Тепловые явления

разглядеть не только простым глазом, но и с помощью даже самого мощного оптического микроскопа.

Изображение атомов на поверхности кристалла кремния, полученное с помощью туннельного микроскопа

Атом – наименьшая химически неделимая часть химического элемента, являющаяся носителем его свойств.

Все тела состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул.
Частицы, образующие вещество, находятся в непрерывном хаотическом движении, которое называется тепловым.
Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу.

Различия атомов химических элементов и их число можно определить по периодической таблице Менделеева.

различны

Молекулы одного вещества одинаковы

Молекулы состоят из атомов

Молекула - это наименьшая частица вещества, определяющая его свойства и способная к самостоятельному существованию.
Атом – частный случай молекулы.
Размеры молекул также ничтожно малы.

молекулами в веществе существуют промежутки:

Доказательствами существования промежутков служат:
изменение объема вещества, т.е. расширение и сжатие вещества при изменении температуры;
явление диффузии, т.е. взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого

они притягиваются (эффекты прилипания, смачивания, усилия при растяжении);
они отталкиваются (упругость, не сжимаемость твердых и жидких тел); Силы взаимодействия частиц вещества проявляются только на расстояниях, сравнимых с размерами самих частиц.
они не взаимодействуют на расстояниях заметно больших, чем размер частиц

Молекулы вещества взаимодействуют между собой:

состояниях: твердом, жидком и газообразном.

Твердое тело. Частицы (молекулы или атомы) твёрдых тел расположены в определённом порядке. Эти частицы находятся в непрерывном колебательном движении около определённых точек, которые называются узлами кристаллической решетки. Свободно перемещаться с места на место частицы практически не могут, поэтому твёрдое тело сохраняет свою форму и свой объём.

Жидкость по своему строению занимает промежуточное положение между газом и твёрдым телом. Молекулы или атомы в жидкостях расположены вплотную друг к другу, но образуют упорядоченную структуру лишь кратковременно. Поэтому жидкость сохраняет свой объём, но не имеет определённой формы.

Газ. Среднее расстояние между молекулами значительно больше размера молекул. Силами молекулярного взаимодействия можно пренебречь, кроме моментов, когда молекулы сталкиваются. Молекулы в газах непрерывно движутся практически независимо друг от друга. Газы не имеют собственной формы и постоянного объёма.

тел. Величиной, характеризующей тепловое состояние тел, является температура.

- чем выше скорость движения молекул, тем больше температура тела;
- чем больше масса молекул, тем выше температура тела;

Температура тела обусловлена интенсивностью беспорядочного хаотического движения молекул, которое называется тепловым движением.

Температура тела зависит от массы и скорости движения молекул:

В газе молекулы совершают хаотичные поступательные движения, периодически сталкиваясь с другими молекулами или стенками сосуда.

В твердом теле молекулы совершают колебательные движения около некоторых положений равновесия. Эти положения равновесия образуют упорядоченную структуру – кристаллическую решетку.

В жидкости молекулы совершают хаотичные поступательные движения, кратковременно создавая упорядоченную структуру. При этом молекулы совершают колебательные движения.

характеризующей тепловое состояние тел, является температура.

тепловым движением.

среды термометр следует поместить в эту среду и подождать до тех пор, пока температура прибора не перестанет изменяться, приняв значение, равное температуре окружающей среды.

В наиболее распространенной температурной шкале Цельсия за нуль (с середины XVIII в.) принимается температура тающего льда, а за 100 градусов - температура кипения воды при нормальном атмосферном давлении.

Приборы, служащие для измерения температуры, называются термометрами. Действие такого термометра основано на тепловом расширении вещества. При нагревании столбик используемого в термометре вещества (например, ртути или спирта) увеличивается, при охлаждении уменьшается

 

 

атомов и молекул и потенциальной энергии их взаимодействия друг с другом

Механическая энергия тела Е складывается из его кинетической энергии K и потенциальной энергии П его взаимодействия с другими телами

Внутренняя энергия тела зависит от температуры тела, агрегатного состояния вещества и других факторов

Полная энергия тела W складывается из его механической энергии Е и его внутренней энергии U

Из-за трения тела о воздух (или при ударе о другие тела) уменьшается механическая энергия. Она не исчезает, а превращается во внутреннюю энергию, что сопровождается ростом температуры тел.

