§ 1. Рух молекул і тепловий стан тіла. Температура.

Безперервний хаотичний рух атомів і молекул називають тепловим рухом.

► 1. Які явища відносяться до теплових?

Тепловий рух як причина теплових явищ.

При вивченні фізичних явищ і закономірностей у попередніх розділах курсу фізики нас не цікавило питання про те, яким є досліджуване тіло: холодним чи гарячим. Тепер на вас чекає вивчення нового кола явищ - теплових. З тепловими явищами ми постійно маємо справу у побуті (нагріваємо воду, опалюємо оселю). Вони широко використовуються в техніці (лиття сталі, плавлення металів).

Теплові явища постійно відбуваються й у Всесвіті - випромінювання Сонця та зір дає тепло Землі та іншим планетам.

За рахунок чого відбуваються теплові явища? З курсу фізики 7-го класу ви дізналися, що речовини складаються з частинок (атомів та молекул), які перебувають у безперервному хаотичному русі. Чим повільніший рух частинок у тілі, тим воно холодніше. І навпаки: зростання швидкості хаотичного руху частинок свідчить про нагрівання тіла.

Це означає, що швидкість руху атомів і молекул визначає тепловий стан тіла, тобто його температуру. Саме тому цей рух називають тепловим.

Тепловий рух частинок тіла зумовлює існування теплових явищ,до яких від-

носяться нагрівання та охолодженнятіл, плавлення та кристалізація, випаровування та конденсація. Теплові явища супроводжуються зміною швидкості теплового руху атомів і молекул.

На особливу увагу заслуговує таке теплове явище, як теплове випромінювання.По-перше, воно притаманне усім тілам. По-друге, за рахунок теплового випромінювання існує життя на Землі, адже Сонце є джерелом теплового випромінювання.

Наприклад, у різні пори року зі зміною теплового випромінювання від Сонця змінюється й температура навколишнього середовища, а, отже, все навколо. Так, з настанням веснипроростають рослини, починають зеленіти поля, сади, ліси і луки, розквітають квіти. Влітку, коли середня температура повітря вдень стає більш високою, а ночі - значно теплішими, ніж весною - зріють фрукти, овочі й зернові культури, починають сохнути трави, міліють дрібні річки і озерця. Восенисередня добова температура помітно зменшується: листя на деревах жовтіє й опадає, а люди починають дбати про утеплення своїх осель. Взимкурослинне і тваринне життя завмирає.

Теплові явища нерозривно пов'язані з іншими природними явищами, насамперед, з біологічними, хімічними, географічними. Нерідко цей взаємозв’язок є визначальним у забезпеченні життєдіяльності не лише окремої людини, а й людської спільноти в цілому. На рисунку 1

показано, якими є ті чи інші природні умови, спричинені різним географічним положення місцевості та надходженням тепла від Сонця.

Теплові явища широко використовуються людиною в побуті, у виробничій діяльності, на транспорті. Зокрема, сучасний світ не можна уявити без теплових машин (теплових двигунів та холодильних установок). Окремі приклади транспортних засобів, які працюють на теплових двигунах, показано на рисунку 2: а) літак АН-225 («Мрія») у польоті;

б)    автобус «Богдан» на вулицях Києва;

в)    швидкісний електропоїзд «Тарпан» українського виробництва; г) ракетно-космічний комплекс «Буран»; д) крейсер «Кіровоград» ВВС України.

► 2. Температура — характеристика теплового стану тіла.

З поняттям температури ви знайомі з дитинства і знаєте, що її можна охарактеризувати на дотик як міру нагрітості тіл (холодне, тепле, гаряче). При цьому про більш нагріте тіло ми кажемо, що воно має вищу температуру, а температура менш нагрітого тіла - нижча. Але на дотик температуру тіла можна оцінити лише наближено, оскільки, як ви вже знаєте, пізнання на основі відчуттів є недостатньо достовірним. Тому для визначення температури необхідно одержати кількісне вираження міри нагрітості тіла, тобто мати засіб для вимірювання температури. Температура є важливою

характеристикою погодних умов, а також показником стану здоров’я людини (нормальною вважається температура тіла від 36,6 ⁰C до 37 °С). Спробуємо усвідомити: що ж таке температура? З одного боку, як ми вже встановили, це міра нагрітості тіл. З іншого - характеристика швидкості теплового руху атомів і молекул, з яких складається тіло. Таким чином, температура - це фізична величина, яка характеризує внутрішній тепловий стан тіла і визначається рухом величезної кількості атомів і молекул, з яких складається тіло.

Із поняттям «фізичний стан тіла» ви вже ознайомилися на початку вивчення фізики у 7-му класі і знаєте, що стан тіла визначається сукупністю деякого числа фізичних величин, які характеризують фізичні властивості тіла. Фізичні величини, що визначають стан тіла, називають характеристиками (або параметрами) стану. Отже, основною характеристикою теплового стану тіла є його температура.

► 3. Теплова рівновага.

Якщо у тепловому процесі беруть участь два або більше тіл (система тіл), то перебіг цього процесу буде підкорюва-тися певним закономірностям. Зокрема, тіло з вищою температурою буде передавати теплоту тілу з меншою температурою. Наприклад, якщо ви наливаєте гарячу каву у чашку, то температура стінок чашки зрівнюється з температурою

кави. Якщо ж ви залишите каву у чашці в кімнаті, то з часом температура кави і температура стінок чашки будуть дорівнювати температурі у кімнаті. Такий процес передавання теплоти від одного тіла до іншого називається теплообміном.

Отже, можна сформулювати висновок: якщо два тіла (або система тіл) перебувають у стані теплообміну і не взаємодіють з іншими тілами, то температури цих тіл з часом вирівнюються і стають однаковими. Такий стан називають тепловою рівновагою.

Якщо у стані теплової рівноваги тіла системи не будуть зазнавати зовнішніх впливів, то стан теплової рівноваги не порушиться. Головною закономірністю теплообміну є той факт, що самодовільна передача теплоти завжди відбувається в напрямі від більш нагрітого до менш нагрітого тіла. Зворотного процесу, тобто самодовільної передачі теплоти у напрямі від менш нагрітого до більш нагрітого тіла в природі не існує.

При передачі теплоти від одного тіла до іншого зміни їх хімічного складу та маси не відбувається. Передача теплоти здійснюється внаслідок руху та взаємодії атомів і молекул.

Процес зміни теплового стану тіла називається теплообміном.

Подумайте і дайте відповідь

1.    Який рух називається тепловим? Від чого залежить швидкість теплового руху?

2.    Наведіть приклади теплових явищ.

3.    Як впливає теплове випромінювання Сонця на життя на Землі?

4.    Який фізичний зміст мають поняття: гаряче тіло; холодне тіло?

5.    Що таке температура? Чим вона визначається?

6.    Назвіть основну характеристику теплового стану тіла. У якому випадку відбуватиметься тепловий процес?

Розв’яжіть задачі та оцінить результати

Вправа 1.

1.    На першій сторінці розділу 1 наведено чотири фотографії одного і того краєвиду в Національному дендрологічному парку «Софіївка» (Україна, м. Умань), виконані впродовж року. Користуючись ними, виокремте, означте і охарактеризуйте природні явища, обумовлені зміною температури середовища у різні пори року. В яку пору року виконана кожна з фотографій? Відповідь обґрунтуйте посиланнями на виявлені на фотографіях ті чи інші відмінності.

2.    Наведіть приклади теплових явищ у побуті людини, у техніці та у природі. Охарактеризуйте їх.

Це матеріал з підручника Фізика 8 клас Шут