Молекулярная физика и тепловые явления

1.

Молекулярная физика и
Тепловые явление
Чайка Петр Петрович

2.

Начнем с начала начал
• Из чего все состоит?

3.

Основной состав
• Тело
• Вещество
• Молекулы
• Атомы
• Элементарные частицы

4.

Определения
• Тело – это физический объект, обладающий массой и занимающий определенное пространство. Тела могут быть
как макроскопическими (например, Земля, стол), так и микроскопическими (например, молекулы, атомы).
• Вещество
• Вещество – это форма материи, обладающая массой и объемом. Вещество состоит из частиц и бывает в различных
состояниях: твердый, жидкий и газообразный.
• Молекулы
• Молекулы – это частицы, состоящие из двух или более атомов, связанных химическими связями. Молекулы
являются основными структурными единицами веществ, как простых, так и сложных.
• Атомы
• Атомы – это наименьшие единицы химического элемента, сохраняющие его свойства. Атом состоит из ядра,
содержащего протоны и нейтроны, и электронов, вращающихся вокруг ядра.
• Элементарные частицы
• Элементарные частицы – это наименьшие известные частицы, которые не состоят из других частиц. К ним
относятся кварки, лептоны (например, электроны и нейтрино) и бозоны (например, фотон и глюон).

5.

Как доказать что все состоит из частиц?
• Броуновское движение — это беспорядочное
движение микроскопических видимых
взвешенных частиц твёрдого вещества в
жидкости или газе, вызываемое тепловым
движением частиц жидкости или газа.
Роберт Броун (1773-1858)
Английский ботаник

6.

Тепловое движение
• Тепловое движение молекул — это хаотичное движение
мельчайших частиц, составляющих структуру вещества.
• В ходе движения молекулы сталкиваются друг с другом и
разлетаются в разные стороны. Скорость такого движения
зависит от температуры вещества: чем она выше, тем скорость
больше.
• В тепловом движении участвуют все молекулы вещества, более
интенсивно в том месте, которое нагревается.

7.

Тепловое движение ≠ Броуновское движение
Почему?
• 1. Происхождение: Тепловое движение — это общее движение всех
частиц в веществе, тогда как Броуновское движение — это следствие
взаимодействия более крупных частиц с движущимися частицами
среды.
• 2. Специфика: Тепловое движение наблюдается во всем веществе,
тогда как Броуновское движение явно проявляется только для частиц,
находящихся в жидкости или газе.
• 3. Наблюдение: Тепловое движение является основой тепловых
свойств материалов, тогда как Броуновское движение можно
наблюдать с помощью микроскопа или других методов визуализации.

8.

Диффузия
• Диффузия (от лат. diffusio — растекание, распространение,
рассеивание) — процесс установления наиболее вероятного
пространственного распределения частиц при их хаотическом
движении в газах, жидкостях и твёрдых телах.

9.

Решение.
А) В процессе нагревания стального шарика наблюдается явление теплового расширения (2).
Б) Тепловое расширение связано с увеличением скорости теплового движения молекул (3).
В) Масса шарика не изменяется (5).
Г) Объем шарика увеличится (7).

10.

Решение.
1. Верно. Смешивание двух жидкостей и распространение запаха духов связано с явлением диффузии.
2. Неверно. В опытах не меняли температуру тел.
3. Верно. В опытах наблюдали, как быстро происходит диффузия в жидкостях и газах.
4. Неверно. В опытах не меняли жидкости.
5. Неверно. В опытах не участвовали твердые тела.

11.

Решение.
Движение взвешенных частиц в результате ударов хаотически движущихся молекул воды — это броуновское
движение (4).
Ответ: 4.

12.

3+1 агрегатных состояния
Твердое
Жидкое
Газообразное
Плазма

13.

3+1 агрегатных состояния

14.

Решение.
Воздух в бутылке нагрелся, давление возросло, воздух расширился, проник в шарик и надул его.
Правильный ответ указан под номером 2.

15.

