तापीय गति: आंतरिक ऊर्जा। तापीय गति. तापमान
यह पाठ इस अवधारणा को शामिल करता है तापीय गतिऔर तापमान जैसी भौतिक मात्रा।
मानव जीवन में तापीय घटनाओं का बहुत महत्व है। हम मौसम के पूर्वानुमान के दौरान और उबलने के दौरान उनका सामना करते हैं। साधारण पानी. थर्मल घटनाएँ ऐसी प्रक्रियाओं से जुड़ी हैं जैसे नई सामग्रियों का निर्माण, धातुओं का पिघलना, ईंधन का दहन, कारों और विमानों के लिए नए प्रकार के ईंधन का निर्माण आदि।
तापमान थर्मल घटना से जुड़ी सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाओं में से एक है, क्योंकि अक्सर तापमान ही होता है सबसे महत्वपूर्ण विशेषतातापीय प्रक्रियाओं का क्रम।
परिभाषा।थर्मल घटना- ये पिंडों के गर्म होने या ठंडा होने के साथ-साथ उनके एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव (चित्र 1) से जुड़ी घटनाएं हैं।
चावल। 1. बर्फ का पिघलना, पानी का गर्म होना और वाष्पीकरण
सभी तापीय घटनाएँ जुड़ी हुई हैं तापमान.
सभी निकायों की विशेषता उनकी स्थिति से होती है थर्मल संतुलन. मुख्य विशेषतातापीय संतुलन तापमान है।
परिभाषा।तापमान- यह शरीर की "गर्मी" का माप है।
चूँकि तापमान एक भौतिक मात्रा है, इसे मापा जा सकता है और मापा जाना चाहिए। तापमान मापने के लिए एक उपकरण कहा जाता है थर्मामीटर(ग्रीक से थर्मामीटरों- "गरम", मेट्रियो- "मापना") (चित्र 2)।
चावल। 2. थर्मामीटर
पहले थर्मामीटर (या बल्कि, इसके एनालॉग) का आविष्कार गैलीलियो गैलीली (चित्र 3) द्वारा किया गया था।
चावल। 3. गैलीलियो गैलीली (1564-1642)
गैलीलियो का आविष्कार, जिसे उन्होंने 16वीं शताब्दी (1597) के अंत में विश्वविद्यालय के व्याख्यानों में अपने छात्रों को प्रस्तुत किया था, कहा जाता था थर्मोस्कोप. किसी भी थर्मामीटर की क्रिया किस पर आधारित होती है? निम्नलिखित सिद्धांत: भौतिक गुणतापमान के आधार पर पदार्थ बदलते हैं.
गैलीलियो का अनुभवइस प्रकार था: उसने एक लंबे तने वाला एक फ्लास्क लिया और उसमें पानी भर दिया। फिर उसने एक गिलास पानी लिया और फ्लास्क को उल्टा करके गिलास में डाल दिया। कुछ पानी स्वाभाविक रूप से बाहर निकल गया, लेकिन परिणामस्वरूप पानी का एक निश्चित स्तर पैर में बना रहा। यदि आप अब फ्लास्क (जिसमें हवा है) को गर्म करते हैं, तो जल स्तर गिर जाएगा, और यदि आप इसे ठंडा करते हैं, तो, इसके विपरीत, यह बढ़ जाएगा। यह इस तथ्य के कारण है कि गर्म होने पर, पदार्थ (विशेष रूप से, हवा) का विस्तार होता है, और ठंडा होने पर, वे सिकुड़ते हैं (यही कारण है कि रेलें निरंतर नहीं होती हैं, और पदों के बीच के तार कभी-कभी थोड़े ढीले हो जाते हैं) .
चावल। 4. गैलीलियो का प्रयोग
इस विचार ने पहले थर्मोस्कोप (चित्र 5) का आधार बनाया, जिससे तापमान परिवर्तन का मूल्यांकन करना संभव हो गया (ऐसे थर्मोस्कोप से तापमान को सटीक रूप से मापना असंभव है, क्योंकि इसकी रीडिंग काफी हद तक वायुमंडलीय दबाव पर निर्भर करेगी)।
चावल। 5. गैलीलियो के थर्मोस्कोप की प्रति
उसी समय, तथाकथित डिग्री स्केल पेश किया गया था। वही शब्द डिग्रीलैटिन से अनुवादित का अर्थ है "कदम"।
आज तक, तीन मुख्य पैमाने संरक्षित किए गए हैं।
1. सेल्सीयस
सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला पैमाना वह है जिसे हर कोई बचपन से जानता है - सेल्सियस पैमाना।
एंडर्स सेल्सियस (चित्र 6) एक स्वीडिश खगोलशास्त्री हैं जिन्होंने निम्नलिखित तापमान पैमाने का प्रस्ताव रखा: - पानी का क्वथनांक; - पानी का ठंडा तापमान. आजकल हम सभी उल्टे सेल्सियस पैमाने के आदी हो गये हैं।
चावल। 6 एन्ड्रेस सेल्सियस (1701-1744)
टिप्पणी:सेल्सियस ने स्वयं कहा कि पैमाने का यह चुनाव एक साधारण तथ्य के कारण हुआ: लेकिन सर्दियों में कोई नकारात्मक तापमान नहीं होगा।
2. फ़ारेनहाइट पैमाना
इंग्लैण्ड, अमेरिका, फ़्रांस में, लैटिन अमेरिकाऔर कुछ अन्य देशों में फारेनहाइट पैमाना लोकप्रिय है।
गेब्रियल फ़ारेनहाइट (चित्र 7) एक जर्मन शोधकर्ता और इंजीनियर हैं जिन्होंने कांच बनाने के लिए सबसे पहले अपने स्वयं के पैमाने का उपयोग किया था। फ़ारेनहाइट पैमाना अधिक सूक्ष्म है: आयाम के संदर्भ में, फ़ारेनहाइट पैमाने पर एक डिग्री सेल्सियस पैमाने पर एक डिग्री से छोटी होती है।
चावल। 7 गेब्रियल फ़ारेनहाइट (1686-1736)
3. रेउमुर स्केल
तकनीकी पैमाने का आविष्कार फ्रांसीसी शोधकर्ता आर.ए. ने किया था। रेउमुर (चित्र 8)। इस पैमाने के अनुसार, यह पानी के हिमीकरण तापमान से मेल खाता है, लेकिन रेउमुर ने पानी के क्वथनांक के रूप में 80 डिग्री का तापमान चुना।
चावल। 8. रेने एंटोनी रेउमुर (1683-1757)
भौतिकी में, तथाकथित निरपेक्ष पैमाना - केल्विन स्केल(चित्र 8)। 1 डिग्री सेल्सियस 1 डिग्री केल्विन के बराबर है, लेकिन तापमान लगभग इसके अनुरूप होता है (चित्र 9)।
चावल। 9. विलियम थॉमसन (लॉर्ड केल्विन) (1824-1907)
चावल। 10. तापमान तराजू
आइए याद रखें कि जब किसी पिंड का तापमान बदलता है, तो उसके रैखिक आयाम बदल जाते हैं (गर्म होने पर, शरीर फैलता है, ठंडा होने पर सिकुड़ता है)। ऐसा अणुओं के व्यवहार के कारण होता है। गर्म होने पर, कणों की गति की गति बढ़ जाती है, तदनुसार, वे अधिक बार परस्पर क्रिया करने लगते हैं और आयतन बढ़ जाता है (चित्र 11)।
चावल। 11. रैखिक आयाम बदलना
इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि तापमान उन कणों की गति से संबंधित है जो पिंड बनाते हैं (यह ठोस, तरल और गैसीय पिंडों पर लागू होता है)।
गैसों में कणों की गति (चित्र 12) यादृच्छिक होती है (क्योंकि गैसों में अणु और परमाणु व्यावहारिक रूप से परस्पर क्रिया नहीं करते हैं)।
चावल। 12. गैसों में कणों की गति
तरल पदार्थों में कणों की गति (चित्र 13) "छलांग जैसी" होती है, अर्थात, अणु "गतिहीन जीवन शैली" का नेतृत्व करते हैं, लेकिन एक स्थान से दूसरे स्थान पर "कूदने" में सक्षम होते हैं। यह द्रवों की तरलता निर्धारित करता है।
चावल। 13. द्रवों में कणों की गति
में कण गति एसएनएफ(चित्र 14) को दोलनशील कहा जाता है।
चावल। 14. ठोसों में कणों की गति
इस प्रकार, सभी कण निरंतर गति में हैं। कणों की इस गति को कहा जाता है तापीय गति(यादृच्छिक, अराजक आंदोलन)। यह गति कभी नहीं रुकती (जब तक शरीर का तापमान बना रहता है)। तापीय गति की उपस्थिति की पुष्टि 1827 में अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन (चित्र 15) द्वारा की गई थी, जिनके नाम पर इस गति को कहा जाता है। एक प्रकार कि गति.
