Osnovni tutorijali iz fizike

Članak o termometrima i temperaturnim skalama

1. Termometri

Alat dizajniran za mjerenje temperature je termometar. Postoji mnogo vrsta termometara, ali princip rada je isti. Obično koristimo termometrijske predmete, prirodu materije koja se mijenja s temperaturom. Ako se temperatura predmeta promijeni, mijenjaju se i oblik i veličina predmeta. Većina termometara koristi predmete koji se mogu širiti ili skupljati kada se temperatura promijeni. Termometri koji se često koriste sastoje se od staklenih cijevi, gdje se u središtu cijevi nalazi alkohol ili živa. Kada se temperatura poveća, alkohol ili živa u posudi se šire tako da se duljina stupca alkohola ili žive povećava. Suprotno tome, kada se temperatura smanji, duljina stupca alkohola ili žive se smanjuje. Na vanjskoj strani staklene cijevi nalaze se brojevi koji predstavljaju skalu termometra. Broj prikazan na gornjem kraju stupca alkohola ili žive označava vrijednost temperature predmeta koji se mjeri.

Pročitaj više

Članak o nultom zakonu termodinamike

Do sada smo promatrali samo toplinsku ravnotežu koju doživljavaju dva objekta u kontaktu.

Kako bismo detaljnije razumjeli koncept toplinske ravnoteže, razmotrimo tri objekta (recimo objekte A, objekt B i objekte C). Na primjer, objekt B i objekt C se ne dodiruju, ali objekt A je u kontaktu s objektom B, a objekt A je u kontaktu s objektom C. Promatrajte sliku ispod. Budući da su objekti A i B u kontaktu, osim objekta A, u toplinskoj ravnoteži, tako su i objekt A i objekt C u toplinskoj ravnoteži. Jesu li objekti B i C koji se ne dodiruju također u toplinskoj ravnoteži? Ako koristimo samo logiku, možemo reći da su objekt B i objekt C također u toplinskoj ravnoteži, iako nisu u kontaktu. Objekt A i objekt B su u toplinskoj ravnoteži, što znači da je temperatura objekta A = temperatura objekta B.

Pročitaj više

Članak o definiciji temperature i toplinske ravnoteže

Definicija temperature

Jeste li ikada dodirnuli led? Što osjećate kada vam ruke dodirnu led? Što ako je ono što dodirnete vatra? Kada dodirnete led, vaše su ruke hladne, kada dodirnete vatru, vaše su ruke vruće. Vruće, toplo, hladno, hladno stanje što?

Koncept temperature polazi od topline i hladnoće koju osjećamo našim osjetom dodira. Na temelju onoga što osjećamo osjetom dodira, kažemo da je neki objekt topliji od drugog objekta ili da je neki objekt hladniji od drugog. Vrući objekti imaju više temperature, dok hladni objekti imaju niže temperature. Što je objekt hladniji, to je temperatura niža. Obrnuto, što je objekt topliji, to je temperatura viša. Mjera topline ili hladnoće objekta naziva se temperatura. U predmetu kinetičke teorije plinova, dublje ćete razumjeti definiciju temperature; što se događa s molekulama objekta tako da se može osjećati vruć, topao, hladan ili hladan.

Pročitaj više

Članak o fazama materije (na temelju mikroskopskih svojstava)

U svakodnevnom životu često susrećemo tri različite faze tvari. Postoje čvrste tvari (npr. kamenje, željezo itd.), tekućine (voda, benzin itd.) i plinovite tvari (zrak itd.). Trofazna stanja ovih tvari mogu se razlikovati na temelju njihove sposobnosti održavanja oblika i veličine.

Čvrste tvari obično zadržavaju fiksni oblik i volumen. Tekućina ne zadržava fiksni oblik, već se prilagođava posudi u kojoj se nalazi. Na primjer, ako stavimo vodu u čašu, oblik se mijenja poput čaše. Ako se voda stavi u kadu, oblik se mijenja poput kade. Volumen tekućine je obično uvijek fiksan. Ako se čaša vode stavi u kadu, količina vode ostaje u čaši. Oblik vode se može mijenjati, ali veličina se nikada ne mijenja. Imajte na umu da se broj čvrstih tvari i tekućina može promijeniti ako im se da dovoljna sila.

Pročitaj više

Članak o atomskoj teoriji i kinetičkoj teoriji

Atomska teorija

Tisućama godina stari Grci vjerovali su da se svaka čista tvar (poput zlata, željeza itd.) sastoji od atoma. Prema njima, ako se čista tvar izreže na male komadiće, onda se sitni dijelovi ponovno izrežu, pa ponovno izrežu... i tako dalje, onda će postojati najmanji komadići koji se ne mogu ponovno rezati. Najmanji komadići koji se ne mogu ponovno rezati nazivaju se atomi. Atom znači „ne može se podijeliti“ (grčki)

U to vrijeme, atom se smatra nepodijeljenim. No kasnije su neki znanstvenici otkrili elektrone i atomske jezgre (protone i neutrone) tako da je pretpostavka da se atomi ne mogu podijeliti bila pogrešna. Dakle, atomi se sastoje od elektrona (negativno nabijenih) i atomskih jezgri. Elektroni kruže oko jezgre. Unutar jezgre nalaze se protoni (pozitivno nabijeni) i neutroni (neutralni ili nenabijeni).

