» ГЛАВНАЯ > К содержанию номера
» Все публикации автора
Журнал научных публикаций
«Наука через призму времени»

Январь, 2019 / Международный научный журнал
«Наука через призму времени» №1 (22) 2019
Автор: Нагадинов Александр Вячеславович, студент
Рубрика: Физико-математические науки
Название статьи: Природа теплоты
Дата публикации: 12.01.2019
УДК 3937
ПРИРОДА ТЕПЛОТЫ
Нагадинов Александр Вячеславович
студент
Горнаков Артем Леонидович
студент
Кукарека Святослав Яковлевич
студент
Тараева Светлана Норновна
ФГБОУ ВО «КалмГУ им.Б.Б. Городовикова»,
г. Элиста
Аннотация. В данной статье рассматривается природа теплоты, свойства температуры.
Также статья содержит информацию о Броуновском движении и диффузии. Выявлены
требования изменения объема твердых и жидких тел.
Ключевые слова: Тепло, Броуновское движение, диффузия, природа, Румфорд, атом, молекула.
Важнейшим периодом в
развитии атомно - молекулярной теории строения
вещества была разработка кинетической теории теплоты. С 17 века действовали 2
догадки о происхождении теплоты. Согласно первой гипотезе теплота представляет из себя особенный вид материи - теплород.
Температура определяется содержанием теплорода в теле, процессы теплообмена
обусловлены переходами теплорода из одного тела в другое. Благодаря
представлениям о теплороде сформировались многие понятия, такие как
"количество теплоты", "теплоёмкость тела" и др. Корпускулярная-вторая гипотеза о
природе теплоты объясняла все тепловые явления движением частиц, из которых
состоят тела. Такие взгляды на природу теплоты высказывали английский философ
Ф.Бекон, французский физик Р.Декарт. Большой вклад в развитие и обоснование
гипотезы о природе теплоты внёс М.В.Ломоносов. В 1745 году он дал объяснение
явлений плавления, теплопроводности, испарения и ряда других на основе
представлений о вращательном движении частиц, из которых состоят тела. Он
сделал вывод о существовании нижнего предела температуры, соответствующей
абсолютному покою составляющих его частиц. Однако, как оказалось
в действительности этот вопрос был гораздо сложнее. Важные опыты,
которые заставили усомниться о существовании теплорода, были исполнены в 1798
г. британским физиком Б.Pумфордом.
Он изучил нагревание тел при трении. Согласно теплородной
гипотезе теплота не создаётся и не пропадает, а только переходит от одного тела
к другому, увеличение температуры трущихся тел объясняли тем, что при трении
тел от них отрываются мелкие части, имеющие меньшую удельную теплоёмкость, чем
само тело, поэтому и выделяется теплота. Б.Pумфорд установил, что при сверлении пушечного ствола
тупым сверлом выделяется количество теплоты, которое никакими изменениями теплоёмкости
стружек нельзя объяснить. В специальном опыте он установил также, что удельная
теплоёмкость стружек при сверлении в действительности не отличается от удельной
теплоёмкости целого куска металла. Особенно большое впечатление на
современников Румфорда произвёл опыт, в котором в
ящик с водой был помещён пушечный ствол и через 2.5 часа впоследствии начла сверления вода закипела без нагрева огнём. На основании этих
опытов Румфорд пришёл к выводу о несостоятельности теплородной гипотезы: "Я обязан признать, что итоги
всех моих экспериментов не приводят ни к какому иному выводу, что теплота не что
иное, как колебательное движение частиц тела." Ряд
явлений природы свидетельствует о беспорядочном движении частиц вещества.
