Тепловое движение. Атомы и молекулы вещества совершают беспорядочное (хаотическое) движение, называемое тепловым движением. Движение молекул беспорядочно в связи с тем, что число их в телах, которые нас окружают, очень велико и молекулы взаимодействуют друг с другом. Понятие теплового движения не применимо к системам из нескольких молекул. Хаотическое движение огромного числа молекул качественно отличается от упорядоченного механического перемещения отдельных тел. Именно поэтому оно представляет собой особую форму движения материи, обладающую специфическими свойствами.

 

Тепловое движение обусловливает внутренние свойства тел, и его изучение позволяет понять многие физические процессы, протекающие в телах.

Макроскопические тела. В физике тела, состоящие из очень большого числа атомов или молекул, называют макроскопическими. Размеры макроскопических тел во много раз превышают размеры атомов. Газ в баллоне, вода в стакане, песчинка, камень, стальной стержень, земной шар — все это примеры макроскопических тел.

Мы будем рассматривать процессы в макроскопических телах.

Тепловые явления. Тепловое движение молекул зависит от температуры. Следовательно, изучая тепловое движение молекул, мы тем самым будем изучать явления, зависящие от температуры тел. При нагревании происходят переходы вещества из одного состояния в другое: твердые тела превращаются в жидкости а жидкости — в газы. При охлаждении, наоборот, газы превращаются в жидкости, а жидкости — в твердые тела. Эти и многие другие явления, обусловленные хаотическим движением атомов и молекул, называют тепловыми явлениями.

Значение тепловых явлений. Тепловые явления играют огромную роль в жизни людей, животных и растений. Изменение температуры воздуха на 20—30°С при смене времени года меняет все вокруг нас. С наступлением весны природа пробуждается, леса одеваются листвой, зеленеют луга. Зимой же богатые летние краски заменяются однообразным белым фоном, жизнь растений и многих насекомых замирает. При изменении температуры нашего тела всего лишь на один градус мы уже чувствуем недомогание.

Изменение температуры оказывает влияние на все свойства тел. Так, при нагревании или охлаждении изменяются размеры твердых тел и объем жидкостей. Значительно меняются также их механические свойства, например упругость. Кусок резиновой трубки не пострадает, если ударить по нему молотком. Но при охлаждении до температуры ниже -100°С резина становится хрупкой, как стекло. От легкого удара резиновая трубка разбивается на мелкие кусочки. Лишь после нагревания резина вновь обретет свои упругие свойства.

Все перечисленные выше и многие другие тепловые явления подчиняются определенным законам. Эти законы так же точны и надежны, как и законы механики, но отличаются от них по содержанию и форме. Открытие законов, которым подчиняются тепловые явления, позволяет с максимальной пользой применять эти явления на практике, в технике. Современные тепловые двигатели, установки для сжижения газов, холодильные аппараты и другие устройства конструируют на основе знания этих законов.

Молекулярно-кинетическая теория. Теория, объясняющая тепловые явления в макроскопических телах и внутренние свойства этих тел на основе представлений о том, что все тела состоят из отдельных хаотически движущихся частиц, носит название молекулярно-кинетической теории. В теории ставится задача связать закономерности поведения отдельных молекул с величинами, характеризующими свойства макроскопических тел.

Еще философы древности догадывались о том, что теплота — это вид внутреннего движения частиц, слагающих тела. Большой вклад в развитие молекулярно-кинетической теории был сделан великим русским ученым М. В. Ломоносовым. Ломоносов рассматривал теплоту как вращательное движение частиц вещества. С помощью своей теории он дал вполне правильное в общих чертах объяснение явлений плавления, испарения и теплопроводности. Им был сделан вывод о существовании «наибольшей или последней степени холода», когда движение частичек вещества прекращается

Однако трудности построения молекулярно-кинетической теории привели к тому, что окончательную победу она одержала лишь в начале XX в. Дело в том, что число молекул в макроскопических телах огромно и проследить за движением каждой молекулы невозможно. Необходимо научиться на основе законов движения отдельных молекул находить тот средний результат, к которому приводит их совокупное движение. Именно этот средний результат движения всех молекул определяет тепловые явления в макроскопических телах.

Термодинамика. Вещество обладает многими свойствами, которые можно изучать, не углубляясь в его строение. Тепловые явления можно описывать с помощью величин, регистри руемых такими приборами, как манометр и термометр, которые не реагируют на воздействие отдельных молекул.

В середине XIX в. после открытия закона сохранения энергии была построена первая научная теория тепловых процессов — термодинамика. Термодинамика — это теория тепловых явлений, в которой не учитывается молекулярное строение тел. Она возникла при изучении оптимальных условий использования теплоты для совершения работы задолго до того, как молекулярно-кинетическая теория получила всеобщее признание.

1000 Осталось символов