चावल। 15. रॉबर्ट ब्राउन (1773-1858)
आज तक, यह ज्ञात है कि हल्का तापमान, जो लगभग प्राप्त किया जा सकता है . इस तापमान पर कणों की गति रुक जाती है (हालाँकि, कणों के अंदर की गति स्वयं नहीं रुकती है)।
गैलीलियो के प्रयोग का वर्णन पहले किया गया था, और निष्कर्ष में, आइए एक और प्रयोग पर विचार करें - फ्रांसीसी वैज्ञानिक गिलाउम अमोन्टन (चित्र 15) का अनुभव, जिन्होंने 1702 में तथाकथित का आविष्कार किया था गैस थर्मामीटर. मामूली बदलावों के साथ यह थर्मामीटर आज तक जीवित है।
चावल। 15. गिलाउम अमोंटोन (1663-1705)
अमोंटोन का अनुभव
चावल। 16. अमोंटोन का अनुभव
पानी का एक फ्लास्क लें और इसे एक पतली ट्यूब वाले स्टॉपर से बंद कर दें। यदि आप अब पानी को गर्म करेंगे तो पानी के फैलने से नली में उसका स्तर बढ़ जाएगा। ट्यूब में पानी के बढ़ने के स्तर के अनुसार तापमान में बदलाव के बारे में निष्कर्ष निकालना संभव है। फ़ायदा अमोंटोन थर्मामीटरबात यह है कि यह वायुमंडलीय दबाव पर निर्भर नहीं करता है।
इस पाठ में हमने इतनी महत्वपूर्ण भौतिक मात्रा पर विचार किया तापमान. हमने इसके माप के तरीकों, विशेषताओं और गुणों का अध्ययन किया। अगले पाठ में, हम इस अवधारणा का पता लगाएंगे आंतरिक ऊर्जा .
ग्रन्थसूची
- गेंडेनशेटिन एल.ई., कैडालोव ए.बी., कोज़ेवनिकोव वी.बी. / ईडी। ओरलोवा वी.ए., रोइज़ेना आई.आई. भौतिकी 8. - एम.: मेनेमोसिन।
- पेरीश्किन ए.वी. भौतिकी 8. - एम.: बस्टर्ड, 2010।
- फादेवा ए.ए., ज़सोव ए.वी., किसेलेव डी.एफ. भौतिकी 8. - एम.: ज्ञानोदय।
- इंटरनेट पोर्टल "class-fizika.naroad.ru" ()
- इंटरनेट पोर्टल "school.xvanit.com" ()
- इंटरनेट पोर्टल "ponimai.su" ()
गृहकार्य
1. क्रमांक 1-4 (पैराग्राफ 1)। पेरीश्किन ए.वी. भौतिकी 8. - एम.: बस्टर्ड, 2010।
2. गैलीलियो के थर्मोस्कोप को कैलिब्रेट क्यों नहीं किया जा सकता?
3. लोहे की कील को चूल्हे पर गर्म किया गया:
लोहे के अणुओं की गति की गति कैसे बदल गई?
यदि ठंडे पानी में एक कील रख दी जाए तो अणुओं की गति कैसे बदल जाएगी?
पानी के अणुओं की गति की गति कैसे बदलेगी?
इन प्रयोगों के दौरान नाखून का आयतन कैसे बदलता है?
4. गुब्बाराकमरे से ठंड में ले जाया गया:
गेंद का आयतन कैसे बदलेगा?
गेंद के अंदर वायु के अणुओं की गति कैसे बदलेगी?
यदि गेंद को कमरे में लौटा दिया जाए और इसके अलावा, बैटरी के बगल में रख दिया जाए तो उसके अंदर के अणुओं की गति कैसे बदल जाएगी?
यह पाठ तापीय गति की अवधारणा और तापमान जैसी भौतिक मात्रा की जांच करता है।
मानव जीवन में तापीय घटनाओं का बहुत महत्व है। हम मौसम के पूर्वानुमान के दौरान और साधारण पानी उबालते समय उनका सामना करते हैं। थर्मल घटनाएँ ऐसी प्रक्रियाओं से जुड़ी हैं जैसे नई सामग्रियों का निर्माण, धातुओं का पिघलना, ईंधन का दहन, कारों और विमानों के लिए नए प्रकार के ईंधन का निर्माण आदि।
तापमान थर्मल घटना से जुड़ी सबसे महत्वपूर्ण अवधारणाओं में से एक है, क्योंकि अक्सर तापमान ही थर्मल प्रक्रियाओं की घटना की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है।
परिभाषा।थर्मल घटना- ये पिंडों के गर्म होने या ठंडा होने के साथ-साथ उनके एकत्रीकरण की स्थिति में बदलाव (चित्र 1) से जुड़ी घटनाएं हैं।
चावल। 1. बर्फ का पिघलना, पानी का गर्म होना और वाष्पीकरण
सभी तापीय घटनाएँ जुड़ी हुई हैं तापमान.
सभी निकायों की विशेषता उनकी स्थिति से होती है थर्मल संतुलन. तापीय संतुलन की मुख्य विशेषता तापमान है।
परिभाषा।तापमान- यह शरीर की "गर्मी" का माप है।
चूँकि तापमान एक भौतिक मात्रा है, इसे मापा जा सकता है और मापा जाना चाहिए। तापमान मापने के लिए एक उपकरण कहा जाता है थर्मामीटर(ग्रीक से थर्मामीटरों- "गरम", मेट्रियो- "मापना") (चित्र 2)।
चावल। 2. थर्मामीटर
पहले थर्मामीटर (या बल्कि, इसके एनालॉग) का आविष्कार गैलीलियो गैलीली (चित्र 3) द्वारा किया गया था।
चावल। 3. गैलीलियो गैलीली (1564-1642)
गैलीलियो का आविष्कार, जिसे उन्होंने 16वीं शताब्दी (1597) के अंत में विश्वविद्यालय के व्याख्यानों में अपने छात्रों को प्रस्तुत किया था, कहा जाता था थर्मोस्कोप. किसी भी थर्मामीटर का संचालन निम्नलिखित सिद्धांत पर आधारित है: किसी पदार्थ के भौतिक गुण तापमान के आधार पर बदलते हैं.
गैलीलियो का अनुभवइस प्रकार था: उसने एक लंबे तने वाला एक फ्लास्क लिया और उसमें पानी भर दिया। फिर उसने एक गिलास पानी लिया और फ्लास्क को उल्टा करके गिलास में डाल दिया। कुछ पानी स्वाभाविक रूप से बाहर निकल गया, लेकिन परिणामस्वरूप पानी का एक निश्चित स्तर पैर में बना रहा। यदि आप अब फ्लास्क (जिसमें हवा है) को गर्म करते हैं, तो जल स्तर गिर जाएगा, और यदि आप इसे ठंडा करते हैं, तो, इसके विपरीत, यह बढ़ जाएगा। यह इस तथ्य के कारण है कि गर्म होने पर, पदार्थ (विशेष रूप से, हवा) का विस्तार होता है, और ठंडा होने पर, वे सिकुड़ते हैं (यही कारण है कि रेलें निरंतर नहीं होती हैं, और पदों के बीच के तार कभी-कभी थोड़े ढीले हो जाते हैं) .