Решение.
Воздух в бутылке остыл, давление упало, поэтому наружное атмосферное давление протолкнуло
воздушный шарик в бутылку.
Правильный ответ указан под номером 3.

16.

Тип 11
Решение.
Поскольку газ нагревают, его температура увеличится. Так как газ находится в закрытом объеме, а
температура увеличивается, давление газа тоже увеличится.

17.

18.

19.

Механическая энергия
• Полная механическая энергия равна сумме кинетической и
потенциальной энергий тел, входящих в систему.
• Потенциальная энергия – энергия взаимодействия тел,
обусловленная их взаимным расположением или взаимным
расположением частей тела.
• Кинетическая энергия– энергия, которой обладает движущееся
тело.

20.

21.

22.

Внутренняя энергия
• Внутренняя энергия — это кинетическая энергия всех молекул, из
которых состоят тела, и потенциальная энергия их
взаимодействия.
• Екин мол+Епот=Евн
Внутренняя энергия ≠ Механическая энергия

23.

Свойства Внутренней энергии
• Внутренняя энергия зависит от температуры тела и его агрегатного
состояния. Она не зависит ни от механического движения тела, ни от
положения тела относительно других тел.
Внутренняя энергия может изменяться:
• при повышении температуры внутренняя энергия увеличивается;
• при уменьшении температуры она уменьшается.
• Изменение внутренней энергии может происходить при совершении
работы над телом или при совершении работы самим телом.
• Способ изменения внутренней энергии без совершения работы
называется теплопередачей.

24.

Как ее(Внутреннюю энергию) поменять?
• Способы изменения внутренней энергии:
• Изменение температуры, массы или агрегатного состояния.
• Совершение работы. Внутренняя энергия тела увеличивается,
когда работу совершают над телом, и уменьшается, когда работу
совершает само тело.
• Теплообмен. Если в результате теплообмена тело остывает, то его
внутренняя энергия уменьшается, если нагревается, то энергия
увеличивается.

25.

26.

27.

28.

Ответ: 4186.

29.

30.

Решение.
Черная поверхность поглощает свет лучше, чем белая,
поэтому термометр в черном футляре нагреется больше,
чем термометр в белом.
Правильный ответ указан под номером 3.

31.

32.

33.

34.

35.

36.

37.

38.

39.

40.

41.

42.

43.

3+1 агрегатных состояния
Твердое
Жидкое
Газообразное
Плазма

44.

Тепло

45.

Ляпота какая (все тут есть)

46.

47.

48.

49.

50.

51.

52.

53.

54.

55.

56.

57.

58.

УРОВНЕНИЕ ТЕПЛОВОГО БАЛАНСА

59.

60.

61.

62.

63.

64.

65.

66.

67.

68.

69.

70.

71.

72.

73.

74.

75.

76.

77.

78.

79.

80.

81.

Влажность воздуха
• ключевые понятия:
• насыщенный пар
• абсолютная влажность
• относительная влажность
• точка росы
• гигрометры

82.

83.

Насыщенный пар
• Насыщенный пар — пар,
находящийся в динамическом
равновесии со своей жидкостью.
• В таком случае ненасыщенный пар
— пар, который не находится в
динамическом равновесии. Это
означает, что количество молекул,
находящееся над жидкостью, не
постоянно и процесс испарения
продолжается.
• Ненасыщенный пар - пар, НЕ
находящийся в динамическом
равновесии со своей жидкостью.
На нашей планете вода испаряется непрерывно:
с поверхностей рек, озер, морей, океанов, а
также с растительных и ледяных покровов.
Атмосфера всегда наполнена водяным паром —
тут-то в дело и вступает понятие влажности.

84.

85.

86.

Приборы для измерения влажности
• Основные приборы для измерения влажности —
психрометрический, волосяной и конденсационный гигрометры.

87.

Психрометрический гигрометр
• В устройство психрометрического
гигрометра входят два обыкновенных
термометра: сухой и влажный (его конец
обмотан тканью, опущенной в воду).
Градусники дают разные показания: по этой
разности температур с помощью
специальных таблиц и определяют
влажность воздуха.

