Народна Освіта » Фізика » § 1. Теплові явища та їх природа

НАРОДНА ОСВІТА

§ 1. Теплові явища та їх природа

Теплові явища в природі та житті людини

Тепловий рух, його прояви та природа

ТЕПЛОВІ ЯВИЩА В ПРИРОДІ ТА ЖИТТІ ЛЮДИНИ. Теплові явища є невід'ємною складовою природи. Вони виявляються у виверженні вулканів, утворенні льодовиків, забезпечують безперервний кругообіг води, підтримуючи життя на Землі. Зміни пір року та розмаїття рослинного і тваринного світу теж пов’язані з перебігом теплових явищ. Проте вони можуть спричиняти і потужні тайфуни, надмірні опади, повені, різке підвищення або зниження температури (рис. 1.1).

Людина навчилася використовувати теплові явища для своїх потреб у побуті та на виробництві. Катання на лижах, приготування їжі, обігрів приміщень, використання автотранспорту, виплавлення металу — все це пов’язано з тепловими явищами. Принцип дії двигунів автомобілів і пароплавів, літаків та ракет, тепловозів, холодильників, кондиціонерів ґрунтується на теплових явищах. Вони стали також основою виробничих технологій (рис. 1.2).

Вивчати теплові явища людина почала ще з того часу, коли навчилася використовувати вогонь для приготування їжі та обігріву житла. Хоча зусиллями видатних фізиків досягнуто визначних успіхів у формуванні вчення про теплоту та його використання в науці й техніці, цей напрям залишається одним із пріоритетних у сучасній фізиці. Над розробленням цієї проблематики у світі працюють потужні наукові колективи, до яких належать і науково-дослідні установи України: Інститут технічної теплофізики в Києві та Фізико-технічний інститут низьких температур імені Б. І. Вєркіна у Харкові.

ТЕПЛОВИЙ РУХ, ЙОГО ПРОЯВИ ТА ПРИРОДА. Досліджуючи теплові явища, вчені встановили, що вони зумовлені тепловим рухом частинок речовини (молекул). Під час нагрівання тіла інтенсивність теплового руху молекул речовини зростає, а у разі охолодження зменшується.

Тепловим рухом називають безперервний хаотичний рух частинок речовини.

Щоб спостерігати прояв теплового руху мікрочастинок речовини, виконаємо дослід. У склянку з чистою водою додамо декілька крапель забарвленої рідини, наприклад, чорнил. За деякий час помітимо, що вода в склянці поступово забарвлюється — відбувається явище дифузії (від лат. diffusion — поширення) (рис. 1.3, а). Дифузію можна спостерігати, зануривши в склянку пакетик чаю (рис. 1.3, б).

Дифузія — це явище взаємного проникнення речовин _одна в одну в результаті теплового руху їх частинок._

Дифузія може відбуватися в газах, рідинах та твердих тілах. Явище дифузії поширене в природі, а також використовується під час виробництва різноманітних розчинів, барвників, клеїв, пластичних мас, сплавів. Сучасні технології дифузійного зварювання забезпечують отримання міцних і надійних з'єднань.

З досвіду ви знаєте, що чай заварюють у гарячій воді, а цукор у ній розчиняється значно швидше, ніж у холодній. Тобто швидкість дифузії зростає з підвищенням температури.

Найвищою є швидкість дифузії в газах. Наприклад, парфуми або інші леткі речовини досить швидко поширюються у повітрі

кімнати. Ця особливість може спричиняти й шкідливі наслідки. Зокрема, на хімічних виробництвах унаслідок дифузії в атмосферу виділяються шкідливі речовини. Тому для їх поглинання встановлюють спеціальні фільтри.

 

 

Досліди підтверджують, що частинки речовини поширюються в усі боки однаково. Тобто тепловий рух молекул речовини відбувається однаково в усіх напрямах. При цьому він є невпо-рядкованим або хаотичним (від грец. chaos — невпорядкована суміш). Хаотичність теплового руху мікрочастинки смоли можна спостерігати в мікроскоп. Унаслідок бомбардування частинки молекулами води вона починає рухатися (рис. 1.4, а). Оскільки тепловий рух молекул є хаотичним, то і напрям руху частинки смоли постійно змінюється і теж є хаотичним. Якщо зафіксувати початкове положення частинки смоли й позначати її переміщення через рівні проміжки часу, то отримаємо ламану лінію, що відповідає хаотичному тепловому руху мікрочастинки (рис. 1.4, б).

Тепловий рух завислих у рідині частинок вперше спостерігав та описав англійський ботанік Р. Броун.

