Что называют тепловым движением 8 класс
Что называют тепловым движением 8 класс
Любое вещество состоит из мельчайших частиц — молекул. Молекула — это наименьшая частица данного вещества, сохраняющая все его химические свойства. Молекулы расположены в пространстве дискретно, т. е. на некоторых расстояниях друг от друга, и находятся в состоянии непрерывного беспорядочного (хаотичного) движения.
Поскольку тела состоят из большого числа молекул и движение молекул беспорядочно, то нельзя точно сказать, сколько ударов будет испытывать та или иная молекула со стороны других. Поэтому говорят, что положение молекулы, её скорость в каждый момент времени случайны. Однако это не означает, что движение молекул не подчиняется определённым законам. В частности, хотя скорости молекул в некоторый момент времени различны, у большинства из них значения скорости близки к некоторому определённому значению. Обычно, говоря о скорости движения молекул, имеют в виду среднюю скорость (v$cp ).
Нельзя выделить какое-то определённое направление, в котором движутся все молекулы. Движение молекул никогда не прекращается. Можно сказать, что оно непрерывно. Такое непрерывное хаотическое движение атомов и молекул называют — тепловое движение. Такое название определяется тем, что скорость движения молекул зависит от температуры тела. Чем больше средняя скорость движения молекул тела, тем выше его температура. И наоборот, чем выше температура тела, тем больше средняя скорость движения молекул.
Броуновское движение
Движение молекул жидкости было обнаружено при наблюдении броуновского движения — движения взвешенных в ней очень мелких частиц твердого вещества. Каждая частица беспрерывно совершает скачкообразные перемещения в произвольных направлениях, описывая траектории в виде ломаной линии. Такое поведение частиц можно объяснить, считая, что они испытывают удары молекул жидкости одновременно с разных сторон. Различие в числе этих ударов с противоположных направлений приводит к движению частицы, поскольку ее масса соизмерима с массами самих молекул. Движение таких частиц впервые обнаружил в 1827 г. английский ботаник Броун, наблюдая под микроскопом частицы цветочной пыльцы в воде, почему оно и было названо — броуновское движение.
Конспект урока «Тепловое движение. Броуновское движение».
Урок 8 класс Тема «Тепловое движение. Температура»
Онлайн-конференция
«Современная профориентация педагогов
и родителей, перспективы рынка труда
и особенности личности подростка»
Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику
Тема «Тепловое движение. Температура»
Цели урока: формирование понятий теплового движения молекул, температуры; знакомство учащихся с основными характеристиками тепловых процессов, с тепловым движением как особым видом движения.
Образовательные: сформировать понятия температуры и теплового движения как беспорядочного движения молекул; сравнить его с механическим движением отдельной молекулы.
Развивающие : развивать интерес к физике, мотивировать необходимость изучения тепловых явлений, раскрывать на интересных и важных примерах их широкое проявление в природе, показывать применение знаний о тепловых явлениях в быту и технике.
Воспитательные: формировать добросовестное отношение к учебному труду, положительной мотивации к учению, коммуникативных умений; способствовать воспитанию гуманности, дисциплинированности, эстетического восприятия мира.
Тип урока. Урок изучения нового материала.
Оборудование: химическая пробирка, закрытая пробкой с индикатором давления, стакан с теплой водой, стакан с горячей водой, стакан с холодной водой, деревянные и металлические предметы, термометры.
Демонстрации: изменение давления при опускании пробирки в теплую воду, определение на ощупь температуры воды в сосудах, температуры различных предметов.
2. Актуализация знаний.
Учитель. Существует притча. Мудрец говорит своему ученику
– Вот этот глиняный горшок я могу наполнить доверху три раза подряд, ни разу не опустошая. Ученик не поверил. Тогда мудрец набросал в горшок камней.
– Наполнился? – спросил он.
– Наполнился, – ответил ученик.
После этого поверх камней мудрец насыпал песок.
– А теперь смотри, наполнится и в третий раз! – сказал мудрец и залил содержимое горшка водой.
Вы, наверное, не раз задумывались над вопросом, из чего состоит то или иное тело? Это самый древний и самый трудный вопрос естествознания.