चावल। 4. गैलीलियो का प्रयोग
इस विचार ने पहले थर्मोस्कोप (चित्र 5) का आधार बनाया, जिससे तापमान परिवर्तन का मूल्यांकन करना संभव हो गया (ऐसे थर्मोस्कोप से तापमान को सटीक रूप से मापना असंभव है, क्योंकि इसकी रीडिंग काफी हद तक वायुमंडलीय दबाव पर निर्भर करेगी)।
चावल। 5. गैलीलियो के थर्मोस्कोप की प्रति
उसी समय, तथाकथित डिग्री स्केल पेश किया गया था। वही शब्द डिग्रीलैटिन से अनुवादित का अर्थ है "कदम"।
आज तक, तीन मुख्य पैमाने संरक्षित किए गए हैं।
1. सेल्सीयस
सबसे व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला पैमाना वह है जिसे हर कोई बचपन से जानता है - सेल्सियस पैमाना।
एंडर्स सेल्सियस (चित्र 6) एक स्वीडिश खगोलशास्त्री हैं जिन्होंने निम्नलिखित तापमान पैमाने का प्रस्ताव रखा: - पानी का क्वथनांक; - पानी का ठंडा तापमान. आजकल हम सभी उल्टे सेल्सियस पैमाने के आदी हो गये हैं।
चावल। 6 एन्ड्रेस सेल्सियस (1701-1744)
टिप्पणी:सेल्सियस ने स्वयं कहा कि पैमाने का यह चुनाव एक साधारण तथ्य के कारण हुआ: लेकिन सर्दियों में कोई नकारात्मक तापमान नहीं होगा।
2. फ़ारेनहाइट पैमाना
इंग्लैंड, संयुक्त राज्य अमेरिका, फ्रांस, लैटिन अमेरिका और कुछ अन्य देशों में फारेनहाइट पैमाना लोकप्रिय है।
गेब्रियल फ़ारेनहाइट (चित्र 7) एक जर्मन शोधकर्ता और इंजीनियर हैं जिन्होंने कांच बनाने के लिए सबसे पहले अपने स्वयं के पैमाने का उपयोग किया था। फ़ारेनहाइट पैमाना अधिक सूक्ष्म है: आयाम के संदर्भ में, फ़ारेनहाइट पैमाने पर एक डिग्री सेल्सियस पैमाने पर एक डिग्री से छोटी होती है।
चावल। 7 गेब्रियल फ़ारेनहाइट (1686-1736)
3. रेउमुर स्केल
तकनीकी पैमाने का आविष्कार फ्रांसीसी शोधकर्ता आर.ए. ने किया था। रेउमुर (चित्र 8)। इस पैमाने के अनुसार, यह पानी के हिमीकरण तापमान से मेल खाता है, लेकिन रेउमुर ने पानी के क्वथनांक के रूप में 80 डिग्री का तापमान चुना।
चावल। 8. रेने एंटोनी रेउमुर (1683-1757)
भौतिकी में, तथाकथित निरपेक्ष पैमाना - केल्विन स्केल(चित्र 8)। 1 डिग्री सेल्सियस 1 डिग्री केल्विन के बराबर है, लेकिन तापमान लगभग इसके अनुरूप होता है (चित्र 9)।
चावल। 9. विलियम थॉमसन (लॉर्ड केल्विन) (1824-1907)
चावल। 10. तापमान तराजू
आइए याद रखें कि जब किसी पिंड का तापमान बदलता है, तो उसके रैखिक आयाम बदल जाते हैं (गर्म होने पर, शरीर फैलता है, ठंडा होने पर सिकुड़ता है)। ऐसा अणुओं के व्यवहार के कारण होता है। गर्म होने पर, कणों की गति की गति बढ़ जाती है, तदनुसार, वे अधिक बार परस्पर क्रिया करने लगते हैं और आयतन बढ़ जाता है (चित्र 11)।
चावल। 11. रैखिक आयाम बदलना
इससे हम यह निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि तापमान उन कणों की गति से संबंधित है जो पिंड बनाते हैं (यह ठोस, तरल और गैसीय पिंडों पर लागू होता है)।
गैसों में कणों की गति (चित्र 12) यादृच्छिक होती है (क्योंकि गैसों में अणु और परमाणु व्यावहारिक रूप से परस्पर क्रिया नहीं करते हैं)।
चावल। 12. गैसों में कणों की गति
तरल पदार्थों में कणों की गति (चित्र 13) "छलांग जैसी" होती है, अर्थात, अणु "गतिहीन जीवन शैली" का नेतृत्व करते हैं, लेकिन एक स्थान से दूसरे स्थान पर "कूदने" में सक्षम होते हैं। यह द्रवों की तरलता निर्धारित करता है।
चावल। 13. द्रवों में कणों की गति
ठोसों में कणों की गति (चित्र 14) को दोलन कहा जाता है।
चावल। 14. ठोसों में कणों की गति
इस प्रकार, सभी कण निरंतर गति में हैं। कणों की इस गति को कहा जाता है तापीय गति(यादृच्छिक, अराजक आंदोलन)। यह गति कभी नहीं रुकती (जब तक शरीर का तापमान बना रहता है)। तापीय गति की उपस्थिति की पुष्टि 1827 में अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन (चित्र 15) द्वारा की गई थी, जिनके नाम पर इस गति को कहा जाता है। एक प्रकार कि गति.
चावल। 15. रॉबर्ट ब्राउन (1773-1858)
आज यह ज्ञात है कि न्यूनतम तापमान लगभग प्राप्त किया जा सकता है। इस तापमान पर कणों की गति रुक जाती है (हालाँकि, कणों के अंदर की गति स्वयं नहीं रुकती है)।
गैलीलियो के प्रयोग का वर्णन पहले किया गया था, और निष्कर्ष में, आइए एक और प्रयोग पर विचार करें - फ्रांसीसी वैज्ञानिक गिलाउम अमोन्टन (चित्र 15) का अनुभव, जिन्होंने 1702 में तथाकथित का आविष्कार किया था गैस थर्मामीटर. मामूली बदलावों के साथ यह थर्मामीटर आज तक जीवित है।
चावल। 15. गिलाउम अमोंटोन (1663-1705)
अमोंटोन का अनुभव
चावल। 16. अमोंटोन का अनुभव
पानी का एक फ्लास्क लें और इसे एक पतली ट्यूब वाले स्टॉपर से बंद कर दें। यदि आप अब पानी को गर्म करेंगे तो पानी के फैलने से नली में उसका स्तर बढ़ जाएगा। ट्यूब में पानी के बढ़ने के स्तर के अनुसार तापमान में बदलाव के बारे में निष्कर्ष निकालना संभव है। फ़ायदा अमोंटोन थर्मामीटरबात यह है कि यह वायुमंडलीय दबाव पर निर्भर नहीं करता है।
इस पाठ में हमने इतनी महत्वपूर्ण भौतिक मात्रा पर विचार किया तापमान. हमने इसके माप के तरीकों, विशेषताओं और गुणों का अध्ययन किया। अगले पाठ में, हम इस अवधारणा का पता लगाएंगे आंतरिक ऊर्जा.
