tahu bahwa ketika air dingin dipanaskan, pertama-tama menjadi hangat dan kemudian panas. Bagian logam yang dikeluarkan dari api secara bertahap mendingin. Udara di sekitar pemanas air panas menjadi panas, dll.
Kata-kata "dingin", "hangat", "panas" menunjukkan keadaan termal benda. Besaran yang mencirikan keadaan termal benda adalah suhu.
Semua orang tahu bahwa suhu air panas lebih tinggi daripada suhu air dingin. Di musim dingin, suhu udara di luar lebih rendah daripada di musim panas.
Semua molekul zat apa pun bergerak secara terus menerus dan acak (kacau).
Gerak acak acak molekul disebut gerak termal.
Apa perbedaan antara gerak termal dan gerak mekanis?
Ini melibatkan banyak partikel dengan lintasan yang berbeda. Gerakan tidak pernah berhenti. (Contoh: Gerak Brown)
Demonstrasi model gerak Brown
Apa yang bergantung pada gerak termal?
- Percobaan nomor 1: Mari kita masukkan sepotong gula ke dalam air dingin, dan yang lainnya dalam panas. Manakah yang akan larut lebih cepat?
- Percobaan nomor 2: Mari kita masukkan 2 buah gula (satu lebih besar dari yang lain) dalam air dingin. Manakah yang akan larut lebih cepat?
Pertanyaan tentang apa itu suhu, ternyata sangat sulit. Apa perbedaan antara air panas dan air dingin? Untuk waktu yang lama tidak ada jawaban yang jelas untuk pertanyaan ini. Hari ini kita tahu bahwa pada suhu berapa pun, air terdiri dari molekul yang sama. Lalu apa sebenarnya yang berubah dalam air saat suhunya meningkat? Kita telah melihat dari pengalaman bahwa gula larut lebih cepat dalam air panas. Pembubaran terjadi karena difusi. Dengan demikian, difusi pada suhu yang lebih tinggi lebih cepat daripada pada suhu yang lebih rendah.
Tetapi penyebab difusi adalah pergerakan molekul. Artinya ada hubungan antara kecepatan gerak molekul dan suhu suatu benda: Dalam tubuh dengan suhu yang lebih tinggi, molekul bergerak lebih cepat.
Tetapi suhu tidak hanya bergantung pada kecepatan rata-rata molekul. Jadi, misalnya, oksigen, yang kecepatan rata-rata molekulnya adalah 440 m/s, memiliki suhu 20 °C, dan nitrogen, dengan kecepatan rata-rata molekul yang sama, memiliki suhu 16 °C. Suhu nitrogen yang lebih rendah disebabkan oleh fakta bahwa molekul nitrogen lebih ringan daripada molekul oksigen. Jadi, suhu suatu zat ditentukan tidak hanya oleh kecepatan rata-rata molekulnya, tetapi juga oleh massanya. Kami melihat hal yang sama dalam percobaan No. 2.
Kita mengetahui besaran yang bergantung pada kecepatan dan massa partikel. Ini adalah momentum dan energi kinetik. Para ilmuwan telah menetapkan bahwa energi kinetik molekul-molekullah yang menentukan suhu tubuh: suhu adalah ukuran energi kinetik rata-rata partikel suatu benda; semakin besar energi ini, semakin tinggi suhu tubuh.
Jadi, ketika benda dipanaskan, energi kinetik rata-rata molekul meningkat, dan mereka mulai bergerak lebih cepat; ketika didinginkan, energi molekul berkurang, dan mereka mulai bergerak lebih lambat.
Suhu adalah nilai yang mencirikan keadaan termal tubuh. Ukuran "kehangatan" tubuh. Semakin tinggi suhu suatu benda, semakin banyak energi rata-rata yang dimiliki atom dan molekulnya.
Bisakah seseorang hanya mengandalkan sensasinya sendiri untuk menilai tingkat panas tubuh?
- Pengalaman nomor 1: Sentuh benda kayu dengan satu tangan dan benda logam dengan tangan lainnya.
Bandingkan sensasi
Meskipun kedua benda berada pada suhu yang sama, satu tangan akan terasa dingin dan tangan lainnya hangat
- Pengalaman nomor 2: naik tiga kapal dengan air panas, hangat dan dingin. Celupkan satu tangan ke dalam wadah berisi air dingin dan tangan lainnya ke dalam wadah berisi air panas. Setelah beberapa saat, kedua tangan diturunkan ke dalam bejana berisi air hangat.
Bandingkan sensasi
Tangan yang tadinya di air panas sekarang terasa dingin, dan tangan yang tadinya di air dingin sekarang terasa hangat, meski kedua tangan berada di wadah yang sama.