1.Давайте с вами вспомним: как называются частицы, из которых состоят вещества?
2. Какие явления показывают, что вещества состоят из частиц, разделенных промежутками?
3. Почему твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы?
4. Имеются ли различия между молекулами льда, воды, водяного пара?
5. Какими основными понятиями и терминами мы пользовались в 7 классе? Слайд 2
Единица измерения. Физическую величину можно сравнить с однородной величиной, принятой за единицу этой величины.
6. Какие физические явления мы изучали в прошлом году? (механические).
3. Изучение нового материала.
В этом году мы будем изучать тепловые, электрические, магнитные, световые физические явления.
Тепловые явления не менее распространены в природе и технике, чем механические.
Тема нашего урока: «Тепловое движение. Температура »
К тепловым явлениям относятся: таяние льда, превращение воды в пар, образование тумана, горение, нагревание и т.п. Все эти явления связаны с изменением температуры тел или окружающей среды.
Изучая тепловые явления, вы не только узнаете, как они происходят, как устроены и действуют тепловые двигатели, но и найдете ответы на многие практические вопросы. Например: почему воду нужно греть обязательно снизу; как вода превращается в лед или пар; чем отличаются вода, лед и водяной пар; можно ли в горах сварить мясо и многие другие.
В окружающем мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел. Словами «холодный», «теплый», «горячий» указывают на различную степень нагретости тела и говорят о различной температуре. Температура летом выше, чем зимой. Температура горячей воды выше температуры холодной воды. Необходимо помнить, что ощущения «горячо» или «холодно», относительны. (Прокомментировать рисунок слайда). Но температура не зависит от того как мы ощущаем степень нагретости тела.
Отсюда делается вывод: с помощью ощущений судить о температуре невозможно.
Температуру тел измеряют с помощью термометра и выражают в градусах Цельсия ( о С). Первый прибор для объективной оценки температуры был изобретен Галилеем в 1592 г – термоскоп. Совершенствованием термометров занимались много ученых. Каждый из них создавал свою шкалу.
В настоящее время в большинстве стран для научных и практических целей используется Международная практическая температурная шкала. За нуль принимается температура плавления льда при нормальном атмосферном давлении (101,325 Па). Температура кипения дистиллированной воды при нормальном атмосферном давлении приписывается значение 100 градусов. Шкала делится на 100 равных частей – градусов, каждый градус можно поделить на равные доли.
Демонстрация термометров. Формулируются правила, обеспечивающие сохранность термометров и правильность измерений.
При изучении тепловых явлений используют некоторые основные понятия и термины. Мы уже вспомнили о том, что все тела состоят из молекул. Что все молекулы непрерывно и беспорядочно движутся. Рассмотрим движение отдельной молекулы. Его можно считать механическим, т.к. можно изобразить траекторию движения молекулы. Оценить скорость движения и т.п. Но количество молекул в окружающих нас телах очень велико. Так в 1см 3 воды содержится около 3.34 * 10²² молекул. Каждая молекула движется по очень сложной траектории. При движении молекулы сталкиваются, изменяют скорость, направление движения. Такое движение уже не подчиняется законам механики.
Беспорядочное движение частиц, из которых состоят тела, называют тепловым движением.
В тепловом движении участвуют все молекулы тела.
Тепловое движение отличается от механического тем, что в нем участвует очень много частиц и каждая движется беспорядочно.
4. Закрепление изученного.
Ответьте на вопросы:
-Как меняется давление газа при изменении его температуры (при постоянном объеме)?
-Как меняются размеры твердых тел и жидкостей при изменении их температуры?
-Что мы понимаем под температурой вещества?
-Сформулируйте правила измерения температуры воды, воздуха. Какие температурные шкалы вам известны?
-Какие точки приняты в качестве основных на шкале Цельсия?
Вывод: температура указывает на различную степень нагретости тел. Измеряется термометром Единица измерения –градус. Чем выше скорость движения молекул тела, тем выше температура тела.
1. § 1 записи в тетради.
2. Экспериментальное задание.
1.Медную монету зажать между двумя гвоздями, вбитыми в дощечку. Потереть монету пальцами или шерстяной тканью. Проверить проходит ли монета между гвоздями.
