Теплота. Молекулярная физика

§ 195. Тепловое расширение твердых и жидких тел

Простые опыты и наблюдения убеждают нас, что при повышении температуры размеры тел немного увеличиваются, а при охлаждении — уменьшаются до прежних размеров. Так, например, сильно разогретый болт не входит в резьбу, в которую он свободно входит, будучи хо...

§ 196. Термометры

Расширение тел при нагревании используют для устройства приборов, служащих для определения температуры тел, — термометров. Грубым термометром может служить, например, двойная пластинка, изображенная на рис. 355, или колба с трубкой. Обыкновенный жидкостны...

§ 197. Формула линейного расширения

Измерения показывают, что одно и то же тело расширяется при различных температурах по-разному: при высоких температурах тепловое расширение обычно сильнее, чем при низких. Однако разница в расширении невелика, и при относительно небольших изменениях темпе...

§ 198. Формула объемного расширения

Аналогично температурному коэффициенту линейного расширения можно ввести температурный коэффициент объемного расширения вещества, характеризующий изменение объема при изменении температуры. Опыт показывает, что так же, как и в случае линейного расширения,...

§ 199. Связь между коэффициентами линейного и объемного расширения

Пусть кубик со стороной  расширяется от нагревания. Его начальный объем равен . При нагревании на  каждая его сторона сделается равной  и объем . Следовательно, . Мы видели, что  — величина весьма малая. Так как, кроме того, мы рассматриваем только неболь...

§ 200. Измерение коэффициента объемного расширения жидкостей

Измерить коэффициент объемного расширения жидкости можно следующим образом. Стеклянная колба, снабженная узкой цилиндрической шейкой (рис. 364), наполняется испытуемой жидкостью до определенной метки на шейке. Затем колбу нагревают и отмечают, насколько п...

§ 201. Особенности расширения воды

Самое распространенное на поверхности Земли вещество — вода — имеет особенность, отличающую ее от большинства других жидкостей. Она расширяется при нагревании только свыше , от 0 до  объем воды, наоборот, при нагревании уменьшается. Таким образом, наиболь...

§ 202. Изменения состояния тел

Рассматривая движение тела, брошенного вверх и затем падающего (§ 101), мы установили, что при отсутствии сопротивления воздуха сумма кинетической и потенциальной энергий движущегося тела остается постоянной. Этот закон относится также к любой системе тел...

§ 203. Нагревание тел при совершении работы

В предыдущем параграфе мы установили, что при работе против сил трения трущиеся тела нагреваются. Было сделано много различных опытов с целью точно измерить то изменение температуры, которое получается ври совершении определенной работы. Такие опыты в сер...

§ 204. Изменение внутренней энергии тел при теплопередаче

Мы видели, что при уменьшении механической энергии системы тел происходит соответствующее увеличение их внутренней энергии, а уменьшение внутренней энергии связано с увеличением механической энергии. Эти изменения внутренней энергии тел происходят при сов...

§ 205. Единицы количества теплоты

Количество теплоты, т. е. изменение внутренней энергии, можно измерять в тех же единицах, в которых измеряется и механическая энергия, т. е. в джоулях. Прежде (а иногда и теперь) для измерения количества теплоты использовалась особая единица, называемая к...

§ 206. Зависимость внутренней энергии тела от его массы и вещества

В этом параграфе мы будем говорить об изменениях внутренней энергии тел, связанных с изменениями их температуры. Опыты Джоуля (§ 203) показывают, что при нагревании 1 кг воды на 1К внутренняя энергия этой воды увеличивается на 4,18 кДж. Для нагревания 10 ...

§ 207. Теплоемкость тела

Количество теплоты, которое нужно сообщить какому-либо телу, чтобы повысить его температуру на 1 К, называется теплоемкостью этого тела. При остывании на 1 К тело отдает такое же количество теплоты. Для нагревания тела не на 1 К, а, например, на 10 К нужн...

§ 208. Удельная теплоемкость

Простые наблюдения, указанные в § 206, и точные измерения, которые производились со специальными приборами, описанными в § 209, привели к выводу, что теплоемкость тела, состоящего из однородного материала, пропорциональна его массе. Поэтому сравнивать меж...

§ 209. Калориметр. Измерение теплоемкостей

Для сравнения теплоемкостей разных тел пользуются калориметром. Калориметр представляет собой металлический сосуд с крышкой, имеющий форму стакана. Сосуд ставят на пробки, помещенные в другой, больший сосуд так, что между обоими сосудами остается слой воз...

