95731

Zagadnienia teoretyczne

Praktycznie wszystkie zjawiska fizyczne da się wytłumaczyć na podstawie kinetyczno molekularnej teorii budowy ciała. Materią nazywamy wszystkie ciała, z których zbudowany jest otaczający nas świat. Współczesna fizyka rozszerza pojęcie materii na fale radiowe, świetlne, promienie kosmiczne i inne rodzaje energii. Aby odróżnić materię w rozumieniu fizyki współczesnej od materii rozumianej jako ciała stałe ciecze i gazy, tą ostatnią nazwano materią korpuskularną Zalążki teorii atomistycznej budowy świata powstały już w starożytnej Grecji stworzone przez Demokryta. Uważał on, że ciała zbudowane są z maleńkich drobin zbudowanych z elementów materii zwanych atomami. Teoria ato mistyczna rozwijana była następnie pizez wielu badaczy: Daltona, Avogadro, Maxwella, Boltzmanną Łomonosowa, Smoluchowskiego i innych. Kinetyczno molekularna teoria budowy ciał umożliwia wytłumaczenie większości zjawisk cieplnych. Podstawowym założeniem tej teorii jest ruch cząstek materii z tym większą prędkością im wyższa jest temperatura ciała. W przypadku ciał stałych gdzie cząsteczki nie mogą zmienić swojego położenia ruch ten jest ruchem drgającym wokół położenia równowagi. W przypadku płynów, gdzie położenie cząstek nie jest ściśle związane z konkretnym miejscem ruch ten może przybierać inne formy.

Energia kinetyczna cząstek dla wszystkich trzech stanów skupienia jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej ciała:

Ek = 3/2 * k * T

Dlatego uważa się, że ciepło jest ściśle związane z energią kinetyczną cząsteczek ciała.

Kinetyczno - molekularna budowa ciała mówi, że przekazywanie ciepła polega na zwiększeniu energii kinetycznej cząsteczek. Cząsteczki ciała o wyższej temperaturze poruszają się z większą prędkością. W momencie zderzenia z cząsteczkami ciała o nższej temperaturze przekazują im część swojej energii kinetycznej pobucżając je do szybszego ruszania się. W ten sposób zwiększana jest energia kinetyczna cząsteczek ciała o nższej temperaturze co w rezultacie prowadzi do zwiększenia jego temperatury. Podobnie tłumaczy się zjawisko przewodzenia ciepła przez ciała Przyjęcie zasady, że ciepło jest energią kinetyczną cząsteczek pozwala wyjaśnić istotę zamiany energii mechanicznej w ciepło.

Pierwsza zasada termodynamiki mówi, że zmiana energii wewnętrznej układu jest równa sumie dostarczonej energii Q i pracy wykonanej nad układem W:

AU = Q + W

W życiu codziennym często spotykamy przemianę energii mechanicznej w ciepło np. w tokarce podczas obróbki skrawaniem. Zjawisko to doświadczalnie zbadał Joule. Doświadczenie Joula polegało na umieszczeniu w kalorymetrze mieszadełka. Mieszadełko to podłączone było za pomocą przekładni krążkowej do ciężarków. Praca wykonana przez opadające ciężarki przekładana była na ruch obrotowy mieszadełka Ponieważ ciecz stawiała opór mieszadełku, praca wykonana przez to mieszadełko została zamieniona w ciepło. Joule wykonał jeszcze kilka