Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Значыць, наяўнасць сіл малекулярнага прыцяжэння і адштурхоўвання мала ўплывае на ўласцівасці газаў. Гэта істотны.м чынам адбіваецца на руху малекул газу.
Калі асобная малекула газу ў дадзепы момант рухаецца ў якімнебудзь напрамку, то яна будзе працягваць гэты рух у тым жа напрамку з пастаяннай скорасцю да таго часу, пакуль не ўдарыцца ў сцепку сасуда або не сутыкнецца з другой малекулай.
Паступальным рухам малекул газу тлумачыцца ўласцівасць газу займаць усю аддадзеную яму прастору. Газ пе можа займаць, напрыклад, толькі ніжнюю палавіну сасуда, а распаўсюджваецца па ўсяму сасуду.
Якая прырода сіл малекулярнага ўзаемадзеяння?
Мы ведаем, што малекулы складаюцца з атамаў, у састаў якіх уваходзяць дадатпа і адмоўна зараджапыя частачкі — пратопы і электроны.
Узаемадзеяннем і рухам гэтых зараджаных частачак і абумоўліваюцца малекулярныя сілы.
69. Цеплавы рух. Тэмпература. Знаёмячыся з броунаўскім рухам (§ 61), мы адзначалі, што скорасць руху частачак у гэтым руху звязана з тэмпературай. Пры павышэнпі тэмпературы скорасць руху частачак павялічваецца, пры паніжэнні тэмпературы — паніжаецца. Але броунаўскі рух ёсць вынік хаатычнага руху малекул вадкасці або газу. Значыць, тэмпература цела залежыць ад скорасці руху малекул.
Цёплая па вобмацак вада складаецца з такіх жа малекул, як і халодная. Розніца паміж імі заключаецца ў скорасці руху малекул. Скорасць руху малекул вызначае сабой цеплавы стан цела, таму хаатычны рух малекул у газах, вадкасцях і цвёрдых целах называюць цеплавым рухам.
У цеплавым руху ўдзельнічаюць усе малекулы цела, таму са змяпеннем цеплавога руху змяняецца ва ўсіх адносінах і само цела. Сапраўды, у залежнасці ад змянення тэмпературы мяняюцца фізічныя ўласцівасці рэчыва: аб’ём, цвёрдасць, пругкасць, электрычныя, магнітныя і аптычныя ўласцівасці. Змяняецца хімічная роднасць; злучэнні, якія самі сабой узнікаюць пры адных тэмпературах, распадаюіша пры другіх і г. д.
3 малекулярнакінетычнай тэорыі вынікае, што тэмпература цела знаходзіцца ў цеснай сувязі з сярэдняй кінетычнай энергіяй малекул. Чым большая сярэдняя кінетычная энергія малекул цела, тым вышэйшая яго тэмпература. Памяншэнне сярэд106
пяй кінетычпаіі энергіі малекул адпавядае паніжэнню тэмпературы цела.
Калі сярэдняя кінетычная энергія малекул аднаго газу роўна сярэдняй кінетычнай энергіі малекул другога газу, то тэмпературы гэтых газаў аднолькавыя. 3 другога боку, калі мы маем сумесь, якая складаецца з некалькіх газаў, напрыклад паветра, то пры ўстанавіўшайся тэмпературы сярэдняя кіпетычная энергія малекул усіх газаў, уваходзячых у сумесь, адполькавая.
Можна лічыць таксама, што пры адной і той жа тэмпературы сярэдняя кінетычная энергія малекул рэчыва адна і тая ж, у якім бы стане рэчыва ні знаходзілася. Так, сярэдняя кінетычная энергія малекул лёду пры 0"С роўна сярэдняй кінетычнай энергіі малекул вады пры 0сС; сярэдняя кінетычная энергія малекул вады пры 100сС роўна сярэдняй кінетычнай энергіі малекул пары пры такой жа тэмпературы і г. д.
Такім чынам, асноўныя вывады малекулярнакінетычпай тэорыі зводзяцца да наступнага:
Усе целы прыроды складаюцца з каласальнаіі колькасці атамаў і малекул, якія знаходзяцца ў стане бесперапыннага хаатычнага руху.
Паміж атамамі і малекуламі дзейнічаюць сілы прыцяжэння і адштурхоўвання.
