Zjawiska cieplne · Cząsteczki i temperatura

7.4 Cząsteczki i temperatura

Budowa materii i ruch cząsteczek

### Kinetyczno-cząsteczkowy model materii Materia składa się z atomów lub cząsteczek, które są w ciągłym, chaotycznym ruchu. Między cząsteczkami działają siły wzajemnego oddziaływania. ### Ruchy Browna Ruchy Browna to chaotyczne ruchy bardzo małych cząstek zawieszonych w cieczy lub gazie. Są skutkiem przypadkowych zderzeń tych cząstek z cząsteczkami ośrodka. ### Dyfuzja Dyfuzja to samorzutne mieszanie się cząsteczek różnych substancji wskutek ich chaotycznego ruchu. Przykładem jest rozchodzenie się zapachu w powietrzu. Im wyższa temperatura, tym intensywniejszy jest ruch cieplny cząsteczek.

Skale temperatur i zero bezwzględne

### Skala Celsjusza i Kelwina Temperaturę w skali Celsjusza oznaczamy zwykle przez tt, a temperaturę bezwzględną w kelwinach przez TT. Między skalami zachodzi zależność: T=t+273,15T=t+273{,}15 t=T−273,15t=T-273{,}15 W zadaniach szkolnych często wystarcza przybliżenie 273273 zamiast 273,15273{,}15. ### Różnica temperatur Zmiana temperatury ma taką samą wartość liczbową w kelwinach i w stopniach Celsjusza: ΔT=Δt\Delta T=\Delta t Na przykład wzrost temperatury z 20∘C20^\circ\text{C} do 70∘C70^\circ\text{C} oznacza zmianę o 50∘C50^\circ\text{C}, czyli także 50 K50\,\text{K}. ### Zero bezwzględne Temperatura 0 K0\,\text{K} odpowiada około −273,15∘C-273{,}15^\circ\text{C} i jest najniższą możliwą temperaturą.

Temperatura a ruch cząsteczek

### Temperatura a energia cząsteczek Temperatura jest związana z chaotycznym ruchem cząsteczek. Im wyższa temperatura, tym większa jest ich średnia energia kinetyczna. Dla gazu doskonałego średnia energia kinetyczna ruchu postępowego jednej cząsteczki wynosi: Ek,sˊr=32kBTE_{k,\text{śr}}=\frac{3}{2}k_BT gdzie kB=1,38⋅10−23 J/Kk_B=1{,}38\cdot10^{-23}\,\text{J/K} jest stałą Boltzmanna, a TT temperaturą w kelwinach. ### Co z tego wynika? * Gdy temperatura rośnie, średnia energia kinetyczna cząsteczek rośnie. * W tej samej temperaturze różne gazy mają taką samą średnią energię kinetyczną ruchu postępowego jednej cząsteczki. * Lżejsze cząsteczki poruszają się przeciętnie szybciej niż cięższe, jeśli mają tę samą średnią energię kinetyczną. Ciśnienie gazu można jakościowo wyjaśnić zderzeniami poruszających się cząsteczek ze ściankami naczynia.

Najważniejsze wnioski i typowe błędy

### Najważniejsze wnioski * Materia składa się z cząsteczek będących w ciągłym, chaotycznym ruchu. * Im wyższa temperatura, tym większa jest średnia energia kinetyczna cząsteczek. * Temperaturę bezwzględną podajemy w kelwinach. * Dla gazu doskonałego: Ek,sˊr=32kBTE_{k,\text{śr}}=\frac{3}{2}k_BT ### Typowe błędy 1. **Dodawanie 273273 do różnicy temperatur.** Jeśli temperatura wzrosła o 20∘C20^\circ\text{C}, to wzrosła także o 20 K20\,\text{K}. 2. **Podstawianie temperatury w stopniach Celsjusza do wzoru z kBk_B.** We wzorze Ek,sˊr=32kBTE_{k,\text{śr}}=\frac{3}{2}k_BT temperatura TT musi być podana w kelwinach. 3. **Mylenie temperatury z energią pojedynczej cząsteczki.** Temperatura opisuje średnią energię ruchu bardzo wielu cząsteczek.