भौतिक जगत की घटनाएं तापमान में परिवर्तन के साथ अटूट रूप से जुड़ी हुई हैं। हर व्यक्ति बचपन में ही इससे परिचित हो जाता है, जब उसे पता चलता है कि बर्फ ठंडी होती है, और उबलता पानी जलता है। साथ ही, समझ में आता है कि तापमान परिवर्तन की प्रक्रियाएं तुरंत नहीं होती हैं। बाद में, स्कूल में, छात्र सीखता है कि यह थर्मल गति से जुड़ा हुआ है। और भौतिकी का एक पूरा खंड तापमान से संबंधित प्रक्रियाओं के लिए समर्पित है।
तापमान क्या है?
यह एक वैज्ञानिक अवधारणा है जिसे रोज़मर्रा की शर्तों को बदलने के लिए पेश किया गया है। रोजमर्रा की जिंदगी में, गर्म, ठंडे या गर्म जैसे शब्द लगातार दिखाई देते हैं। वे सभी शरीर के ताप की डिग्री के बारे में बोलते हैं। इस प्रकार इसे भौतिकी में परिभाषित किया गया है, केवल इसके अतिरिक्त कि यह एक अदिश राशि है। आखिरकार, तापमान की कोई दिशा नहीं होती, बल्कि केवल एक संख्यात्मक मान होता है।
इंटरनेशनल सिस्टम ऑफ यूनिट्स (SI) में तापमान को डिग्री सेल्सियस (ºС) में मापा जाता है। लेकिन ऊष्मीय परिघटनाओं का वर्णन करने वाले कई सूत्रों में इसे केल्विन (K) में बदलना आवश्यक है। के लिएइसके लिए एक सरल सूत्र है: T \u003d t + 273। इसमें T केल्विन में तापमान है, और t सेल्सियस में है। परम शून्य तापमान की अवधारणा केल्विन पैमाने से जुड़ी है।
तापमान के और भी कई पैमान हैं। यूरोप और अमेरिका में, उदाहरण के लिए, फारेनहाइट (एफ) का उपयोग किया जाता है। इसलिए, उन्हें सेल्सियस में लिखने में सक्षम होना चाहिए। ऐसा करने के लिए, F में रीडिंग से 32 घटाएं, फिर इसे 1, 8 से विभाजित करें।
घरेलू प्रयोग
उनके स्पष्टीकरण में, आपको तापमान, तापीय गति जैसी अवधारणाओं को जानना होगा। और इस अनुभव को पूरा करना आसान है।
इसमें तीन कंटेनर लगेंगे। वे काफी बड़े होने चाहिए ताकि हाथ उनमें आसानी से फिट हो सकें। उन्हें विभिन्न तापमानों के पानी से भरें। सबसे पहले, यह बहुत ठंडा होना चाहिए। दूसरे में - गरम। तीसरे में गर्म पानी डालें, जिसमें से हाथ पकड़ना संभव हो सके।
अब अनुभव ही। अपने बाएं हाथ को ठंडे पानी के कंटेनर में डुबोएं, दाएं - सबसे गर्म पानी के साथ। एक दो मिनट रुको। इन्हें निकाल कर तुरंत गर्म पानी के बर्तन में डाल दें।
परिणाम अप्रत्याशित होगा। बायां हाथ महसूस करेगा कि पानी गर्म है, जबकि दाहिना हाथ ठंडा पानी महसूस करेगा। यह इस तथ्य के कारण है कि थर्मल संतुलन सबसे पहले उन तरल पदार्थों के साथ स्थापित किया जाता है जिनमें हाथ शुरू में डूबे होते हैं। और फिर यह संतुलन तेजी से गड़बड़ा जाता है।
आणविक गतिज सिद्धांत के मुख्य सिद्धांत
यह सभी तापीय परिघटनाओं का वर्णन करता है। और ये कथन काफी सरल हैं। इसलिए तापीय गति के बारे में बातचीत में इन प्रावधानों को जानना चाहिएआवश्यक।
पहला: पदार्थ एक दूसरे से कुछ दूरी पर स्थित सबसे छोटे कणों से बनते हैं। इसके अलावा, ये कण अणु और परमाणु दोनों हो सकते हैं। और उनके बीच की दूरी कणों के आकार से कई गुना अधिक होती है।
दूसरा: सभी पदार्थों में अणुओं की एक ऊष्मीय गति होती है, जो कभी नहीं रुकती। कण बेतरतीब ढंग से (अराजक रूप से) चलते हैं।
तीसरा: कण आपस में परस्पर क्रिया करते हैं। यह क्रिया आकर्षण और विकर्षण की शक्तियों के कारण होती है। उनका मान कणों के बीच की दूरी पर निर्भर करता है।
आईसीबी के पहले प्रावधान की पुष्टि