2. Опустить монету в горячую воду. Снова проверить, проходит ли монета между гвоздями. Сделать выводы.
Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал.
Определение теплового движения в физике
Все вещества имеют молекулярное строение. Мельчайшие частицы — молекулы — постоянно передвигаются, беспорядочно, хаотично. В ходе движения они сталкиваются друг с другом и разлетаются в разные стороны. Скорость такого движения зависит от температуры вещества: чем она выше, тем скорость больше. Отсюда название — тепловое движение.
Понятие теплового движения в физике
Хаотичное движение мельчайших частиц, составляющих структуру вещества, называют тепловым движением. В роли мельчайших частиц выступают молекулы и атомы. Совершая беспорядочные движения в пространстве, молекулы определяют температуру тела.
Движение молекул обнаружил Роберт Броуну который в 1827 году наблюдал за спорами грибов и растений. Он помещал их в жидкость и видел, что они непрерывно колеблются. При этом Броун утверждал, что амплитуда движения мелких частиц больше, чем крупных.
Объяснить причину происходящего Броун не мог, однако такой вид движения получил название в его часть — броуновское. Движения соседних молекул не уравновешивают друг друга, поскольку силы ударов не одинаковы.
Только в 1905 году Эйнштейн описал математическую модель названного движения, представил научному миру уравнение для вычисления коэффициента диффузии частиц.
«Диффузия» означает растекание, распространение. Это происходит, когда атомы одного вещества распространяются внутри другого. Такое явление возможно в газах, жидкостях и твердых веществах. Таким образом происходит выравнивание концентраций двух веществ, а также их температур. Так распространяются запахи, растворяется соль и сахар.
Скорость диффузии увеличивается при нагревании вещества.
Тепловое движение в различных веществах
Утверждение про хаотичное движение микрочастиц касается газа. При этом траекторию их движения невозможно просчитать, поскольку ее меняют постоянные столкновения молекул (атомов) между собой и со стенками сосуда, в котором вещество заключено.
Рассматривая жидкость, под хаотичным движением подразумевают колебания микрочастиц в районе своего равновесия. При этом иногда молекулы (атомы) способны перескакивать из одного места в другое. Касательно твердых тел, тепловое движение — это колебательные подергивания структурных единиц возле своего равновесного положения. При нагревании эти подергивания усиливаются и на определенном этапе становятся настолько сильными, что могут спровоцировать изменения агрегатного состояния вещества.
Какие молекулы участвуют
В тепловом движении участвуют все молекулы вещества, более интенсивно в том месте, которое нагревается.
К примеру, если температура азота 15оС, 59% его молекул движутся со скоростью 300-700 м/с (в среднем 500 м/с). Скорость менее 100 м/с имеют 0,6% молекул, а свыше 1000 м/с — порядка 5,4%.
Доказано, что с увеличением массы молекул их скорость меньше, чем у мелких.
Способы изменения скорости движения молекул
Скорость движения мельчайших частиц вещества зависит от следующих свойств:
Опытным путем было доказано, что скорость движения частиц прямо пропорциональна изменению температуры вещества.
Если два вещества, имеющие различную температуру, соединяются, между ними через определенное время устанавливается тепловое равновесие, т.е. их температура становится одинаковой. Научное объяснение этого факта заключается в уравновешивании кинетической энергии всех частиц.
Температура, абсолютная шкала температур
Для измерения температуры вещества применяется термометр. Температура, при которой прекращается тепловое движение молекул, называется абсолютным нулем. На шкале Кельвина это 0К.
Существует еще одна шкала для измерения температуры тела — шкала Цельсия, в которой основными точками являются 0оС и 100оС.
Измеряя температуру, производят вычисление средней кинетической энергии. Связь между этими понятиями отражает постоянная Больцмана.
Энергия теплового движения молекул, формула
Молекулярно-кинетическая теория предполагает, что молекулы газа являются упругими шариками, которые воздействуют друг на друга и на стенки сосуда. Однако объем сосуда предполагается намного большим, чем суммарный объем всех молекул, поэтому задачей является изучение связи между массой, скоростью, энергией частиц и давлением, объемом, температурой.