Pročitaj više

Članak o promjenama faze Kritična temperatura Trojna točka

U raspravi o zakonu idealnog plina objašnjeno je da zakon idealnog plina točno opisuje ponašanje stvarnog plina samo kada tlak i gustoća stvarnog plina nisu preveliki. Ako su tlak i gustoća stvarnog plina dovoljno veliki, zakon idealnog plina daje netočne rezultate, slično tome, kada se temperatura stvarnog plina približi vrelištu. To je povezano s interakcijama koje se događaju između molekula stvarnog plina. Tlak plina obrnuto je proporcionalan volumenu plina. Kada je tlak plina dovoljno velik, volumen plina postaje manji. Budući da je volumen plina nizak, udaljenost između molekula plina postaje manja. Kada se udaljenost između molekula smanji, molekule se međusobno privlače. To je kao kada stavite komad željeza na magnet. Ako je udaljenost između magneta i željeza dovoljno velika, magnet ne može privlačiti željezo. Ali ako je udaljenost između magneta i željeza mala, željezo se privlači bliže.

Pročitaj više

Van der Walls je ime nizozemskog fizičara JD van der Waalsa (1837.-1923.). Van der Waalsova jednadžba stanja je jednadžba stanja plina, slična jednadžbi stanja idealnog plina. Razlika je u tome što jednadžba stanja idealnog plina ne može dati točne rezultate ako su tlak i gustoća stvarnog plina dovoljno veliki, dok Van der Waalsova jednadžba stanja može dati točnije rezultate.

Postojanje ove jednadžbe potječe od Van der Waalsa, koji je shvatio ograničenja jednadžbe idealnog stanja. Waals je modificirao jednadžbu stanja idealnog plina dodavanjem nekoliko faktora koji također utječu na stanje stvarnog plina, kada su tlak i gustoća stvarnog plina veliki.

Pročitaj više

Proces isparavanja može se objasniti kinetičkom teorijom. Poput molekula plina, i molekule vode se kreću. Razlika je u tome što se molekule vode ne mogu raspršiti jer ih privlačnost među molekulama i dalje može držati zajedno. Suprotno tome, privlačnost između molekula plina je krhka, tako da se molekule plina ne mogu spojiti. Pri kretanju, molekule vode imaju brzinu. Postoje molekule vode koje imaju velike brzine; postoje i molekule vode koje imaju malu brzinu. Raspodjela brzine molekule vode nalikuje Maxwellovoj distribuciji.

Isparavanje se događa kada je brzina molekula vode dovoljno velika da ih privlačnost među molekulama vode ne može zadržati na okupu. Slično raketama koje se kreću u svemir, brzina rakete je dovoljno velika da je gravitacijska sila Zemlje ne može zadržati na Zemlji. Imajte na umu da samo molekule s velikim brzinama mogu izbjeći privlačnost među molekulama. Molekule s malim brzinama ostaju zajedno poput vode.

Pročitaj više

Vrenje je proces pretvaranja tekućine u plin. Vrenje se događa kada je tlak zasićene pare jednak tlaku zraka (tlak zraka = atmosferski tlak). Razmatramo samo kipuću vodu. Tlak zasićene pare vode izravno je proporcionalan temperaturi vode, što je viša temperatura vode, to je veći tlak zasićene pare. Kada zagrijavamo vodu, na dnu posude obično se pojavljuju mali mjehurići. Postojanje mjehurića ukazuje na promjenu tekućine u plin. Ako je tlak zasićene pare u mjehuriću manji od vanjskog tlaka zraka, mjehurić će se smanjiti i raspasti prije nego što stigne na površinu. Mjehurići se uništavaju jer je potisna sila vanjskog zraka veća od potisne sile pare unutar mjehurića. Vanjski tlak zraka veći je od tlaka pare u mjehuriću tako da vanjski zrak ima značajniju silu (P = F / A).

Pročitaj više

Vlažnost zraka izražava količinu vodene pare u zraku. Kada pada kiša, atmosfera je vrlo vlažna jer u zraku ima puno vodene pare. Obrnuto, ako je vodene pare u zraku vrlo malo, zrak je suh. Količina vodene pare u zraku izražava se relativnom vlagom.

Relativna vlažnost je omjer parcijalnog tlaka pare i tlaka zasićene vodene pare pri određenoj temperaturi (para je vodena para). Relativna vlažnost izražava se u postocima, matematički formulirano:

Pročitaj više