इस बात का प्रमाण है कि पिंड उनके बीच अंतराल वाले कणों से बने हैं, उनका थर्मल विस्तार है। अत: जब शरीर को गर्म किया जाता है तो उसका आकार बढ़ जाता है। यह एक दूसरे से कणों के हटने के कारण होता है।
जो कहा गया है उसकी एक और पुष्टि प्रसार है। यानी एक पदार्थ के अणुओं का दूसरे के कणों के बीच प्रवेश। इसके अलावा, यह आंदोलन आपसी है। प्रसार तेजी से आगे बढ़ता है, अणु दूर स्थित होते हैं। इसलिए, गैसों में, तरल पदार्थों की तुलना में पारस्परिक प्रवेश बहुत तेजी से होगा। और ठोस पदार्थों में, विसरण में वर्षों लगते हैं।
वैसे, अंतिम प्रक्रिया भी तापीय गति की व्याख्या करती है। आखिरकार, एक दूसरे में पदार्थों का पारस्परिक प्रवेश बिना किसी बाहरी हस्तक्षेप के होता है। लेकिन शरीर को गर्म करके इसे तेज किया जा सकता है।
एमकेटी के दूसरे स्थान की पुष्टि
चमकदार सबूत है कि वहाँ हैथर्मल गति कणों की ब्राउनियन गति है। इसे निलंबित कणों के लिए माना जाता है, अर्थात उनके लिए जो किसी पदार्थ के अणुओं से काफी बड़े होते हैं। ये कण धूल के कण या अनाज हो सकते हैं। और इन्हें पानी या गैस में रखना चाहिए।
निलंबित कण की यादृच्छिक गति का कारण यह है कि अणु उस पर चारों ओर से कार्य करते हैं। उनकी कार्रवाई अनियमित है। प्रत्येक बिंदु पर प्रभावों का परिमाण अलग-अलग होता है। इसलिए, परिणामी बल या तो एक दिशा या दूसरी दिशा में निर्देशित होता है।
अणुओं की ऊष्मीय गति की गति की बात करें तो इसका एक विशेष नाम है - मूल माध्य वर्ग। इसकी गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:
वी=√[(3kT)/एम0]।
इसमें, T केल्विन में तापमान है, m0 एक अणु का द्रव्यमान है, k बोल्ट्जमान स्थिरांक है (k=1, 3810 -23जम्मू/कश्मीर).
आईसीबी के तीसरे प्रावधान की पुष्टि
कण आकर्षित करते हैं और पीछे हटते हैं। ऊष्मीय गति से जुड़ी कई प्रक्रियाओं को समझाने में यह ज्ञान महत्वपूर्ण साबित होता है।
आखिरकार, बातचीत की ताकतें पदार्थ की समग्र स्थिति पर निर्भर करती हैं। तो, गैसें व्यावहारिक रूप से उनके पास नहीं होती हैं, क्योंकि कणों को इतनी दूर हटा दिया जाता है कि उनका प्रभाव प्रकट नहीं होता है। तरल और ठोस में, वे बोधगम्य होते हैं और पदार्थ के आयतन के संरक्षण को सुनिश्चित करते हैं। उत्तरार्द्ध में, वे आकार के रखरखाव की गारंटी भी देते हैं।
आकर्षण और प्रतिकर्षण की शक्तियों के अस्तित्व का प्रमाण निकायों के विरूपण के दौरान लोचदार बलों की उपस्थिति है। तो, बढ़ाव के साथ, अणुओं के बीच आकर्षण बल बढ़ता है, और साथ मेंसंपीड़न - प्रतिकर्षण। लेकिन दोनों ही मामलों में, वे शरीर को उसके मूल आकार में लौटा देते हैं।
ऊष्मीय गति की औसत ऊर्जा
इसे मूल एमकेटी समीकरण से लिखा जा सकता है:
(पीवी)/एन=(2ई)/3.
इस सूत्र में, p दबाव है, V आयतन है, N अणुओं की संख्या है, E औसत गतिज ऊर्जा है।
दूसरी ओर, इस समीकरण को इस प्रकार लिखा जा सकता है:
(पीवी)/एन=केटी.
यदि आप उन्हें मिलाते हैं, तो आपको निम्न समानता प्राप्त होती है:
(2E)/3=kT.
इससे अणुओं की औसत गतिज ऊर्जा के लिए निम्न सूत्र का अनुसरण करता है:
ई=(3kT)/2.
यहां से स्पष्ट है कि ऊर्जा पदार्थ के तापमान के समानुपाती होती है। यानी जब उत्तरार्द्ध बढ़ता है, तो कण तेजी से आगे बढ़ते हैं। यह तापीय गति का सार है, जो तब तक मौजूद रहता है जब तक कि परम शून्य के अलावा कोई अन्य तापमान न हो।