ग्रन्थसूची
- गेंडेनशेटिन एल.ई., कैडालोव ए.बी., कोज़ेवनिकोव वी.बी. / ईडी। ओरलोवा वी.ए., रोइज़ेना आई.आई. भौतिकी 8. - एम.: मेनेमोसिन।
- पेरीश्किन ए.वी. भौतिकी 8. - एम.: बस्टर्ड, 2010।
- फादेवा ए.ए., ज़सोव ए.वी., किसेलेव डी.एफ. भौतिकी 8. - एम.: ज्ञानोदय।
- इंटरनेट पोर्टल "class-fizika.naroad.ru" ()
- इंटरनेट पोर्टल "school.xvanit.com" ()
- इंटरनेट पोर्टल "ponimai.su" ()
गृहकार्य
1. क्रमांक 1-4 (पैराग्राफ 1)। पेरीश्किन ए.वी. भौतिकी 8. - एम.: बस्टर्ड, 2010।
2. गैलीलियो के थर्मोस्कोप को कैलिब्रेट क्यों नहीं किया जा सकता?
3. लोहे की कील को चूल्हे पर गर्म किया गया:
लोहे के अणुओं की गति की गति कैसे बदल गई?
यदि ठंडे पानी में एक कील रख दी जाए तो अणुओं की गति कैसे बदल जाएगी?
पानी के अणुओं की गति की गति कैसे बदलेगी?
इन प्रयोगों के दौरान नाखून का आयतन कैसे बदलता है?
4. गुब्बारे को कमरे से ठंड में ले जाया गया:
गेंद का आयतन कैसे बदलेगा?
गेंद के अंदर वायु के अणुओं की गति कैसे बदलेगी?
यदि गेंद को कमरे में लौटा दिया जाए और इसके अलावा, बैटरी के बगल में रख दिया जाए तो उसके अंदर के अणुओं की गति कैसे बदल जाएगी?
चतुर्थ याकोवलेव | भौतिकी सामग्री | MathUs.ru
आणविक भौतिकी और ऊष्मागतिकी
यह मैनुअल दूसरे खंड ¾आणविक भौतिकी को समर्पित है। भौतिकी में एकीकृत राज्य परीक्षा कोडिफायर के थर्मोडायनामिक्स। इसमें निम्नलिखित विषयों को शामिल किया गया है।
पदार्थ के परमाणुओं और अणुओं की ऊष्मीय गति। एक प्रकार कि गति। प्रसार. परमाणु सिद्धांत का प्रायोगिक साक्ष्य. पदार्थ के कणों की परस्पर क्रिया.
गैसों, तरल पदार्थों और ठोस पदार्थों की संरचना के मॉडल।
आदर्श गैस मॉडल. दबाव और आदर्श गैस अणुओं की तापीय गति की औसत गतिज ऊर्जा के बीच संबंध। निरपेक्ष तापमान। गैस के तापमान और उसके कणों की औसत गतिज ऊर्जा के बीच संबंध। समीकरण पी = एनकेटी। मेंडेलीव का क्लैपेरॉन समीकरण।
आइसोप्रोसेस: इज़ोटेर्माल, आइसोकोरिक, आइसोबैरिक, एडियाबेटिक प्रक्रियाएं।
संतृप्त और असंतृप्त जोड़े. हवा मैं नमी।
पदार्थ की समग्र अवस्था में परिवर्तन: वाष्पीकरण और संघनन, तरल का उबलना, पिघलना और क्रिस्टलीकरण। चरण संक्रमण में ऊर्जा परिवर्तन।
आंतरिक ऊर्जा। थर्मल संतुलन। गर्मी का हस्तांतरण। ऊष्मा की मात्रा. विशिष्ट ऊष्मापदार्थ. ऊष्मा संतुलन समीकरण.
थर्मोडायनामिक्स में काम करें। ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम.
ऊष्मा इंजनों के परिचालन सिद्धांत। ऊष्मा इंजन की दक्षता. ऊष्मागतिकी का दूसरा नियम. ऊर्जा समस्याएँ और पर्यावरण संरक्षण।
मैनुअल में कुछ भी शामिल है अतिरिक्त सामग्री, एकीकृत राज्य परीक्षा कोडिफायर में शामिल नहीं है (लेकिन स्कूल पाठ्यक्रम में शामिल है!)। यह सामग्री आपको कवर किए गए विषयों को बेहतर ढंग से समझने की अनुमति देती है।
1.2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.3 तरल पदार्थ. . . . . . 10
आण्विक भौतिकी के मूल सूत्र | |||
तापमान | |||
थर्मोडायनामिक प्रणाली. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
थर्मल संतुलन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
तापमान पैमाना. निरपेक्ष तापमान . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
राज्य का आदर्श गैस समीकरण | |||
गैस कणों की औसत गतिज ऊर्जा. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |||
5.2 एमकेटी आदर्श गैस का मूल समीकरण. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
5.3 कण ऊर्जा और गैस तापमान. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
6.1 थर्मोडायनामिक प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6.2 इज़ोटेर्मल प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
6.3 इज़ोटेर्मल प्रक्रिया ग्राफ़. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
6.4 समदाब रेखीय प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20
6.5 आइसोबैरिक प्रक्रिया ग्राफ़. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
आइसोकोरिक प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
एक समद्विबाहु प्रक्रिया के रेखांकन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | ||
7 संतृप्त भाप | ||
7.1 वाष्पीकरण एवं संघनन
7.2 गतिशील संतुलन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
7.3 संतृप्त भाप के गुण. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
8.1 एक मोनोआटोमिक आदर्श गैस की आंतरिक ऊर्जा. . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
8.2 स्थिति फ़ंक्शन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8.3 आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन: कार्य संपन्न. . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8.4 आंतरिक ऊर्जा में परिवर्तन: ऊष्मा स्थानांतरण . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
8.5 ऊष्मीय चालकता. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
10 चरण परिवर्तन |
10.1 पिघलना और क्रिस्टलीकरण. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
10.2 पिघलने का ग्राफ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
10.3 संलयन की विशिष्ट ऊष्मा. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
10.4 क्रिस्टलीकरण ग्राफ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
10.5 वाष्पीकरण और संघनन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40
10.6 उबलना। . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41
10.7 क्वथनांक ग्राफ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
10.8 संघनन ग्राफ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . | |
11 ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम |
11.1 गैस एक आइसोबैरिक प्रक्रिया में काम करती है. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
11.2 गैस एक मनमानी प्रक्रिया में काम करती है. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
11.3 गैस पर किया गया कार्य. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
11.4 ऊष्मागतिकी का प्रथम नियम. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
11.5 आइसोप्रोसेस में थर्मोडायनामिक्स के पहले नियम का अनुप्रयोग. . . . . . . . . . . . . 46
11.6 रुद्धोष्म प्रक्रिया. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
12.1 ताप इंजन. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
12.2 प्रशीतन मशीनें. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
13.1 प्रकृति में प्रक्रियाओं की अपरिवर्तनीयता. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
13.2 क्लॉसियस और केल्विन की अभिधारणाएँ. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1 बुनियादी प्रावधानआणविक गतिज सिद्धांत
महान अमेरिकी भौतिक विज्ञानी रिचर्ड फेनमैन, प्रसिद्ध पाठ्यक्रम ¾फेनमैन लेक्चर्स ऑन फिजिक्स¿ के लेखक, अद्भुत शब्दों के मालिक हैं:
यदि, किसी प्रकार की वैश्विक आपदा के परिणामस्वरूप, सब कुछ जमा हो गया वैज्ञानिक ज्ञाननष्ट कर दिया जाएगा और केवल एक वाक्यांश जीवित प्राणियों की भावी पीढ़ियों तक पहुँचाया जाएगा, सबसे कम शब्दों से बना कौन सा कथन, सबसे अधिक जानकारी लाएगा? मेरा मानना है कि यह एक परमाणु परिकल्पना है (आप इसे परिकल्पना नहीं, बल्कि एक तथ्य कह सकते हैं, लेकिन इससे कुछ भी नहीं बदलता है): सभी पिंड छोटे पिंडों के परमाणुओं से बने होते हैं जो निरंतर गति में होते हैं, कम दूरी पर आकर्षित होते हैं, लेकिन यदि उनमें से एक दूसरे के करीब दबाता है तो उसे पीछे हटा दें। इस एक वाक्यांश में. . . दुनिया के बारे में अविश्वसनीय मात्रा में जानकारी है, आपको बस इस पर थोड़ी कल्पना और थोड़ा विचार करने की आवश्यकता है।
इन शब्दों में पदार्थ की संरचना के आणविक गतिज सिद्धांत (एमकेटी) का सार निहित है। अर्थात्, आईसीटी के मुख्य प्रावधान निम्नलिखित तीन कथन हैं।
1. कोई भी पदार्थ अणुओं और परमाणुओं के छोटे-छोटे कणों से मिलकर बना होता है। वे अंतरिक्ष में अलग-अलग स्थित हैं, यानी एक दूसरे से निश्चित दूरी पर।
2. किसी पदार्थ के परमाणु या अणु यादृच्छिक गति की स्थिति में होते हैं 1, जो कभी नहीं रुकता.