Тому тепловий рух мікрочастинок, завислих у рідині або газі, називають бро-5шівським. Явище броунівського руху полягає в тому, що молекули рідини або повітря зіштовхуються з мікрочастинкою, яка перебуває в завислому стані у рідині або газі. Молекули “штовхають” мікрочастинку з різних боків, і ці зіткнення

Альберт Ейнштейн (1879-1955) Видатний німецький та американський фізик-теоретик. Автор унікальних праць із теорії відносності, фотоелектричного ефекту, молекулярно-кінетичної теорії. Лауреат Нобелівської премії з фізики.

Мар’ян Смолуховський (1872—1917) Видатний український та польський учений. Професор

і ректор Львівського університету. Основоположник статистичної фізики.

Жан Батист Перрен (1870—1942) Французький учений, який експериментально довів, що броунівський рух є наслідком теплового руху молекул середовища.

не компенсуються, позаяк їх кількість у кожний момент часу з кожного боку різна. У результаті частинка рухається в певному напрямі. Цей напрям постійно змінюється, оскільки молекули рухаються хаотично, а їх зіткнення з мікрочастинкою речовини мають випадковий характер. Мікрочастинки рухаються за рахунок теплового хаотичного PirXy молекул і не можуть бути зупинені. Інтенсивність броунівського PirXy зростає з підвищенням температури. Він є наочним підтвердження основних положень молекулярно-кінетичної теорії: всі речовини складаються з частинок; частинки речовини перебувають у безперервному хаотичному русі; частинки речовини взаємодіють одна з одною.

Наукові основи вчення про будову речовини та тепловий PirX її частинок розвивали в свої працях видатні учені А. Авогадро, А. Лавуазье, М. В. Ломоносов, Б. Румфорд, П. Деві. У 1905— 1906 рр. видатний німецький фізик А. Ейнштейн та український і польський учений М. Смолуховський розробили теорію руху броунівської частинки. Вони довели, що ці частинки рухаються як гігантські молекули, середня кінетична енергія яких дорівнює середній кінетичній енергії молекул, що їх оточують.

Французький учений Ж. Б. Перрен у 1908 р. виконав низку експериментальних досліджень броунівського руху і підтвердив молекулярно-кінетичну теорію Ейнштейна — Смолуховського.

Головне в цьому параграфі

Теплові явища зумовлені хаотичним рухом частинок речовини, який називають тепловим рухом.

Явище дифузії та броунівський рух є експериментальним підтвердженням теплового руху частинок речовини.

Дифузія відбувається внаслідок взаємного проникнення речовин у результаті теплового руху їх частинок. Явище дифузії використовується у виробництві розчинів та барвників, пластичних мас, сплавів, а також у зварюванні.

Броунівський рух наочно підтверджує основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини: всі речовини складаються з частинок; частинки речовини перебувають у безперервному хаотичному русі; частинки речовини взаємодіють одна з одною.

Запитання для самоперевірки

1.    Наведіть приклади теплових явищ у природі.

2.    Наведіть приклади нагрівання та охолодження тіл.

3.    У чому полягає явище дифузії речовин? Наведіть приклади.

4.    Як впливають зміни температури на дифузію речовин?

5.    Які явища вказують на невпорядкованість та хаотичність руху частинок речовини?

6.    Поясніть причину броунівського руху.

7.    Які основні положення молекулярно-кінетичної теорії речовини підтверджуються броунівським рухом?

Домашній експеримент

У чайну чашку налийте воду й обережно покладіть грудочку цукру. Залиште чашку на певний час, не перемішуючи рідину. Через 2—З години візьміть води з поверхні ложечкою й покуштуйте. Опишіть смак води. Поясніть, яке явище відбулося.

Готуємося до виконання навчального проекту

Використовуючи науково-популярні джерела та інформаційно-пошукові системи, підготуйте інформацію на тему: “Видатні українські та зарубіжні вчені-фізики, які зробили вагомий внесок у розвиток учення про теплоту”.

Вправа до § 1

1    (п). Чи є невпорядкований рух порошинок у повітрі броунівським?

2    (п). Чому пил може надовго зависати у повітрі?

3    (с). Поясніть, чому використовувати фарбу дозволяється в добре

провітрюваних приміщеннях.

4    (с). Порівняйте швидкість руху молекул повітря та швидкість дифузії

в повітрі. Поясніть відповідь.

5    (д). Лінійний розмір молекули білка становить 40 · 10 8 см. Визна

чте, яка кількість таких молекул може розміститися в 1 см за умови, що відстані між молекулами дорівнюють розмірам самих молекул?

6    (д). Маса молекули води 3 · 10 26 кг. Визначте кількість молекул у

60 см3 води.

 

Це матеріал з Підручника Фізика 8 Клас Головко

 

 

Категорія: Фізика

Автор: evg от 7-08-2016, 14:18, посмотрело: 3650