Прежде всего, это диффузия. Она заключается в том, что при контакте двух тел
наблюдается взаимное проникновение одного вещества в другое. Так, капля чернил
(или марганцовки) довольно быстро расплывается в стакане с водой, и самопроизвольно
образуется абсолютно однородный раствор. Легко растворяются в воде многие соли,
например, поваренная соль, медный купорос и т.д. Хорошо диффундируют в жидкости
спирт, сахар, различные кислоты. Очень быстро диффундируют газы, образуя
однородную смесь независимо от их плотности. Например, плотность углекислого
газа в 1.57 раза, а кислорода в 1.14 раза более плотности азота, но в атмосфере
они создают однородную смесь. В твердых телах диффузия идет сложнее всего. Но и
здесь эксперименты показали, что если прочистить поверхность двух металлов
(например, олова и меди), плотно приложить друг к другу и оставить их в таком
состоянии на длительное время, то в каждом из соприкасающихся слоёв найдутся
атомы другого металла. Наиболее наглядным экспериментальным доказательством представлений
молекулярно-кинетической теории о беспорядочном тепловом движении атомов и
молекул является броуновское движение -
перемещение мелких частиц, взвешенных в газе или жидкости. Броуновское движение
находит огромное сходство с диффузионным движением молекул и атомов. Хаотичное
движение малых твёрдых частиц, находящихся в жидкости или газе, впервые в 1827
г. обнаружил при наблюдении в микроскоп британский ботаник Р.Броун. Это явление
смогла объяснить только молекулярно-кинетическая теория на основе использования
представлений о дискретном строении вещества и беспорядочном тепловом движении
атомов и молекул. Молекулы воды либо газа сталкиваются с твёрдой частицей и
изменяют направление передаваемого ими импульса, они непостоянны во времени. С
уменьшением размеров и массы частицы, более заметными становятся изменения
импульса от времени. Факт существования броуновского движения свидетельствует о
молекулярном строении вещества и беспорядочном движении молекул. При стандартных
условиях (давление почти не отличается от атмосферного)
плотности газов приблизительно в тысячу раз меньше плотностей жидкостей и
твёрдых тел. Расстояние между атомами (молекулами) в газах примерно в 10 раз
больше, чем в жидкостях и твёрдых телах. По этой причине можно предположить,
что в газах молекулы совершают поступательное движение от одного столкновения
до другого. В жидкостях и твёрдых телах молекулы (атомы либо ионы) в основном
колеблются приблизительно некоторых положений равновесия, только иногда перескакивая
из одного места в соседние, свободные места. При этом в жидкостях таких
вакансий много, и перескоки совершаются довольно часто - данным разъясняется
текучесть жидкостей. В твёрдых же телах подобных вакансий мало, и переходы
происходят крайне редко. Данные предположения хорошо подтвердились в последующих
изучениях свойств вещества в различных агрегатных состояниях. Газы легко
расширяются и свободно сжимаются. Это возможно объяснить, предположив, то что молекулы (атомы) вещества в газообразном состоянии
взаимодействуют весьма слабо. Наоборот, в твердых телах и жидкостях силы
молекулярного взаимодействия огромны. Таким образом, чтобы изменить объём
твёрдого тела либо жидкости всего лишь на 10%, необходимы огромные давления,
превосходящие атмосферное в 2000 (вода, спирт) - 100000
раз (металлы). При этом в недеформированном теле частицы вещества находятся в
состоянии устойчивого равновесия, т.е. сила взаимодействия между ними равна
нулю, а энергия взаимодействия очень мала. Если попробовать тело растянуть,
т.е. отдалить молекулы, то между молекулами возникает сила притяжения, а если
сжать - то сила отталкивания. Оказалось, что межатомные (межмолекулярные) силы
имеют электрическое происхождение - они появляются из-за взаимодействия
электронных оболочек атомов.
Список литературы:
- Александров Б. Л. Роль фотонов в физических и химических явлениях// Б. Л. Александров, М.Б. Родченко, А.Б. Александров. - Краснодар, ГУП «Печатный двор Кубани», 2002.
- Физический энциклопедический словарь [Текст]. — М.: Большая Российская энциклопедия, 1995.
- Фундаментальные проблемы естествознания. Международный научный конгресс. 22-27 июня 1998г., Санкт-Петербург, Россия.
- Моисеев Б.М. Фундаментальная физика, её философия и здравый смысл: Анализ совместимости. – М.: ЛЕНАНД, 2017.
- Ишханов Б.С. Микромир и Вселенная: учебное пособие / Б.С. Ишханов. – М: «КДУ», «Университетская книга», 2016.
- Beringer J. et al.: Phys. Rev., D86, 010001, 2012.
Комментарии:
Сопов Юрий Васильевич 2-11-2021, 7:49 |
Из каких КОНКРЕТНЫХ данных оказалось, что "межатомные (межмолекулярные) силы имеют ИМЕННО электрическое происхождение"? |