Сталкиваясь друг с другом, молекулы меняют направление движения и скорость, однако между столкновениями их движение — прямолинейные и равномерный процесс.
Когда устанавливается тепловое равновесие, газы приобретают одинаковую температуру, которая не определяется родом газа. Данное свойство характерно для идеального газа. Ранее в статье обращалось внимание, что температура выше у того газа, молекулы которого движутся быстрее. Следовательно, нагревание газа приводит к увеличению его давления на стенки сосудов. Этот параметр прямо пропорционален средней кинетической энергии движущихся молекул.
Основное уравнение молекулярно-кинетической теории гласит, что давление P находится в прямо пропорциональной зависимости от средней кинетической энергии поступательного движения частиц. При этом, когда устанавливается тепловое равновесие, то такие признаки, как давление и объем газа, фиксируются, а средняя кинетическая энергия приобретает постоянное значение (как и температура газа).
Уравнение, выражающее связь между средней кинетической энергией молекул и температурой, имеет следующий вид:
В уравнении присутствует величина, равна отношению R к NА. Было установлено, что эта величина является идентичной для всех компонентов. Это постоянная Больцмана.
С учетом постоянной Больцмана формула упрощается:
Еще одна разновидность уравнения, выражающая соотношение внутреннего (концентрация молекул) и внешнего (температура) факторов, выглядит следующим образом:
Следовательно, если температура и давление газов одинаковы, концентрация их молекул так же равна. Следствием этого утверждения является закон Авогадро: равные объемы газов при аналогичных условиях (температура и давление) содержат равное число молекул.
Квадратичная скорость теплового движения
Измерить скорость теплового движения молекул удалось немецкому физику О. Штерну (1920). Формула, которую он вывел, имеет вид:
При решении задач среднюю квадратичную скорость движения молекул веществ можно определить по специальной таблице:
Тепловое движение — доказательство явления, виды и признаки
Молекулы или атомы веществ не находятся в состоянии покоя, а непрерывно движутся. Тепловое движение — это беспорядочное коллективное перемещение частиц вещества. Обычно рассматривается это явление для атомов или молекул, но оно характерно для любых частиц (электронов, ионов и других).
Температура и скорость
Скорость теплового движения молекул зависит от температуры вещества. Чем выше температура, тем они движутся быстрее. Именно температура является мерой того, насколько интенсивно движутся молекулы или атомы.
Для повышения температуры нужно передать телу некоторое количество теплоты. Эта теплота идет на увеличение внутренней энергии тела. В нее вносят вклад кинетическая и потенциальная энергия молекул или атомов, составляющих вещество. Чем больше их энергия, тем быстрее они движутся.
Большинство молекул перемещается со скоростью, близкой к средней, и лишь небольшое их число имеет скорость намного меньшую или намного большую. Относительное число молекул, движущихся с определенной скоростью, можно найти с помощью функции распределения Максвелла по скоростям. Формулу это функции открыл Джеймс Клерк Максвелл. Из распределения Максвелла можно найти:
Также скорость передвижения частиц зависит от их массы. Чем масса больше, тем медленнее они движутся.
Доказательства явления
Для доклада на тему «Что называется тепловым движением» важно рассмотреть доказательства. Это броуновское движение и диффузия. Броуновское движение — это хаотическое перемещение взвешенных в жидкости твердых частиц. Броун впервые наблюдал такое поведение частичек пыльцы в воде.
Если посмотреть в микроскоп на взвешенную в воде пыльцу, будет видно, что частичка беспорядочно движется. Почему так происходит? Поскольку масса частички пыльцы сравнима с массой молекулы, эти удары заставляют ее двигаться скачками, так как в каждый момент времени случайным образом количество ударов с одной стороны оказывается больше, чем с другой.
Иногда понятие теплового движения в физике путают с понятием броуновского, однако это ошибка. Тепловым движением называют перемещение частиц самого вещества, тогда как под броуновским — частиц, взвешенных в жидкости или газе.
Именно тепловым движением объясняется явление диффузии. Она может происходить в разных классах веществ, даже в твердых телах, но там она идет значительно медленнее, чем в газах или жидкостях.