Kami telah membuktikan bahwa perasaan kami subjektif. Instrumen diperlukan untuk mengkonfirmasinya.
Alat yang digunakan untuk mengukur suhu disebut termometer. Pengoperasian termometer semacam itu didasarkan pada ekspansi termal suatu zat. Saat dipanaskan, kolom zat yang digunakan dalam termometer (misalnya, merkuri atau alkohol) meningkat, dan ketika didinginkan, berkurang. Termometer cair pertama ditemukan pada tahun 1631 oleh fisikawan Prancis J. Rey.
Suhu tubuh akan berubah hingga mencapai kesetimbangan termal dengan lingkungan.
Hukum kesetimbangan termal: untuk setiap kelompok benda yang terisolasi, setelah beberapa waktu, suhunya menjadi sama, mis. keadaan kesetimbangan termal terjadi.
Harus diingat bahwa termometer apa pun selalu menunjukkan suhunya sendiri. Untuk menentukan suhu lingkungan, termometer harus ditempatkan di lingkungan ini dan menunggu sampai suhu perangkat berhenti berubah, mengambil nilai yang sama dengan suhu lingkungan. Ketika suhu medium berubah, suhu termometer juga akan berubah.
Termometer medis, yang dirancang untuk mengukur suhu tubuh seseorang, beroperasi agak berbeda. Itu milik apa yang disebut termometer maksimum, menetapkan suhu tertinggi di mana mereka dipanaskan. Setelah mengukur suhu Anda sendiri, Anda mungkin memperhatikan bahwa, berada di lingkungan yang lebih dingin (dibandingkan dengan tubuh manusia), termometer medis terus menunjukkan nilai yang sama. Untuk mengembalikan kolom air raksa ke keadaan semula, termometer ini harus dikocok.
Dengan termometer laboratorium yang digunakan untuk mengukur suhu medium, ini tidak perlu.
Termometer yang digunakan dalam kehidupan sehari-hari memungkinkan Anda untuk menyatakan suhu suatu zat dalam derajat Celcius (°C).
A. Celsius (1701-1744) - Ilmuwan Swedia yang mengusulkan penggunaan skala suhu celcius. Dalam skala suhu Celcius, nol (dari pertengahan abad ke-18) adalah suhu pencairan es, dan 100 derajat adalah titik didih air pada tekanan atmosfer normal.
Kami akan mendengarkan pesan tentang sejarah perkembangan termometer (Presentasi oleh Sidorova E.)
Termometer cair didasarkan pada prinsip mengubah volume cairan yang dituangkan ke dalam termometer (biasanya alkohol atau air raksa) sebagai perubahan suhu lingkungan. Kerugian: cairan yang berbeda memuai secara berbeda, sehingga pembacaan termometer berbeda: Merkuri -50 0 ; gliserin -47,6 0
Kami mencoba membuat termometer cair di rumah. Mari kita lihat apa yang terjadi. (Video oleh Brykina V. Lampiran 1)
Kami belajar bahwa ada skala suhu yang berbeda. Selain skala Celcius, skala Kelvin banyak digunakan. Konsep suhu mutlak diperkenalkan oleh W. Thomson (Kelvin). Skala suhu absolut disebut skala Kelvin atau skala suhu termodinamika.
Satuan suhu mutlak adalah kelvin (K).
Nol mutlak - suhu serendah mungkin di mana tidak ada yang lebih dingin dan secara teoritis tidak mungkin untuk mengekstrak energi panas dari suatu zat, suhu di mana pergerakan termal molekul berhenti
Nol mutlak didefinisikan sebagai 0 K, yaitu sekitar 273,15 °C
Satu Kelvin sama dengan satu derajat T=t+273
Pertanyaan dari ujian
Manakah dari pilihan berikut untuk mengukur suhu air panas dengan termometer memberikan hasil yang lebih benar?
1) Termometer diturunkan ke dalam air dan, setelah dikeluarkan dari air setelah beberapa menit, pembacaan dilakukan.
2) Termometer diturunkan ke dalam air dan tunggu sampai suhu berhenti berubah. Setelah itu, tanpa mengeluarkan termometer dari air, lakukan pembacaannya.