Сярэдняя велічыня кінетычнай энергіі хаатычна рухаючыхся атамаў або малекул вызначае тэмпературу цела. Павышэнне тэмпературы абазначае павелічэнне сярэдняй скорасці хаатычнага руху частачак, паніжэнне тэмпературы, наадварот,—памяншэнне сярэдняй скорасці гэтага руху.
РАЗДЗЕЛ VI.
ЦЕПЛЫНЯ I РАБОТА.
70. Энергія руху і ўзаемадзеяння малекул. Унутраная энергія цел. Мы цяпер ведаем, што малекулы, з якіх складаюцца целы, знаходзяцца ў руху. Малекулы газу рухаюцца паступальна з рознымі скорасцямі і ў розных напрамках. Для газу характэрна хаатычнасць руху лшлекул. У вадкасцях малекулы’ могуць вагацца, вярцецца і паступальна перамяшчацца адна адносна другой. У цвёрдых целах малекулы і атамы вагаюцца каля некаторых сярэдніх становішчаў.
Як і ўсякія целы, што рухаюцца, малекулы ўладаюць кінетыч„ай энергіяіі.
Мы ведаем таксама, што малекулы ў целе звязаны паміж сабой сіламі счаплення: у газах слаба, у вадкаецях і цвёрдых целах вельмі моцна. Таму малекулы ўладаюць таксама патэнцыяльнай энергіяй, якая залежыць ад іх узаемнага размяшчэння.
Кінетычная энергія руху частачак, з якіх складаецца цела, разам з патэнцыяльнай энергіяй узаемадзеяння гэтых частачак складаюць унутраную энергію цела.
Маючы заўсёды якінебудзь запас унутранай энергіі, цела адначасова можа ўладаць механічнай энергіяй. Напрыклад, снарад, які рухаецца на некаторай вышыні, акрамя ўнутранай энергіі, уладае яшчэ мехапічнай энергіяй — патэнцыяльнай і кінетычнай.
71. Змяненне ўнутранай энергіі цела. Унутраная энергія цела не з’яўляецца нейкай пастаяннай велічынёй: у аднаго і таго ж цела яна можа змяняцца. Пры павышэнні тэмпературы, напрыклад, унутраная энергія цела павялічваецца, паколькі павялічваецца сярэдняя кінетычная энергія руху малекул гэтага цела. 3 паніжэннем жа тэмпературы, наадварот, унутраная энергія цела памяншаецца.
Унутраная энергія мяняецца таксама пры пераходзе цела з аднаго агрэгатнага стану ў другі, пры дэфармацыі цела, пры раздрабленні цела на больш дробныя часткі, паколькі ва ўсіх гэтых выпадках мяняецца ўзаемнае размяшчэнне частачак, а значыць, і іх патэнцыяльная энергія.
108
3 усяго сказанага вынікае, што ўнутраная энергія цела залежыць ад стану гэтага цела. Са змяненнем стану цела мяняецца і яго ўнутраная энергія.
Разгледзім цяпер, у выніку якіх працэсаў адбываецца змяненне ўнутранай энергіі цела.
Калі цела, якое рухаецца, выконвае работу супраць сіл трэння, то яго механічная энергія памяншаецца; адначасова мяняецца і стаіі цела. Пры трэнні целы награваюцца, дробяцца на часткі і нават могуць пераходзіць з аднаго ^грэгатнага стану ў другі (напрыклад, пры трэнні плавяцца кавалачкі лёду). Значыць, у працэсе выконвання работы ўнутраная энергія цела змяняецца.
Унутраную энергію цела можна змяняць і іншым шляхам. Вада ў чайніку, пастаўленым на пліту, закіпае, яе ўнутраная энергія змяняецца. Паветра і розныя прадметы ў пакоі награваюцца ад печы; значыць, іх унутраная эпергія павялічваецца, паколькі павялічваецца кінетычная энергія малекул.
Але пры гэтым работа не выконваецца. Значыць, змяненне ўнутранай энергіі можа адбывацца не толькі ў выніку выконвання работы, але і пры розных цеплавых працэсах.
Працэс змянення ўнутранай энергіі цела без выконвання работы называецца цеплаперадачай. Цеплаперадача ажыццяўляецца і пры непасрэдным кантакце цел (чайнік на пліце) і калі целы падзелены адлегласцю (награванне прадметаў ад печы або ад сонца).
Такім чынам, унутраную энергію цела. можна змяняць двума шляхамі: шляхам выконвання работы і шляхам цеплаперадачы.