При диффузии частицы одного вещества проникают между частицами другого. При этом они движутся от области с большей концентрацией в область с меньшей, и концентрация сама по себе с течением времени выравнивается.
Примеры диффузии — это растворение сахара, соли и других веществ в воде, распространение запахов. При этом с ростом температуры растет и скорость диффузии, так как передвижение молекул становится интенсивнее.
Тепловое движение в различных веществах
Частицы любого вещества совершают тепловое движение. Но в зависимости от того, какое состояние рассматривается, этот процесс несколько отличается:
Эти различия связаны с отличием в строении разных агрегатных состояний.
В газе частицы мало взаимодействуют друг с другом и расположены неупорядоченно. Они имеют разные скорости и двигаются в различных направлениях.
В жидкостях существует только ближний порядок, то есть близко расположенные частицы взаимодействуют друг с другом сильнее, чем относительно удаленные. Они могут колебаться около положения равновесия, образовывать слои и перемещаться из одного в другой.
В твердых телах существует дальний порядок, атомы или молекулы обычно образуют кристаллическую решетку и находятся в ее узлах. Такая структура не дает им свободно перемещаться.
Тепловым движением называется непрерывное хаотическое перемещение частиц вещества. Оно характерно для любых веществ, а интенсивность его зависит от температуры. Доказать явление можно, рассматривая броуновское движение и диффузию.
8 класс
§ 1. Тепловое движение. Температура
В окружающем нас мире происходят различные физические явления, которые связаны с нагреванием и охлаждением тел. Мы знаем, что при нагревании холодная вода вначале становится тёплой, а затем горячей.
Такими словами, как «холодный», «тёплый» и «горячий», мы указываем на различную степень нагретости тел, или, как говорят в физике, на различную температуру тел. Температура горячей воды выше температуры холодной. Температура воздуха летом выше, чем зимой.
Температуру тел измеряют с помощью термометра и выражают в градусах Цельсия (°C).
Вам уже известно, что диффузия при более высокой температуре происходит быстрее. Это означает, что скорость движения молекул и температура связаны между собой. При повышении температуры скорость движения молекул увеличивается, при понижении — уменьшается.
Следовательно, температура тела зависит от скорости движения молекул.
Тёплая вода состоит из таких же молекул, как и холодная. Разница между ними заключается лишь в скорости движения молекул.
Явления, связанные с нагреванием или охлаждением тел, с изменением температуры, называются тепловыми. К таким явлениям относятся, например, нагревание и охлаждение воздуха, таяние льда, плавление металлов и др.
Молекулы или атомы, из которых состоят тела, находятся в непрерывном беспорядочном движении. Их количество в окружающих нас телах очень велико. Так, в объёме, равном 1 см 3 воды, содержится около 3,34 • 10 22 молекул. Каждая молекула движется по очень сложной траектории. Это связано с тем, что, например, частицы газа, движущиеся с большими скоростями в разных направлениях, сталкиваются друг с другом и со стенками сосуда. В результате этого они изменяют свою скорость и снова продолжают движение. На рисунке 1 изображены траектории движения микроскопических частиц краски, растворённой в воде.
Поскольку со скоростью движения молекул тела связана его температура, беспорядочное движение частиц называют тепловым движением.
В жидкостях молекулы могут колебаться, вращаться и перемещаться относительно друг друга. В твёрдых телах молекулы и атомы колеблются около некоторых средних положений.
В тепловом движении участвуют все молекулы тела, поэтому с изменением характера теплового движения изменяется и состояние тела, его свойства. Так, при повышении температуры лёд начинает таять, превращаясь в жидкость. Если понижать температуру, например, ртути, то она из жидкости превращается в твёрдое тело.
Температура тела находится в тесной связи со средней кинетической энергией молекул. Чем выше температура тела, тем больше средняя кинетическая энергия его молекул. При понижении температуры тела средняя кинетическая энергия его молекул уменьшается.
Вопросы:
1. Какие тепловые явления вы знаете?
2. Что характеризует температура?
3. Как связана температура тела со скоростью движения его молекул?
4. Чем отличается движение молекул в газах, жидкостях и твёрдых телах?