Тепловое движение

Движение, которое не прекращается

Молекулы любого тела непрерывно движутся. В газе они летят по прямой, пока не столкнутся, в жидкости перескакивают с места на место, в твёрдом теле колеблются около своих узлов.

Это движение называют тепловым. Оно беспорядочное: у каждой молекулы своя скорость и своё направление.

Остановить его нельзя ни ударом, ни давлением. Прекратилось бы оно только при температуре абсолютного нуля, до которой не удалось добраться никому.

Внешнего толчка тепловому движению не нужно. Тело может лежать неподвижно годами, а внутри него движение продолжается.

Скорости частиц огромны по бытовым меркам. Молекула воздуха в комнате проходит за секунду около полукилометра, но путь её ломаный: за то же время она успевает столкнуться с соседями миллиарды раз.

Броуновское движение

Английский ботаник Броун разглядывал в микроскоп пыльцу в капле воды и увидел, что мельчайшие частицы дрожат и мечутся без всякой причины.

Причина всё же есть. Частицу толкают молекулы воды, и число ударов с разных сторон каждый миг разное.

Чем мельче частица, тем заметнее её пляска. Крупная песчинка получает столько ударов, что они уравновешиваются, и она стоит на месте.

Броуновское движение видно и в воздухе: так пляшут пылинки в солнечном луче. Это прямое доказательство того, что молекулы существуют и движутся.

Первое объяснение этой пляске дал Эйнштейн, и после его расчётов спор о существовании молекул в науке закончился. До того момента многие считали их удобной выдумкой.

Температура и скорость частиц

Чем быстрее движутся молекулы тела, тем выше его температура. Температура и есть мера средней кинетической энергии этого движения.

Слово «средняя» здесь важно. В любом теле одни молекулы летят быстро, другие медленно, и температура говорит только о среднем по всей толпе.

Нагревание означает разгон частиц, охлаждение означает их замедление. Поэтому нагретый воздух расширяется: быстрые молекулы разлетаются дальше друг от друга.

При нагревании на десять градусов скорость молекул растёт немного, а вот число быстрых молекул растёт заметно. Отсюда и резкое ускорение испарения и растворения в тёплой воде.

Термометр и шкалы

Термометр измеряет температуру не напрямую. Он сравнивает своё состояние с состоянием тела, к которому его приложили.

Жидкостный термометр работает на расширении: спирт или ртуть при нагревании занимают больше места, и столбик поднимается.

Шкалу Цельсия построили по двум точкам. Ноль это таяние льда, сто градусов это кипение воды при нормальном давлении.

Есть и другая шкала, абсолютная. Её ноль лежит при минус двухстах семидесяти трёх градусах Цельсия, и ниже этой отметки температуры не бывает.

Почему термометр надо держать долго

Прикоснувшись к телу, термометр обменивается с ним энергией. Пока их температуры разные, обмен идёт.

Показание становится верным лишь тогда, когда температуры сравнялись. Такое состояние называют тепловым равновесием.

Медицинский термометр держат под мышкой десять минут именно поэтому. Уличный термометр вешают в тени, чтобы солнце не грело его сильнее воздуха.

Тепловое равновесие устанавливается всегда в одну сторону. Энергия сама переходит от горячего тела к холодному, и никогда наоборот.

Зачем это знать дальше

Всё, о чём говорит восьмой класс в первой четверти, опирается на тепловое движение. Внутренняя энергия, теплопроводность, плавление, кипение.

Держи в голове простую картинку: миллиарды частиц, которые толкутся, сталкиваются и обмениваются энергией. Тогда формулы перестанут быть набором букв.

Про строение вещества и промежутки между частицами речь шла в уроке «Строение вещества». Что такое внутренняя энергия и как её изменить, разбирает урок «Внутренняя энергия».