88.

• Составим алгоритм работы с психрометрическим гигрометром
(психрометром):
1. Зафиксировать показания сухого и влажного термометров.
2. Найти разницу их значений.
3. Сопоставить пункты 1 и 2 с помощью психрометрической
таблицы.
• Давайте закрепим полученные знания на задаче. Предположим,
сухой термометр зафиксировал температуру, равную 22 °С, а
влажный — температуру, равную 19 °С. Чему будет равна
влажность воздуха?
Решение.
Рассчитаем разницу значений температур: 22 − 19 = 3.
Найдем в таблице столбец со значением температуры по сухому
термометру и сопоставим ее с разницей показаний. Влажность
воздуха будет равна 76%.Ответ: влажность воздуха равна 76%.

89.

Волосяной гигрометр
• С волосяным гигрометром дела
обстоят куда проще. Его действие
основано на способности волоса
увеличивать свою длину при росте
влажности воздуха (думаем, многие
из вас сталкивались с проблемой
испорченной прически в особенно
пасмурные дни). Вследствие
изменения длины волоса стрелка
перемещается, указывая на
соответствующее значение
относительной влажности на
круговой шкале.

90.

Конденсационный гигрометр
• С помощью конденсационного
гигрометра можно определить
относительную влажность воздуха по
точке росы. Готовы предположить, что
сейчас вы напряглись, так как появилась
новая непонятная физическая величина.
Уверяем вас, в ней нет ничего сложного.
• Точка росы — это температура воздуха,
при которой содержащийся в нем пар
достигает состояния насыщения и
начинает конденсироваться в росу.
• Для определения этой точки также
существует таблица.

91.

92.

Как пользоваться этой таблицей?
• Первое, что нам нужно узнать, — это значение начальной температуры
воздуха и его относительную влажность. Допустим, мы взяли воздух при
температуре 20 °С и влажности 65%. До какой температуры необходимо
охладить его, чтобы водяной пар начал конденсироваться? Сопоставим
данные значения по таблице: им будет соответствовать 13,2 °С.
• Но вернемся к конденсационному гигрометру. Почему он так называется?
Дело в том, что его действие основано на измерении количества конденсата,
который скапливается на стеклянных поверхностях. Встроенный термометр
измеряет значение температуры этой жидкости, что трансформируется
внутри прибора в значения относительной влажности.
• Гигрометр такого типа считается высокоточным прибором. Его используют
для получения информации о микроклимате в помещении.

93.

Зачем измерять влажность воздуха
• Возможно, вы немного устали, и это абсолютно нормально. Понятие влажности
связано с большим количеством определений, формул и таблиц. Возможно, у вас
даже возник вопрос: «А так ли важно измерять влажность?» Попробуйте сами на
него ответить.
• Мы уже упоминали о чувствительности организмов к изменениям этого показателя.
Среднестатистический человек чувствует себя комфортно при уровне
относительной влажности около 40–60%, но для людей, страдающих от астмы и
других заболеваний, эти показатели могут меняться.
• Для тропических растений необходимо поддерживать высокие показатели
влажности, для пустынных же это будут невыносимые условия.
• Не только живые организмы, но и техника зависит от содержания влаги в воздухе:
большая концентрация может привести к коррозии и поломкам.
• Как мы видим, многое в жизни человека зависит от понимания физических
процессов и явлений. Как говорится, знание — сила, а еще комфорт, здоровье и
благополучие.

94.

95.

96.

97.

98.

99.

100.

101.

102.

103.

1) Относительная влажность
воздуха в этом помещении равна
65%.
2) Плотность водяного пара в
воздухе в этом помещении равна ≈
10,0 г/м3.
3) Если температура воздуха в этом
помещении понизится на 1 градус, то
показание влажного термометра
тоже уменьшится на 1 градус.
4) Чтобы в этом помещении выпала
роса, температура воздуха в
помещении должна уменьшиться на
11 °C.
5) Масса водяного пара в этом
помещении равна 2,23 кг.