3) Termometer diturunkan ke dalam air dan, tanpa mengeluarkannya dari air, segera lakukan pembacaan
4) Termometer diturunkan ke dalam air, kemudian dengan cepat dikeluarkan dari air dan pembacaan dilakukan
Gambar tersebut menunjukkan bagian dari skala termometer yang tergantung di luar jendela. Suhu udara di luar adalah
- 18 0
- 14 0
- 21 0
- 22 0 C
Memecahkan masalah No. 915, 916 ("Kumpulan masalah dalam fisika 7-9" oleh V.I. Lukashik, E.V. Ivanova)
- Pekerjaan rumah: Paragraf 28
- 128 D "Kumpulan masalah dalam fisika 7-9" V.I. Lukashik, E.V. Ivanova
Dukungan metodologis
- "Fisika 8" S.V. Gromov, N.A. Tanah air
- "Kumpulan masalah dalam fisika 7-9" V.I.Lukashik, E.V. Ivanova
- Gambar yang berada dalam domain publik Internet
Istilah "suhu" muncul pada saat fisikawan berpikir bahwa benda hangat terdiri dari zat tertentu dalam jumlah yang lebih besar - kalori - daripada benda yang sama, tetapi dingin. Dan suhu diartikan sebagai nilai yang sesuai dengan jumlah kalori dalam tubuh. Sejak itu, suhu tubuh mana pun diukur dalam derajat. Tetapi sebenarnya, ini adalah ukuran energi kinetik dari molekul yang bergerak, dan, berdasarkan ini, itu harus diukur dalam Joule, sesuai dengan sistem satuan SI.
Konsep "suhu nol mutlak" berasal dari hukum kedua termodinamika. Menurutnya, proses perpindahan panas dari benda dingin ke benda panas adalah mustahil. Konsep ini diperkenalkan oleh fisikawan Inggris W. Thomson. Atas prestasinya di bidang fisika, ia dianugerahi gelar bangsawan "Lord" dan gelar "Baron Kelvin". Pada tahun 1848, W. Thomson (Kelvin) menyarankan menggunakan skala suhu, di mana ia mengambil suhu nol mutlak yang sesuai dengan dingin yang ekstrim sebagai titik awal, dan mengambil derajat Celcius sebagai harga pembagian. Satuan Kelvin adalah 1/27316 suhu titik tripel air (sekitar 0 derajat C), mis. suhu di mana air murni ada dalam tiga bentuk sekaligus: es, air cair, dan uap. suhu adalah suhu rendah serendah mungkin di mana pergerakan molekul berhenti, dan tidak mungkin lagi mengekstraksi energi panas dari zat tersebut. Sejak itu, skala suhu absolut dinamai menurut namanya.
Suhu diukur pada skala yang berbeda
Skala suhu yang paling umum digunakan disebut skala Celcius. Itu dibangun di atas dua poin: pada suhu transisi fase air dari cair ke uap dan air ke es. A. Celsius pada tahun 1742 mengusulkan untuk membagi jarak antara titik referensi menjadi 100 interval, dan mengambil air sebagai nol, sedangkan titik beku adalah 100 derajat. Tetapi K. Linnaeus dari Swedia menyarankan untuk melakukan yang sebaliknya. Sejak itu, air membeku pada nol derajat A. Celcius. Meskipun harus mendidih persis dalam Celcius. Nol mutlak dalam Celcius sama dengan minus 273,16 derajat Celcius.
Ada beberapa skala suhu lagi: Fahrenheit, Réaumur, Rankine, Newton, Roemer. Mereka memiliki perbedaan dan pembagian harga. Misalnya, skala Réaumur juga dibangun di atas tolok ukur mendidih dan membekukan air, tetapi memiliki 80 divisi. Skala Fahrenheit, yang muncul pada tahun 1724, hanya digunakan dalam kehidupan sehari-hari di beberapa negara di dunia, termasuk Amerika Serikat; satu adalah suhu campuran air es - amonia dan yang lainnya adalah suhu tubuh manusia. Skala dibagi menjadi seratus divisi. Nol Celcius sesuai dengan 32 Konversi derajat ke Fahrenheit dapat dilakukan dengan menggunakan rumus: F \u003d 1,8 C + 32. Terjemahan terbalik: C \u003d (F - 32) / 1,8, di mana: F - derajat Fahrenheit, C - derajat Celsius. Jika Anda terlalu malas untuk menghitung, buka layanan konversi Celsius ke Fahrenheit online. Di kotak, ketik jumlah derajat Celcius, klik "Hitung", pilih "Fahrenheit" dan klik "Mulai". Hasilnya akan langsung muncul.
Dinamakan setelah fisikawan Inggris (lebih tepatnya Skotlandia) William J. Rankin, mantan kontemporer Kelvin dan salah satu pendiri termodinamika teknis. Ada tiga poin penting dalam skalanya: awalnya adalah nol mutlak, titik beku air adalah 491,67 derajat Rankine dan titik didih air adalah 671,67 derajat. Jumlah pembagian antara pembekuan air dan pendidihannya di Rankine dan Fahrenheit adalah 180.
Sebagian besar skala ini digunakan secara eksklusif oleh fisikawan. Dan 40% siswa sekolah menengah Amerika yang disurvei akhir-akhir ini mengatakan bahwa mereka tidak tahu apa itu suhu nol mutlak.