§ 210. Закон сохранения энергии

Закон сохранения энергии, применение которого мы рассмотрели для случаев, когда происходит передача теплоты (§ 204) или когда наряду с тепловыми явлениями происходят и механические (§ 202), имеет всеобъемлющее значение. Он применим ко всем без исключения ...

§ 211. Невозможность «вечного двигателя»

Установление закона сохранения энергии явилось результатом многочисленных опытов, показавших его справедливость. Число этих опытов было чрезвычайно велико благодаря тому, что вопрос об использовании энергии — один из важнейших вопросов человеческой деятел...

§ 212. Различные виды процессов, при которых происходит передача теплоты

В предыдущих параграфах мы часто говорили о передаче теплоты как о процессе, при котором меняется внутренняя энергия тела. Рассмотрим теплопередачу более подробно. Прежде всего надо отметить, что при отсутствии работы теплопередача всегда идет в определен...

§ 213. Молекулы и атомы

В настоящем разделе книги мы изучаем изменение теплового состояния тел, характеризуемого их температурой, переход тел из твердого состояния в жидкое, из жидкого — в газообразное и обратно и т. д. Естественно возникает вопрос: что происходит внутри тел, ко...

§ 214. Размеры атомов и молекул

Представление о молекулярном строении тел на первый взгляд не согласуется с нашим обычным опытом: мы не наблюдаем этих отдельных частиц, тела представляются нам сплошными. Однако это возражение нельзя считать убедительным. М. В. Ломоносов в одной из своих...

§ 215. Микромир

Успехи в изучении строения вещества, о которых говорилось в предыдущих параграфах, раскрыли перед исследователями природы новый мир — мир мельчайших частиц. Его называют микромиром; в отличие от мира крупных тел, или макромира (от греческих слов: «микрос»...

§ 216. Внутренняя энергия с точки зрения молекулярной теории

В предыдущей главе мы приняли к выводу, что, кроме механической энергии некоторой системы тел, зависящей от их скоростей (кинетическая энергия) и от их взаимного расположения (потенциальная энергия), каждому из тел, составляющих систему, присуща его внутр...

§ 217. Молекулярное движение

Сопоставим несколько простых фактов, позволяющих сделать заключение о движении молекул. Положим в стакан холодного чая кусок сахара. Сахар растает и образует густой сироп на дне стакана. Этот сироп хорошо виден, если посмотреть сквозь стакан на свет. Оста...

§ 218. Молекулярное движение в газах, жидкостях и твердых телах

Движение молекул в газах имеет беспорядочный характер: скорости молекул не имеют какого-либо преимущественного направления, а распределены хаотически по всем направлениям. Вследствие столкновений молекул между собой скорости их все время меняются как по н...

§ 219. Броуновское движение

Как мы видели, давление газа на стенку вызывается ударами молекул об нее. Но ведь число этих ударов за единицу времени случайно может оказаться то больше, то меньше. Поэтому можно предполагать, что сила давления газа на стенку не всегда должна иметь одно ...

§ 220. Молекулярные силы

Если открыть кран в трубке, соединяющей вверху два баллона, один из которых наполнен газом, а другой — пустой, то часть газа из первого немедленно перейдет во второй. Вещество, находящееся в газовом состоянии, всегда полностью занимает предоставленный ему...

§ 221. Давление газа

Мы уже говорили (§ 220), что газы всегда нацело заполняют объем, ограниченный непроницаемыми для газа стенками. Так, например, стальной баллон, употребляемый в технике для хранения сжатых газов (рис. 375), или камера автомобильной шины полностью и практич...

§ 222. Зависимость давления газа от температуры

Начнем с выяснения зависимости давления газа от температуры при условии неизменного объема определенной массы газа. Эти исследования были впервые произведены в 1787 г. Жаком Александром Сезаром Шарлем (1746—1823). Можно воспроизвести эти опыты в упрощенно...

§ 223. Формула, выражающая закон Шарля

Закон Шарля позволяет рассчитать давление газа при любой температуре, если известно его давление при температуре . Пусть давление данной массы газа при  в данном объеме есть , а давление того же газа при температуре  есть . Приращение температуры есть ; с...

§ 224. Закон Шарля с точки зрения молекулярной теории

Что происходит в микромире молекул, когда температура газа меняется, например когда температура газа повышается и давление его увеличивается? С точки зрения молекулярной теории возможны две причины увеличения давления данного газа: во-первых, могло увелич...

Sponsor

Sponsor