3. किसी पदार्थ के परमाणु या अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण बलों के माध्यम से एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जो कणों के बीच की दूरी पर निर्भर करता है।
ये प्रावधान कई टिप्पणियों और प्रयोगात्मक तथ्यों का सामान्यीकरण हैं। आइए इन प्रावधानों पर करीब से नज़र डालें और उनका प्रायोगिक औचित्य प्रदान करें।
1.1 परमाणु और अणु
आइए कागज का एक टुकड़ा लें और इसे छोटे और छोटे हिस्सों में बांटना शुरू करें। क्या हमें हर कदम पर कागज के टुकड़े मिलेंगे या किसी मोड़ पर कुछ नया सामने आएगा?
एमकेटी की पहली स्थिति हमें बताती है कि पदार्थ अनिश्चित काल तक विभाज्य नहीं है। देर-सबेर हम इस पदार्थ के सबसे छोटे कणों की ¾अंतिम सीमा¿ तक पहुँच जाएँगे। ये कण परमाणु और अणु हैं। उन्हें भागों में भी विभाजित किया जा सकता है, लेकिन तब मूल पदार्थ का अस्तित्व समाप्त हो जाएगा।
परमाणु किसी दिए गए रासायनिक तत्व का सबसे छोटा कण है जो इसे बरकरार रखता है। रासायनिक गुण. बहुत अधिक रासायनिक तत्व नहीं हैं; वे सभी आवर्त सारणी में सूचीबद्ध हैं।
अणु किसी दिए गए पदार्थ (जो रासायनिक तत्व नहीं है) का सबसे छोटा कण है जो अपने सभी रासायनिक गुणों को बरकरार रखता है। एक अणु में एक या अधिक रासायनिक तत्वों के दो या दो से अधिक परमाणु होते हैं।
उदाहरण के लिए, H2O एक पानी का अणु है जिसमें दो हाइड्रोजन परमाणु और एक ऑक्सीजन परमाणु होता है। इसे परमाणुओं में विभाजित करके, हम अब ¾पानी¿ नामक पदार्थ से निपट नहीं पाएंगे। इसके बाद, H और O परमाणुओं को उनके घटक भागों में विभाजित करके, हमें प्रोटॉन, न्यूट्रॉन और इलेक्ट्रॉनों का एक सेट मिलता है और इस तरह यह जानकारी खो जाती है कि पहले वे हाइड्रोजन और ऑक्सीजन थे।
1 इस गति को तापीय गति कहते हैं।
एक परमाणु या अणु (परमाणुओं की एक छोटी संख्या से मिलकर) का आकार लगभग 10 8 सेमी है। यह इतना छोटा है कि एक परमाणु को किसी भी ऑप्टिकल माइक्रोस्कोप से नहीं देखा जा सकता है।
परमाणुओं और अणुओं को संक्षेप में पदार्थ के कण कहा जाता है। प्रत्येक विशिष्ट मामले में यह स्थापित करना मुश्किल नहीं है कि वास्तव में एक कण, एक परमाणु या एक अणु, क्या है। अगर हम बात कर रहे हैं रासायनिक तत्व, तो कण एक परमाणु होगा; अगर इस पर विचार किया जाए मिश्रण, तो इसका कण कई परमाणुओं से मिलकर बना एक अणु है।
इसके अलावा, एमसीटी की पहली स्थिति बताती है कि पदार्थ के कण लगातार स्थान नहीं भरते हैं। कण अलग-अलग स्थित होते हैं, जैसे कि अलग-अलग बिंदुओं पर। कणों के बीच अंतराल होते हैं, जिनका आकार कुछ सीमाओं के भीतर भिन्न हो सकता है।
एमकेटी की पहली स्थिति निकायों के थर्मल विस्तार की घटना द्वारा समर्थित है। अर्थात् गर्म करने पर किसी पदार्थ के कणों के बीच की दूरियाँ बढ़ जाती हैं और पिंड का आकार बढ़ जाता है। इसके विपरीत, ठंडा होने पर कणों के बीच की दूरी कम हो जाती है, जिसके परिणामस्वरूप शरीर सिकुड़ जाता है।
एमसीटी की पहली स्थिति की स्पष्ट पुष्टि प्रसार भी है, संपर्क पदार्थों का एक दूसरे में पारस्परिक प्रवेश।
उदाहरण के लिए, चित्र में. चित्र 1 तरल में प्रसार की प्रक्रिया को दर्शाता है। घुलनशील पदार्थ के कण एक गिलास पानी में रखे जाते हैं और शुरू में गिलास के ऊपरी बाएँ भाग में स्थित होते हैं। समय के साथ, कण उच्च सांद्रता वाले क्षेत्र से कम सांद्रता वाले क्षेत्र की ओर चले जाते हैं (फैलने के लिए कहा जाता है)। अंततः, कणों की सांद्रता हर जगह समान हो जाती है; कण तरल की पूरी मात्रा में समान रूप से वितरित होते हैं।
चावल। 1. द्रव में प्रसार
आणविक गतिज सिद्धांत के दृष्टिकोण से प्रसार की व्याख्या कैसे करें? यह बहुत सरल है: एक पदार्थ के कण दूसरे पदार्थ के कणों के बीच के स्थान में प्रवेश करते हैं। प्रसार जितनी तेजी से होता है, ये अंतराल उतने ही बड़े होते हैं; इसलिए, गैसें (जिनमें कणों के बीच कई दूरी होती हैं) एक दूसरे के साथ सबसे आसानी से मिल जाती हैं अधिक आकारकण स्वयं)।
1.2 परमाणुओं और अणुओं की तापीय गति
आइए हम एक बार फिर एमसीटी की दूसरी स्थिति के सूत्रीकरण को याद करें: पदार्थ के कण यादृच्छिक गति (जिसे थर्मल गति भी कहा जाता है) से गुजरते हैं, जो कभी नहीं रुकती है।
एमकेटी की दूसरी स्थिति की प्रायोगिक पुष्टि फिर से प्रसार की घटना है, क्योंकि कणों का पारस्परिक प्रवेश केवल उनके निरंतर आंदोलन के साथ ही संभव है!
