Tutorials de física bàsica

Article sobre termòmetres i escales de temperatura

1. Termòmetres

L'eina dissenyada per mesurar la temperatura és un termòmetre. Hi ha molts tipus de termòmetres, però el principi de funcionament és el mateix. Normalment, utilitzem objectes termomètrics, la naturalesa de la matèria que canvia amb la temperatura. Si la temperatura de l'objecte canvia, la forma i la mida de l'objecte també canvien. La majoria dels termòmetres utilitzen objectes que es poden expandir o encongir quan canvia la temperatura. Els termòmetres que s'utilitzen sovint consisteixen en tubs de vidre, on hi ha alcohol o mercuri al centre del tub. Quan la temperatura augmenta, l'alcohol o el mercuri del recipient s'expandeix de manera que la longitud de la columna d'alcohol o mercuri augmenta. Per contra, quan la temperatura disminueix, la longitud de la columna d'alcohol o mercuri disminueix. A l'exterior del tub de vidre, hi ha números que són l'escala del termòmetre. El número que mostra l'extrem superior de la columna d'alcohol o mercuri indica el valor de la temperatura de l'objecte que es mesura.

Llegeix més

Article sobre la llei zero de la termodinàmica

Fins ara, només hem observat l'equilibri tèrmic experimentat per dos objectes en contacte.

Per entendre el concepte d'equilibri tèrmic amb més profunditat, revisem tres objectes (per exemple, els objectes A, l'objecte B i els objectes C). Per exemple, l'objecte B i l'objecte C no es toquen, però l'objecte A està en contacte amb l'objecte B i l'objecte A està en contacte amb l'objecte C. Observeu la imatge següent. Com que en contacte entre si, a part de l'objecte A i l'objecte B, també estan en equilibri tèrmic, també l'objecte A i l'objecte C estan en equilibri tèrmic. Els objectes B i C que no es toquen també estan en equilibri tèrmic? Si només fem servir la lògica, podem dir que l'objecte B i l'objecte C també estan en equilibri tèrmic, tot i que no estan en contacte. L'objecte A i l'objecte B estan en equilibri tèrmic, és a dir, la temperatura de l'objecte A = la temperatura de l'objecte B.

Llegeix més

Article sobre la definició de temperatura i equilibri tèrmic

Definició de temperatura

Has tocat mai gel? Què sents quan les teves mans toquen gel? Què passa si el que toques és foc? Quan toques gel, les teves mans són fredes, quan toques el foc, les teves mans són calentes. Calent, tebi, fred, fred, què indiquen?

El concepte de temperatura parteix de la calor i el fred que experimenta el nostre sentit del tacte. Basant-nos en el que sentim amb el sentit del tacte, diem que un objecte és més calent que un altre objecte o que un objecte és més fred que un altre. Els objectes calents tenen temperatures més altes, mentre que els objectes freds tenen temperatures més baixes. Com més fred és un objecte, més baixa és la temperatura. Per contra, com més calent és un objecte, més alta és la temperatura. La mesura de la calor o el fred d'un objecte s'anomena temperatura. En l'assignatura de teoria cinètica dels gasos, entendreu més profundament la definició de temperatura; què passa amb les molècules d'un objecte perquè pugui sentir-se calent, càlid, fred o fred.

Llegeix més

Article sobre les fases de la matèria (basat en propietats microscòpiques)

A la vida quotidiana, sovint trobem tres fases diferents de la matèria. Hi ha substàncies sòlides (per exemple, pedres, ferro, etc.), líquides (aigua, gasolina, etc.) i substàncies gasoses (aire, etc.). Les tres fases d'aquestes substàncies es poden distingir en funció de la seva capacitat per mantenir la seva forma i mida.

Els sòlids solen mantenir una forma i un volum fixos. El líquid no manté una forma fixa, sinó que s'adapta al recipient que ocupa. Per exemple, si posem aigua en un got, la forma canvia com la d'un got. Si posem aigua a la banyera, la forma canvia com la d'una banyera. El volum del líquid normalment sempre és fix. Un got d'aigua, si es posa en una banyera, la quantitat d'aigua que queda al got. La forma de l'aigua pot canviar, però la mida mai varia. Cal tenir en compte que el nombre de sòlids i líquids pot canviar si se li aplica una força suficient.

Llegeix més

Article sobre teoria atòmica i teoria cinètica

Teoria atòmica

Durant milers d'anys, els antics grecs creien que totes les substàncies pures (com l'or, el ferro, etc.) consistien en àtoms. Segons ells, si una substància pura es talla en trossos petits, les parts més petites es tornen a tallar, després es tornen a tallar... i així successivament, fins que hi haurà els trossos més petits que no es poden tornar a tallar. Els trossos més petits que no es poden tornar a tallar s'anomenen àtoms. Àtom significa "no es pot dividir" (en grec).