Калі цела павялічвае запас сваёй унутранай энергіі, то гэта значыць, што яно атрымлівае нейкую колькасць энергіі звонку; наадварот, памяншэнне запасу ўнутранай энергіі абазначае, што цела аддае частку сваёй энергіі.
Мерай энергіі, атрымліваемай або аддаваемай целам у працэсе цеплаперадачы, з’яўляецца асобая селічыня, якая называецца колькасцю цеплыні.
72. Адзінка колькасці цеплыні. У тыя часы, калі ўпершыню пачалі рабіць вымярэнні колькасці цеплыні (другая палавіна XVIII ст.), паняццямі рабогы і энергіі ў навуцы яшчэ не карысталіся (яны былі ўведзены ў XIX ст.).
Для вымярэння колькасці цеплыні была ўведзена асобая адзінка. За адзінку колькасці цеплыні прынята тая колькасць цеплыні, якая неабходна для награвання 1 г вады на I С. Гэтая адзінка называецца калорыяй' (скарочанае абазначэнне: кал). Ужываюць таксама і адзінку, у 1000 разоў большую, — кілок а л о р ы ю (ккал).
1 Калорыя — ад лацінскага слова к а л о р — жар.
109
дакладных вымярэшіях прынята лыні, неабходную для награвання
Рыхман Георг (1711 — 1753) — наш выдатны вучоны. Нарадзіўся ў. 1711 г., у адзін год з Л а м а н о с а в ы м Вучыўся ў Пецярбургскай Акадэміі навук. У 1741 г. быў прызначан прафесарам акадэміі. Яго работы закраналі галоўным чынам даследаванні цеплыні і электрычнасці. У галіне цеплыні ён заклаў асновы каларыметрыі. Разам з Ламаносавым упершыню ў Расіі пачаў вывучэнне электрычных з’яў.
Дакладныя вымярэнні паказваюць, што для награвання 1 г вады на ГС патрэбна крыху большая або меншая колькасць цеплыні, у залежнасці ад зыходнай тэмпературы.
Так, для награвання 1 г вады ад 1 да 2’ патрэбна прыблізна на 1% больш колькасці цеплыні, чым для награвання ад 31 да 32°. Пры лічыць за 1 калорыю колькасць цеп1 г чыстаіі вады ад 19,5 да 20°,5 С.
Пракпйякаванне 17.
^ першай палавіне XV1I1 ст. яшчэ не існавала адрознення паміж вымярэннем тэмпературы і вымярэннем колькасці цеплыні. Вялікае значэнпе ў размежаванні і ўдакладненні гэтых паняццяў мелі работы пецярбургскага акадэміка Рыхмана.
Рашыце задачу, прапанаваную Рыхманам:
1. Змяшалі tnt грамаў вады пры тэмпературы ti з т2 грамамі вады пры тэмпературы /2 Вызначыць тэмпературу сумесі.
2. Якая атрымаецца тэмпература сумесі, калі змяшаць 600 г вады пры 80 С з 200 г вады пры 20°С?
3. Літр вады пры 90°С улілі ў ваду пры 10’С, прычым тэмпература вады стала 60°С. Колькі было халоднай вады?
4. Вызначыць, колькі трэба наліць у сасуд гарачай вады, нагрэтай да 60 (.’, калі ў сасудзе ўжо знаходзіцца 20 л халоднай вады пры тэмпературы 15°С; тэмпература сумесі павінна быць 40°С.
5. Прыбор для вымярэння колькасці падаючай на Зямлю сонечнай энергіі складаецца з невысокага цыліндра, плошча асновы якога 3 дм. Цыліндр змяшчае 1200 г вады, тэмпература якой павышаецца на 0°,5 С у 1 мінуту, калі на пакрытую сажай аснову цыліндра падаюць перпендыкулярна сонечныя праменні Вызначыць, колькі калорый атрымлівае ў 1 мінуту кожны квадратны сантыметр паверхні Зямлі, перпендыкулярнай к напрамку сонечных праменняў.
73. Паняцце аб цеплаёмкасці цела. Удзельная цеплаёмкасць рэчыва. Награваючы целы з аднолькавай масай, але якія складаюцца з розных рэчываў (жалеза, дрэва, цэглы і г. д.). можна выявіць, што для павышэння іх тэмпературы на дадзепы лік градусаў спатрэбяцца розныя колькасці цеплыні.
КНІГІ ОНЛАЙН