2 छवि en.wikipedia.org से।
लेकिन पदार्थ के कणों की शाश्वत अराजक गति का सबसे ज्वलंत प्रमाण ब्राउनियन गति है। यह किसी तरल या गैस में निलंबित धूल के कणों या अनाज (आकार 10 5 - 104 सेमी) के ब्राउनियन कणों की निरंतर यादृच्छिक गति का नाम है।
ब्राउनियन आंदोलन को इसका नाम स्कॉटिश वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन के सम्मान में मिला, जिन्होंने माइक्रोस्कोप के माध्यम से पानी में निलंबित पराग कणों के निरंतर नृत्य को देखा। यह साबित करने के लिए कि यह गति सदैव होती रहती है, ब्राउन को पानी से भरी गुहा में क्वार्ट्ज का एक टुकड़ा मिला। इस तथ्य के बावजूद कि पानी वहां कई लाखों साल पहले आया था, वहां मौजूद कणों ने अपनी गति जारी रखी, जो अन्य प्रयोगों में देखी गई चीज़ों से अलग नहीं थी।
ब्राउनियन गति का कारण यह है कि एक निलंबित कण तरल (गैस) अणुओं से असंतुलित प्रभाव का अनुभव करता है, और अणुओं के अराजक आंदोलन के कारण, परिणामी प्रभाव की परिमाण और दिशा बिल्कुल अप्रत्याशित होती है। इसलिए, एक ब्राउनियन कण जटिल ज़िगज़ैग प्रक्षेप पथ का वर्णन करता है (चित्र 2)3।
चावल। 2. ब्राउनियन गति
ब्राउनियन कणों का आकार परमाणु के आकार से 1000-10000 गुना बड़ा होता है। एक ओर, ब्राउनियन कण काफी छोटा है और अभी भी उसे "महसूस" करता है अलग-अलग दिशाएँविभिन्न संख्या में अणु इस पर प्रहार करते हैं; प्रभावों की संख्या में यह अंतर ब्राउनियन कण की ध्यान देने योग्य गतिविधियों की ओर ले जाता है। दूसरी ओर, ब्राउनियन कण इतने बड़े होते हैं कि उन्हें माइक्रोस्कोप से देखा जा सकता है।
वैसे, ब्राउनियन गति को अणुओं के अस्तित्व के तथ्य के प्रमाण के रूप में भी माना जा सकता है, अर्थात, यह एमकेटी की पहली स्थिति के प्रायोगिक औचित्य के रूप में भी काम कर सकता है।
1.3 पदार्थ के कणों की परस्पर क्रिया
एमसीटी की तीसरी स्थिति पदार्थ के कणों की परस्पर क्रिया के बारे में बताती है: परमाणु या अणु आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों द्वारा एक दूसरे के साथ परस्पर क्रिया करते हैं, जो कणों के बीच की दूरी पर निर्भर करते हैं: जैसे-जैसे दूरियाँ बढ़ती हैं, आकर्षक बल प्रबल होने लगते हैं, और जैसे-जैसे प्रतिकारक बल कम हो जाता है।
एमकेटी की तीसरी स्थिति की वैधता निकायों के विरूपण के दौरान उत्पन्न होने वाली लोचदार ताकतों से प्रमाणित होती है। जब किसी पिंड को खींचा जाता है तो उसके कणों के बीच दूरियां बढ़ जाती हैं और कणों के बीच आकर्षण बल हावी होने लगते हैं। जब कोई पिंड संकुचित होता है, तो कणों के बीच की दूरी कम हो जाती है, और परिणामस्वरूप, प्रतिकारक शक्तियां प्रबल हो जाती हैं। दोनों मामलों में, लोचदार बल विरूपण के विपरीत दिशा में निर्देशित होता है।
3 छवि nv-magadan.naroad.ru साइट से।
अंतरआण्विक संपर्क बलों के अस्तित्व की एक और पुष्टि पदार्थ के एकत्रीकरण की तीन अवस्थाओं की उपस्थिति है।
में गैसों में, अणु स्वयं अणुओं के आकार से काफी अधिक दूरी पर एक दूसरे से अलग होते हैं (सामान्य परिस्थितियों में हवा में, लगभग 1000 गुना)। ऐसी दूरी पर, अणुओं के बीच व्यावहारिक रूप से कोई परस्पर क्रिया बल नहीं होते हैं, इसलिए गैसें उन्हें प्रदान की गई पूरी मात्रा पर कब्जा कर लेती हैं और आसानी से संपीड़ित हो जाती हैं।
में तरल पदार्थों में, अणुओं के बीच का स्थान अणुओं के आकार के बराबर होता है। आणविक आकर्षण बल बहुत ध्यान देने योग्य होते हैं और यह सुनिश्चित करते हैं कि तरल पदार्थ अपना आयतन बनाए रखें। लेकिन तरल पदार्थ भी अपना आकार बनाए रखने के लिए, ये बल पर्याप्त मजबूत नहीं होते हैं; तरल पदार्थ, गैसों की तरह, एक बर्तन का आकार ले लेते हैं।
में ठोस पदार्थों में, कणों के बीच आकर्षण बल बहुत मजबूत होते हैं: ठोस न केवल आयतन, बल्कि आकार भी बनाए रखते हैं।
किसी पदार्थ का एकत्रीकरण की एक अवस्था से दूसरी अवस्था में संक्रमण पदार्थ के कणों के बीच परस्पर क्रिया बलों के परिमाण में परिवर्तन का परिणाम होता है। कण स्वयं अपरिवर्तित रहते हैं।
"थर्मल मूवमेंट" विषय का अध्ययन करने के लिए हमें दोहराना होगा:
हमारे आस-पास की दुनिया में विभिन्न प्रकार की भौतिक घटनाएं घटित होती हैं जिनका सीधा संबंध शरीर के तापमान में परिवर्तन से होता है।
बचपन से ही हमें याद है कि झील का पानी पहले ठंडा होता है, फिर थोड़ा गर्म होता है और कुछ देर बाद ही तैरने के लिए उपयुक्त हो जाता है।
"ठंडा", "गर्म", "थोड़ा गर्म" जैसे शब्दों के साथ, हम निकायों के "हीटिंग" की विभिन्न डिग्री या, भौतिकी की भाषा में, निकायों के विभिन्न तापमानों को परिभाषित करते हैं।
यदि आप गर्मियों और देर से शरद ऋतु में झील के तापमान की तुलना करते हैं, तो अंतर स्पष्ट है। तापमान गर्म पानीबर्फ के पानी के तापमान से थोड़ा अधिक।
जैसा कि ज्ञात है, प्रसार अधिक है उच्च तापमानतेजी से होता है. इससे यह निष्कर्ष निकलता है कि अणुओं की गति की गति और तापमान का आपस में गहरा संबंध है।
प्रयोग करें: तीन गिलास लें और उन्हें ठंडा, गर्म और से भरें गर्म पानी, अब इसे एक-एक गिलास में डालें टी बैगऔर देखें कि पानी का रंग कैसे बदलता है? यह परिवर्तन सर्वाधिक तीव्रता से कहाँ घटित होगा?
यदि आप तापमान बढ़ाते हैं, तो अणुओं की गति की गति बढ़ जाएगी, यदि आप इसे कम करते हैं, तो यह कम हो जाएगी। इस प्रकार, हम निष्कर्ष निकालते हैं: शरीर का तापमान सीधे अणुओं की गति की गति पर निर्भर करता है।
गर्म पानी में ठंडे पानी के समान ही अणु होते हैं। उनके बीच का अंतर केवल अणुओं की गति की गति में है।
घटनाएँ जो पिंडों के गर्म होने या ठंडा होने और तापमान परिवर्तन से संबंधित होती हैं, थर्मल कहलाती हैं। इनमें न केवल तरल निकायों को गर्म करना या ठंडा करना शामिल है, बल्कि गैसीय और ठोस हवा भी शामिल है।
तापीय घटना के और भी उदाहरण: धातु का पिघलना, बर्फ का पिघलना।
अणु, या परमाणु, जो सभी पिंडों का आधार हैं, अंतहीन अराजक गति में हैं। अणुओं की गति अलग-अलग शरीरअलग तरह से होता है. गैस के अणु एक बहुत ही जटिल प्रक्षेप पथ के साथ उच्च गति पर बेतरतीब ढंग से चलते हैं।जब वे टकराते हैं, तो वे एक-दूसरे से उछलते हैं, जिससे वेग का परिमाण और दिशा बदल जाती है।
तरल अणु संतुलन स्थिति के आसपास दोलन करते हैं (क्योंकि वे लगभग एक दूसरे के करीब स्थित होते हैं) और अपेक्षाकृत कम ही एक संतुलन स्थिति से दूसरे में कूदते हैं। तरल पदार्थों में अणुओं की गति गैसों की तुलना में कम मुक्त होती है, लेकिन ठोस पदार्थों की तुलना में अधिक मुक्त होती है।
ठोस पदार्थों में अणु और परमाणु कुछ निश्चित औसत स्थितियों के आसपास कंपन करते हैं।
जैसे-जैसे तापमान बढ़ता है, कण की गति बढ़ती है, इसीलिए कणों की अराजक गति को आमतौर पर थर्मल कहा जाता है।
दिलचस्प:
एफिल टॉवर की सटीक ऊंचाई क्या है? और यह परिवेश के तापमान पर निर्भर करता है!