En aquella època, es considerava que l'àtom ja no estava dividit. Però més tard, alguns científics van descobrir electrons i nuclis atòmics (protons i neutrons), de manera que la suposició que els àtoms no es podien subdividir era errònia. Per tant, els àtoms consten d'electrons (amb càrrega negativa) i nuclis atòmics. Els electrons envolten el nucli. Dins del nucli, hi ha protons (amb càrrega positiva) i neutrons (neutres o sense càrrega).

Llegeix més

Article sobre canvis de fase Temperatura crítica Punt triple

En la discussió de la llei dels gasos ideals, s'ha explicat que la llei dels gasos ideals descriu el comportament del gas real amb precisió només quan la pressió i la densitat del gas real no són massa grans. Si la pressió i la densitat del gas real són prou grans, la llei dels gasos ideals proporciona resultats inexactes, de la mateixa manera, quan la temperatura del gas real s'acosta al punt d'ebullició. Això està relacionat amb les interaccions que es produeixen entre les molècules de gas reals. La pressió del gas és inversament proporcional al volum del gas. Quan la pressió del gas és prou gran, el volum del gas es fa més petit. Com que el volum del gas és baix, la distància entre les molècules de gas s'acosta. Quan la distància entre les molècules s'acosta, les molècules s'atrauen entre si. És com quan poses un tros de ferro sobre un imant. Si la distància entre l'imant i el ferro és prou gran, l'imant no pot atreure el ferro. Però si la distància entre l'imant i el ferro és curta, el ferro s'acosta.

Llegeix més

Van der Walls és el nom d'un físic neerlandès, J.D. van der Waals (1837-1923). L'equació d'estat de Van der Waals és una equació d'estat d'un gas, similar a l'equació d'estat d'un gas ideal. La diferència és que l'equació d'estat d'un gas ideal no pot proporcionar resultats precisos si la pressió i la densitat del gas real són prou grans. Mentre que l'equació d'estat de Van der Waals pot produir resultats més precisos.

L'existència d'aquesta equació prové de Van der Waals, que es va adonar de les limitacions de l'equació d'un estat ideal. Waals va modificar l'equació d'estat del gas ideal afegint-hi diversos factors que també influeixen en la condició real del gas, quan la pressió i la densitat del gas real són grans.

Llegeix més

El procés d'evaporació es pot explicar mitjançant la teoria cinètica. Igual que les molècules de gas, les molècules d'aigua també es mouen. La diferència és que les molècules d'aigua no es poden dispersar perquè l'atracció entre les molècules encara les pot mantenir unides. Per contra, l'atracció entre les molècules de gas és fràgil, de manera que les molècules de gas no es poden fusionar. Quan es mouen, les molècules d'aigua tenen velocitat. Hi ha molècules d'aigua que tenen velocitats elevades; també hi ha molècules d'aigua que tenen una velocitat petita. La distribució de la velocitat de la molècula d'aigua s'assembla a la distribució de Maxwell.

L'evaporació es produeix quan la velocitat de les molècules d'aigua és prou gran perquè l'atracció entre les molècules d'aigua no pugui mantenir-les unides. De manera similar als coets que es mouen a l'espai, la velocitat d'un coet és prou gran perquè la força gravitatòria de la Terra no pugui mantenir-lo a la Terra. Cal tenir en compte que només les molècules amb velocitats grans poden escapar de l'atracció entre molècules. Les molècules amb velocitats petites romanen juntes com l'aigua.

Llegeix més

L'ebullició és un procés de transformació d'un líquid en gas. L'ebullició es produeix quan la pressió de vapor saturat és igual a la pressió de l'aire (pressió de l'aire = pressió atmosfèrica). Només parlem d'aigua bullent. La pressió de vapor saturat de l'aigua és directament proporcional a la temperatura de l'aigua, com més alta sigui la temperatura de l'aigua, més alta serà la pressió del vapor saturat. Quan escalfem aigua, solen aparèixer petites bombolles al fons del recipient. L'existència de bombolles indica la transformació d'un líquid en gas. Si la pressió de vapor saturat a la bombolla és més petita que la pressió de l'aire exterior, la bombolla es reduirà i es desintegrarà abans d'arribar a la superfície. Les bombolles es destrueixen perquè la força d'empenta de l'aire exterior és més alta que la força d'empenta del vapor dins de la bombolla. La pressió de l'aire exterior és més alta que la pressió de vapor a la bombolla, de manera que l'aire exterior té una força més significativa (P = F / A).

Llegeix més

La humitat indica la quantitat de vapor d'aigua a l'aire. Quan plou, l'atmosfera és molt humida perquè hi ha molt vapor d'aigua a l'aire. Per contra, si el vapor d'aigua a l'aire és molt poc, l'aire és àrid. La quantitat de vapor d'aigua a l'aire s'expressa mitjançant la humitat relativa.

La humitat relativa és la relació entre la pressió parcial del vapor i la pressió del vapor saturat de l'aigua a una determinada temperatura (el vapor és vapor d'aigua). La humitat relativa s'expressa en percentatge, formulada matemàticament:

Llegeix més