Los eventos del mundo físico están íntimamente relacionados con los cambios de temperatura. Cada persona se familiariza con él en la primera infancia, cuando se da cuenta de que el hielo está frío y quema el agua hirviendo. Al mismo tiempo, llega el entendimiento de que los procesos de cambio de temperatura no ocurren instantáneamente. Más tarde, en la escuela, el alumno aprende que esto está relacionado con el movimiento térmico. Y toda una sección de física está dedicada a los procesos relacionados con la temperatura.
¿Qué es la temperatura?
Este es un concepto científico introducido para reemplazar los términos cotidianos. En la vida cotidiana aparecen constantemente palabras como caliente, frío o tibio. Todos ellos hablan sobre el grado de calentamiento del cuerpo. Así se define en física, solo que con el agregado de que es una cantidad escalar. Después de todo, la temperatura no tiene dirección, solo un valor numérico.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI), la temperatura se mide en grados Celsius (ºС). Pero en muchas fórmulas que describen fenómenos térmicos, se requiere convertirlo a Kelvin (K). ParaHay una fórmula simple para esto: T \u003d t + 273. En él, T es la temperatura en Kelvin y t está en Celsius. El concepto de temperatura cero absoluta está asociado con la escala Kelvin.
Hay varias otras escalas de temperatura. En Europa y América, por ejemplo, se utiliza Fahrenheit (F). Por lo tanto, deben poder escribir en Celsius. Para hacer esto, reste 32 de las lecturas en F, luego divídalo por 1, 8.
Experimento casero
En su explicación, debe conocer conceptos como temperatura, movimiento térmico. Y es fácil completar esta experiencia.
Tomará tres contenedores. Deben ser lo suficientemente grandes para que las manos puedan caber fácilmente en ellos. Llénalos con agua de diferentes temperaturas. En el primero, debe estar muy frío. En el segundo - calentado. Vierta agua caliente en el tercero, uno en el que será posible sostener una mano.
Ahora la experiencia en sí. Sumerja su mano izquierda en un recipiente con agua fría, derecha, con la más caliente. Espera un par de minutos. Sácalos e inmediatamente sumérgelos en un recipiente con agua tibia.
El resultado será inesperado. La mano izquierda sentirá que el agua está tibia, mientras que la mano derecha sentirá el agua fría. Esto se debe al hecho de que el equilibrio térmico se establece primero con aquellos líquidos en los que inicialmente se sumergen las manos. Y luego este equilibrio se altera bruscamente.
Principales principios de la teoría cinética molecular
Describe todos los fenómenos térmicos. Y estas declaraciones son bastante simples. Por lo tanto, en una conversación sobre movimiento térmico, estas disposiciones deben conocerserequerido.
Primero: las sustancias están formadas por las partículas más pequeñas situadas a cierta distancia unas de otras. Además, estas partículas pueden ser tanto moléculas como átomos. Y la distancia entre ellos es muchas veces mayor que el tamaño de las partículas.
Segundo: en todas las sustancias hay un movimiento térmico de las moléculas, que nunca se detiene. Las partículas se mueven aleatoriamente (caóticamente).
Tercero: las partículas interactúan entre sí. Esta acción se debe a las fuerzas de atracción y repulsión. Su valor depende de la distancia entre las partículas.
Confirmación de la primera disposición de la LPI
La prueba de que los cuerpos están compuestos de partículas con espacios entre ellas es su expansión térmica. Entonces, cuando el cuerpo se calienta, su tamaño aumenta. Esto sucede debido a la eliminación de partículas entre sí.
Otra confirmación de lo dicho es la difusión. Es decir, la penetración de moléculas de una sustancia entre las partículas de otra. Además, este movimiento es mutuo. La difusión es más rápida cuanto más separadas están las moléculas. Por tanto, en los gases, la penetración mutua ocurrirá mucho más rápido que en los líquidos. Y en sólidos, la difusión lleva años.
Por cierto, el último proceso también explica el movimiento térmico. Después de todo, la penetración mutua de sustancias entre sí ocurre sin ninguna interferencia del exterior. Pero se puede acelerar calentando el cuerpo.
Confirmación de la segunda posición del MKT
Brillante prueba de que existeEl movimiento térmico es el movimiento browniano de las partículas. Se considera para partículas en suspensión, es decir, para aquellas que son significativamente más grandes que las moléculas de una sustancia. Estas partículas pueden ser partículas de polvo o granos. Y se supone que deben colocarse en agua o gas.
La razón del movimiento aleatorio de una partícula suspendida es que las moléculas actúan sobre ella desde todos los lados. Su acción es errática. La magnitud de los impactos en cada momento es diferente. Por lo tanto, la fuerza resultante se dirige en una dirección o en la otra.
Si hablamos de la velocidad del movimiento térmico de las moléculas, entonces tiene un nombre especial: raíz cuadrática media. Se puede calcular usando la fórmula:
v=√[(3kT)/m0].
En él, T es la temperatura en Kelvin, m0 es la masa de una molécula, k es la constante de Boltzmann (k=1, 3810 -23 J/K).
Confirmación de la disposición tercera de la LPI
Las partículas se atraen y se repelen. Al explicar muchos procesos asociados con el movimiento térmico, este conocimiento resulta ser importante.
Después de todo, las fuerzas de interacción dependen del estado agregado de la materia. Entonces, los gases prácticamente no los tienen, ya que las partículas se eliminan tanto que su efecto no se manifiesta. En líquidos y sólidos, son perceptibles y aseguran la conservación del volumen de la sustancia. En estos últimos, también garantizan el mantenimiento de la forma.
Evidencia de la existencia de fuerzas de atracción y repulsión es la aparición de fuerzas elásticas durante la deformación de los cuerpos. Entonces, con el alargamiento, las fuerzas de atracción entre las moléculas aumentan, y concompresión - repulsión. Pero en ambos casos, devuelven el cuerpo a su forma original.
Energía media del movimiento térmico
Se puede escribir a partir de la ecuación MKT básica:
(pV)/N=(2E)/3.
En esta fórmula, p es presión, V es volumen, N es el número de moléculas, E es la energía cinética promedio.
Por otro lado, esta ecuación se puede escribir de la siguiente manera:
(pV)/N=kT.
Si los combinas, obtienes la siguiente igualdad:
(2E)/3=kT.
De ahí se sigue la siguiente fórmula para la energía cinética promedio de las moléculas:
E=(3kT)/2.
A partir de aquí queda claro que la energía es proporcional a la temperatura de la sustancia. Es decir, cuando este último aumenta, las partículas se mueven más rápido. Esta es la esencia del movimiento térmico, que existe mientras haya una temperatura distinta del cero absoluto.