तथ्य यह है कि टावर की ऊंचाई 12 सेंटीमीटर तक भिन्न होती है।
और किरणों का तापमान 40 डिग्री सेल्सियस तक पहुंच सकता है।
और जैसा कि आप जानते हैं, उच्च तापमान के प्रभाव में पदार्थ फैल सकते हैं।
अराजकता तापीय गति की सबसे महत्वपूर्ण विशेषता है। अणुओं की गति का सबसे महत्वपूर्ण प्रमाण प्रसार और ब्राउनियन गति है। (ब्राउनियन गति आणविक प्रभावों के प्रभाव में तरल में छोटे ठोस कणों की गति है। जैसा कि अवलोकन से पता चलता है, ब्राउनियन गति रुक नहीं सकती)। ब्राउनियन आंदोलन की खोज अंग्रेजी वनस्पतिशास्त्री रॉबर्ट ब्राउन (1773-1858) ने की थी।
शरीर के बिल्कुल सभी अणु अणुओं और परमाणुओं की तापीय गति में भाग लेते हैं, यही कारण है कि तापीय गति में परिवर्तन के साथ, शरीर की स्थिति और उसके विभिन्न गुण भी बदल जाते हैं।
आइए याद रखें कि तापमान परिवर्तन के साथ पानी के गुण कैसे बदलते हैं।
शरीर का तापमान सीधे अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा पर निर्भर करता है। हम एक स्पष्ट निष्कर्ष निकालते हैं: किसी पिंड का तापमान जितना अधिक होगा, उसके अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी। और, इसके विपरीत, जैसे-जैसे शरीर का तापमान घटता है, उसके अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा कम हो जाती है।
तापमान - एक मात्रा जो शरीर की तापीय स्थिति को दर्शाती है या, दूसरे शब्दों में, शरीर के "ताप" का एक माप है।
किसी पिंड का तापमान जितना अधिक होगा, उसके परमाणुओं और अणुओं की औसत ऊर्जा उतनी ही अधिक होगी।
तापमान मापा जाता है थर्मामीटर, अर्थात। तापमान मापने के उपकरण
तापमान सीधे नहीं मापा जाता! मापा गया मान तापमान पर निर्भर है!
वर्तमान में, तरल और इलेक्ट्रिक थर्मामीटर हैं।
आधुनिक तरल थर्मामीटर में, यह अल्कोहल या पारे की मात्रा है। थर्मामीटर आपका तापमान स्वयं मापता है! और, यदि हम थर्मामीटर का उपयोग करके किसी अन्य वस्तु का तापमान मापना चाहते हैं, तो हमें तब तक कुछ समय इंतजार करना होगा जब तक कि वस्तु और थर्मामीटर का तापमान बराबर न हो जाए, यानी। थर्मामीटर और शरीर के बीच थर्मल संतुलन होगा। घरेलू थर्मामीटर "थर्मामीटर" को समय देने की आवश्यकता है अधिक सटीक अर्थरोगी का तापमान.
यह तापीय संतुलन का नियम है:
पृथक पिंडों के किसी भी समूह के लिए, कुछ समय बाद तापमान समान हो जाता है,
वे। तापीय संतुलन की स्थिति उत्पन्न होती है।
शरीर का तापमान थर्मामीटर से मापा जाता है और इसे अक्सर के रूप में व्यक्त किया जाता है डिग्री सेल्सियस(डिग्री सेल्सियस). माप की अन्य इकाइयाँ भी हैं: फ़ारेनहाइट, केल्विन और रेउमुर।
अधिकांश भौतिकशास्त्री तापमान को केल्विन पैमाने पर मापते हैं। 0 डिग्री सेल्सियस = 273 डिग्री केल्विन
विभिन्न पदार्थों को बनाने वाले परमाणु और अणु निरंतर तापीय गति की स्थिति में होते हैं।
तापीय गति की पहली विशेषता इसकी यादृच्छिकता है; आणविक गति की कोई भी दिशा अन्य दिशाओं से भिन्न नहीं है। आइए इसे समझाएं: यदि आप एक अणु की गति का अनुसरण करते हैं, तो समय के साथ, अन्य अणुओं के साथ टकराव के कारण, इस अणु की गति और गति की दिशा पूरी तरह से यादृच्छिक रूप से बदल जाती है; इसके अलावा, यदि किसी समय हम सभी अणुओं की गति की गति को रिकॉर्ड करते हैं, तो दिशा में ये गति अंतरिक्ष में समान रूप से बिखरी हुई होती हैं, और परिमाण में उनके मूल्यों की एक विस्तृत विविधता होती है।
तापीय गति की दूसरी विशेषता अणुओं के साथ-साथ उनके बीच ऊर्जा विनिमय का अस्तित्व है विभिन्न प्रकार केहलचलें; अणुओं की स्थानांतरीय गति की ऊर्जा को उनकी घूर्णी या कंपन गति की ऊर्जा में परिवर्तित किया जा सकता है और इसके विपरीत।
अणुओं के बीच, साथ ही उनकी विभिन्न प्रकार की तापीय गति के बीच ऊर्जा का आदान-प्रदान, अणुओं की परस्पर क्रिया (उनके बीच टकराव) के कारण होता है। बड़ी दूरी पर, अणुओं के बीच परस्पर क्रिया बल बहुत छोटे होते हैं और इन्हें उपेक्षित किया जा सकता है; कम दूरी पर इन बलों का ध्यान देने योग्य प्रभाव होता है। गैसों में, अणु अधिकांश समय एक दूसरे से अपेक्षाकृत बड़ी दूरी पर बिताते हैं; केवल बहुत ही कम समय के दौरान, जब वे एक-दूसरे के काफी करीब होते हैं, तो वे एक-दूसरे के साथ बातचीत करते हैं, अपनी गतिविधियों की गति बदलते हैं और ऊर्जा का आदान-प्रदान करते हैं। अणुओं की ऐसी अल्पकालिक अंतःक्रिया को टकराव कहा जाता है। अणुओं के बीच दो प्रकार की टक्कर होती है:
1) पहली तरह की टक्कर, या प्रभाव, जिसके परिणामस्वरूप टकराने वाले कणों की केवल गति और गतिज ऊर्जा बदलती है; अणुओं की संरचना या संरचना में स्वयं कोई परिवर्तन नहीं होता है;
2) दूसरे प्रकार के टकराव, या प्रभाव, जिसके परिणामस्वरूप अणुओं के अंदर परिवर्तन होते हैं, उदाहरण के लिए, उनकी संरचना या इन अणुओं के अंदर परमाणुओं की सापेक्ष व्यवस्था बदल जाती है। इन टकरावों के दौरान, अणुओं की गतिज ऊर्जा का एक हिस्सा अणुओं के अंदर कार्यरत बलों के विरुद्ध कार्य करने में खर्च होता है। कुछ मामलों में, इसके विपरीत, अणुओं की आंतरिक संभावित ऊर्जा में कमी के कारण एक निश्चित मात्रा में ऊर्जा जारी हो सकती है।