Закон сохранения энергии. Полная энергия системы тел, равная сумме их механической и внутренней энергий, при любых процессах остается неизменной.

W = (K + П) + U = const

его внутренней энергии U

Энергия тела

системы остается постоянной.

При нагревании тела его внутренняя энергия увеличивается, при охлаждении - уменьшается.

1 способ путем совершения над телом работы, в частности силами трения, сопротивления, пластической деформации. Внутренняя энергия изменяется на величину совершенной работы А

2 способ: путем теплообмена, в частности при контакте с телом, имеющим более высокую температуру. Внутренняя энергия изменяется на величину равной количеству переданной теплоты Q

Внутреннюю энергию тела можно изменить:

Часть внутренней энергии, переданной от одного тела к другому при теплообмене, обозначают символом Q и называют количеством теплоты.

Тепловое равновесие в системе устанавливается спустя некоторое время при отсутствии внешних воздействий на тела системы.

(излучение).

1. Теплопроводность — это вид теплообмена, при котором происходит непосредственная передача энергии от частиц более нагретой части тела к частицам его менее нагретой части.

При теплопроводности само вещество не перемещается вдоль тела, а переносится лишь энергия.

2. Конвекция — это теплообмен в жидких и газообразных средах, осуществляемый потоками (или струями) вещества.

3. Лучистый теплообмен (излучение) — это теплообмен, при котором энергия переносится различными лучами. Это могут быть солнечные лучи, а также лучи, испускаемые нагретыми телами, находящимися вокруг нас.

совершения работы и путем теплообмена. При осуществлении первого из этих способов внутренняя энергия тела изменяется на величину совершенной работы А, а при осуществлении второго из них ‒ на величину, равную количеству переданной теплоты Q.
Энергия U, работа А и переданная теплота Q выражается в Джоулях (Дж)

Лирическое отступление: Обозначим начальное значение некоторой физической величины как В1, а конечное значение (после того, как она изменилась) ‒ как В2. Тогда изменение физической величины, равное разности В2 ‒ В1 будем называть приращением этой физической величины и обозначать его как ΔВ = В2 ‒ В1

Поэтому мы можем записать, что приращение внутренней энергии
Δ U = U2 ‒ U1

Если внутренняя энергия тела увеличивается, то U2 > U1, следовательно, ΔU > 0;
Если внутренняя энергия тела уменьшается, то U2 < U1, следовательно, ΔU < 0.

В зависимости от того, каким способом (путем совершения над телом работы или путем теплообмена или обоими способами одновременно) изменялась внутренняя энергия, ее приращение:

Приращение внутренней энергии системы равно, сумме работы внешних сил и количества теплоты, полученного системой.

ΔU = U2 – U1 = A + Q

до одинаковой температуры требуется разное количество теплоты.

Физическая величина, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 кг вещества на 1°С, называется удельной теплоемкостью этого вещества. Удельная теплоемкость обозначается символом «с»

 

Чтобы найти количество теплоты Q, необходимое для нагревания тела или выделяемое им при охлаждении, нужно удельную теплоемкость тела c умножить на его массу m и на разность между его конечной tк и начальной tн температурами:

 

При нагревании тела tк > tн , следовательно, Q > 0.
При охлаждении тела tк < tн, следовательно, Q < 0.

внешних воздействий, то в уравнении:

ΔU = U2 – U1 = A + Q

А = 0 и Q = 0. Поэтому ΔU = 0. Внутренняя энергия системы будет оставаться неизменной, несмотря ни на какие процессы, происходящие внутри системы.

Закон сохранения внутренней энергии. При любых процессах, происходящих в изолированной системе, ее внутренняя энергия остается неизменной.

Рассмотрим изолированную систему, состоящую из двух тел с разной температурой. Первое «холодное» тело имеет массу m1, удельную теплоемкость c1 и температуру t1. Второе «горячее» тело имеет массу m2, удельную теплоемкость c2 и температуру t2. В процессе теплообмена более горячее тело будет отдавать энергию, а менее нагретое ‒ ее получать. Это будет происходить до тех пор, пока температура тел не станет одинаковой и равной t.

Количество теплоты, отданное при теплообмене более горячим телом, будет равно по модулю количеству теплоты, полученному менее горячим телом:

Qпол = – Qотд

Уравнением теплового баланса.

c1m1(t – t1) = – c2m2(t – t2)