आगे हम केवल गैस अणुओं के बीच होने वाली पहली तरह की टक्करों का उल्लेख करेंगे। ठोस और तरल पदार्थ में थर्मल गति के दौरान ऊर्जा का आदान-प्रदान एक अधिक जटिल प्रक्रिया है और भौतिकी के विशेष वर्गों में इस पर विचार किया जाता है। दूसरे प्रकार के टकरावों का उपयोग गैसों और तरल पदार्थों की विद्युत चालकता, साथ ही निकायों के थर्मल विकिरण को समझाने के लिए किया जाता है।
अणुओं की प्रत्येक प्रकार की तापीय गति (अनुवादात्मक, घूर्णी या कंपनात्मक) का वर्णन करने के लिए, कई मात्राएँ निर्दिष्ट करना आवश्यक है। उदाहरण के लिए, किसी अणु की स्थानान्तरणीय गति के लिए उसकी गति का परिमाण और दिशा जानना आवश्यक है। इस प्रयोजन के लिए, तीन मात्राओं को इंगित करना पर्याप्त है: गति का मान और गति की दिशा और समन्वय विमानों के बीच दो कोण, या समन्वय अक्षों पर गति के तीन प्रक्षेपण: (चित्र 11.1, ए)। ध्यान दें कि ये तीन मात्राएँ स्वतंत्र हैं: किसी दिए गए कोण के लिए और कोई भी मान हो सकता है और, इसके विपरीत, किसी दिए गए कोण के लिए, उदाहरण के लिए, मान और कोई भी हो सकता है। इसी तरह, एक विशिष्ट मूल्य निर्दिष्ट करने से विपरीत मूल्यों पर कोई प्रतिबंध नहीं लगता है। इस प्रकार, अंतरिक्ष में एक अणु की अनुवादात्मक गति का वर्णन करने के लिए, एक दूसरे से स्वतंत्र तीन मात्राएँ निर्दिष्ट करना आवश्यक है: और या एक अणु की अनुवादात्मक गति की ऊर्जा में तीन स्वतंत्र घटक शामिल होंगे:
अपनी धुरी के चारों ओर एक अणु की घूर्णी गति का वर्णन करने के लिए, घूर्णन के कोणीय वेग की परिमाण और दिशा को इंगित करना आवश्यक है, अर्थात, फिर से, एक दूसरे से स्वतंत्र तीन मात्राएँ: और सी या (छवि II। 1, बी) ). एक अणु की घूर्णी गति की ऊर्जा में भी तीन स्वतंत्र घटक शामिल होंगे:
जहां तीन परस्पर लंबवत समन्वय अक्षों के सापेक्ष अणु की जड़ता के क्षण। एक एकपरमाण्विक अणु के लिए, जड़ता के ये सभी क्षण बहुत छोटे होते हैं, इसलिए इसकी घूर्णी गति की ऊर्जा की उपेक्षा की जाती है। एक द्विपरमाणुक अणु (चित्र II.1, c) में, परमाणुओं के केंद्रों से गुजरने वाली धुरी के सापेक्ष घूर्णी गति की ऊर्जा की उपेक्षा की जाती है, इसलिए, उदाहरण के लिए,
किसी अणु में परमाणुओं की कंपन गति का वर्णन करने के लिए, सबसे पहले इस गति को कुछ दिशाओं में होने वाले सरल कंपनों में विभाजित करना आवश्यक है। एक जटिल दोलन को तीन परस्पर लंबवत दिशाओं में होने वाले सरल रैखिक दोलनों में विघटित करना सुविधाजनक है। ये दोलन एक-दूसरे से स्वतंत्र हैं, यानी इनमें से किसी एक दिशा में दोलनों की आवृत्ति और आयाम अन्य दिशाओं में दोलनों की किसी भी आवृत्ति और आयाम के अनुरूप हो सकते हैं। यदि इनमें से प्रत्येक आयताकार दोलन हार्मोनिक है, तो इसे सूत्र का उपयोग करके वर्णित किया जा सकता है
इस प्रकार, परमाणुओं के एक व्यक्तिगत आयताकार कंपन का वर्णन करने के लिए, दो मात्राएँ निर्दिष्ट करना आवश्यक है: कंपन आवृत्ति सह और कंपन आयाम। ये दो मात्राएँ भी एक दूसरे से स्वतंत्र हैं: किसी दिए गए आवृत्ति पर, कंपन आयाम बाध्य नहीं है किसी भी स्थिति में, और इसके विपरीत। नतीजतन, एक बिंदु के चारों ओर एक अणु की जटिल कंपन गति का वर्णन करने के लिए (यानी, इसकी संतुलन स्थिति), एक दूसरे से स्वतंत्र छह मात्राएं निर्दिष्ट करना आवश्यक है: तीन आवृत्तियों और तीन परस्पर लंबवत दिशाओं में कंपन आयाम।
एक दूसरे से स्वतंत्र वे मात्राएँ जो किसी दिए गए भौतिक तंत्र की स्थिति निर्धारित करती हैं, इस तंत्र की स्वतंत्रता की डिग्री कहलाती हैं। पिंडों में तापीय गति का अध्ययन करते समय (इस गति की ऊर्जा की गणना करने के लिए), इस पिंड के प्रत्येक अणु की स्वतंत्रता की डिग्री की संख्या निर्धारित की जाती है। इस मामले में, केवल स्वतंत्रता की उन डिग्री की गणना की जाती है जिनके बीच ऊर्जा विनिमय होता है। एक मोनोआटोमिक गैस अणु में स्थानान्तरणीय गति की स्वतंत्रता की तीन डिग्री होती है; एक द्विपरमाणुक अणु में अनुवाद की स्वतंत्रता की तीन डिग्री और घूर्णी गति की स्वतंत्रता की दो डिग्री होती है (परमाणुओं के केंद्रों से गुजरने वाली धुरी के चारों ओर घूमने के अनुरूप स्वतंत्रता की तीसरी डिग्री को ध्यान में नहीं रखा जाता है)। तीन युक्त अणु
एक परमाणु या अधिक में स्वतंत्रता की तीन अनुवादात्मक और तीन घूर्णी डिग्री होती हैं। यदि दोलन गति भी ऊर्जा विनिमय में भाग लेती है, तो प्रत्येक स्वतंत्र आयताकार दोलन के लिए स्वतंत्रता की दो डिग्री जोड़ी जाती हैं।
अणुओं की अनुवादात्मक, घूर्णी और कंपन संबंधी गतियों पर अलग-अलग विचार करके, कोई व्यक्ति इस प्रकार की गति की स्वतंत्रता की प्रत्येक डिग्री पर पड़ने वाली औसत ऊर्जा का पता लगा सकता है। आइए पहले अणुओं की स्थानांतरीय गति पर विचार करें: मान लें कि एक अणु में गतिज ऊर्जा (अणु का द्रव्यमान) है। योग सभी अणुओं की स्थानांतरीय गति की ऊर्जा है। स्वतंत्रता की डिग्री से विभाजित करने पर, हम अणुओं की स्थानांतरीय गति की स्वतंत्रता की प्रति डिग्री औसत ऊर्जा प्राप्त करते हैं:
घूर्णी गति और कंपन गति की स्वतंत्रता की डिग्री के अनुसार औसत ऊर्जा की गणना करना भी संभव है। यदि प्रत्येक अणु में स्वतंत्रता की अनुवादात्मक डिग्री, स्वतंत्रता की घूर्णी डिग्री और स्वतंत्रता की कंपन डिग्री है, तो सभी अणुओं की थर्मल गति की कुल ऊर्जा बराबर होगी
