Alapvető fizika oktatóanyagok

Cikk a hőmérőkről és hőmérsékleti skálákról

1. Hőmérők

A hőmérséklet mérésére szolgáló eszköz a hőmérő. Sokféle hőmérő létezik, de a működési elv ugyanaz. Általában hőmérő tárgyakat használunk, azaz olyan anyagokat, amelyek a hőmérséklettel együtt változnak. Ha a tárgy hőmérséklete változik, a tárgy alakja és mérete is megváltozik. A legtöbb hőmérő olyan tárgyakat használ, amelyek a hőmérséklet változásával tágulhatnak vagy zsugorodhatnak. A gyakran használt hőmérők üvegcsövekből állnak, amelyek közepén alkohol vagy higany van. Amikor a hőmérséklet emelkedik, a tartályban lévő alkohol vagy higany kitágul, így az alkohol- vagy higanyoszlop hossza nő. Fordítva, amikor a hőmérséklet csökken, az alkohol- vagy higanyoszlop hossza csökken. Az üvegcső külsején számok találhatók, amelyek a hőmérő skáláját jelölik. Az alkohol- vagy higanyoszlop felső végén látható szám a mért tárgy hőmérsékletének értékét jelzi.

Részletek

Cikk a termodinamika nulladik főtételéről

Eddig csak két érintkező tárgy termikus egyensúlyát figyeltük meg.

A termikus egyensúly fogalmának mélyebb megértéséhez tekintsünk át három tárgyat (mondjuk az A, a B és a C tárgyakat). Például a B és a C tárgy nem érintkezik egymással, de az A tárgy érintkezik a B tárggyal, az A tárgy pedig érintkezik a C tárggyal. Figyeljük meg az alábbi képet. Mivel az A és a B tárgyon kívül mindegyikkel érintkeznek, ezért az A és a C tárgy is termikus egyensúlyban van. Vajon a nem érintkező B és C tárgyak is termikus egyensúlyban vannak? Ha csak a logikát használjuk, azt mondhatjuk, hogy a B és a C tárgy is termikus egyensúlyban van, annak ellenére, hogy nem érintkeznek. Az A és a B tárgy termikus egyensúlyban van, ami azt jelenti, hogy az A tárgy hőmérséklete = a B tárgy hőmérséklete.

Részletek

Cikk a hőmérséklet és a termikus egyensúly definíciójáról

A hőmérséklet meghatározása

Érintettél már jeget? Mit érzel, amikor a kezed jéghez ér? Mi van, ha amit megérintesz, az tűz? Amikor a jeget érinted, a kezed hideg, amikor a tüzet érinted, a kezed forró. A forró, meleg, hűvös, hideg mit jelent?

A hőmérséklet fogalma a tapintásunk által érzékelt melegből és hidegből indul ki. A tapintásunk által érzékelt érzések alapján azt mondjuk, hogy egy tárgy melegebb, mint egy másik, vagy hogy egy tárgy hidegebb, mint egy másik. A meleg tárgyak hőmérséklete magasabb, míg a hidegeké alacsonyabb. Minél hidegebb egy tárgy, annál alacsonyabb a hőmérséklete. Fordítva, minél melegebb egy tárgy, annál magasabb a hőmérséklete. Egy tárgy melegének vagy hidegének mértékét hőmérsékletnek nevezzük. A gázkinetikai elmélet tárgyában mélyebben megértjük a hőmérséklet definícióját; mi történik egy tárgy molekuláival, hogy az forrónak, melegnek, hidegnek vagy hidegnek érezhető legyen.

Részletek

Cikk az anyag fázisairól (mikroszkopikus tulajdonságok alapján)

A mindennapi életben gyakran találkozunk az anyag három különböző halmazállapotával. Vannak szilárd anyagok (pl. kövek, vas stb.), folyékony anyagok (víz, benzin stb.) és gáz halmazállapotú anyagok (levegő stb.). Ezen anyagok háromfázisúságát az alapján különböztethetjük meg, hogy mennyire képesek megtartani alakjukat és méretüket.

A szilárd anyagok általában rögzített alakot és térfogatot tartanak fenn. A folyadék nem tartja meg a rögzített alakját, hanem alkalmazkodik az elfoglalt edényhez. Például, ha vizet teszünk egy pohárba, az alakja úgy változik, mint egy poháré. Ha vizet öntünk a fürdőkádba, az alakja úgy változik, mint egy fürdőkádé. A folyadék térfogata általában mindig rögzített. Ha egy pohár vizet fürdőkádba helyezünk, a víz mennyisége a pohárban marad. A víz alakja változhat, de a mérete soha nem változik. Ne feledjük, hogy a szilárd és folyékony anyagok száma megváltozhat, ha elegendő erő hat rájuk.

Részletek

Cikk az atomelméletről és a kinetikus elméletről

Atomelmélet

Az ókori görögök évezredeken át úgy hitték, hogy minden tiszta anyag (például az arany, a vas stb.) atomokból áll. Szerintük, ha egy tiszta anyagot apró darabokra vágunk, akkor az apró részeket ismét elvágjuk, majd visszavágjuk... és így tovább, akkor lesznek a legkisebb darabok, amelyeket már nem lehet újra elvágni. Azokat a legkisebb darabokat, amelyeket már nem lehet újra elvágni, atomoknak nevezzük. Az atom jelentése „nem osztható” (görögül).

Abban az időben az atomot már nem tekintették osztódónak. Később azonban néhány tudós felfedezte az elektronokat és az atommagokat (protonokat és neutronokat), így az a feltételezés, hogy az atomok nem oszthatók fel, téves volt. Tehát az atomok elektronokból (negatív töltésű) és atommagokból állnak. Az elektronok keringenek az atommag körül. Az atommagban protonok (pozitív töltésű) és neutronok (semleges vagy töltés nélküli) találhatók.

Részletek

Cikk a fázisváltozásokról Kritikus hőmérséklet Hármaspont

Az ideális gáztörvény tárgyalása során kifejtettük, hogy az ideális gáztörvény csak akkor írja le pontosan a valódi gáz viselkedését, ha a valódi gáz nyomása és sűrűsége nem túl nagy. Ha a nyomás és a valódi gáz sűrűsége elég nagy, az ideális gáztörvény pontatlan eredményeket ad, hasonlóképpen, amikor a valódi gáz hőmérséklete megközelíti a forráspontot. Ez összefügg a valódi gázmolekulák között fellépő kölcsönhatásokkal. A gáznyomás fordítottan arányos a gáz térfogatával. Amikor a gáznyomás elég nagy, a gáz térfogata kisebb lesz. Mivel a gáz térfogata kicsi, a gázmolekulák közötti távolság kisebb lesz. Amikor a molekulák közötti távolság közelebb lesz, a molekulák vonzzák egymást. Ez olyan, mint amikor egy darab vasat helyezünk egy mágnesre. Ha a mágnes és a vas közötti távolság elég nagy, a mágnes nem tudja vonzani a vasat. De ha a mágnes és a vas közötti távolság kicsi, a vas közelebb kerül.

Részletek

Van der Walls egy holland fizikus, JD van der Waals (1837-1923) neve. A Van der Waals-egyenlet egy gáz állapotegyenlete, hasonlóan egy ideális gáz állapotegyenletéhez. A különbség az, hogy egy ideális gáz állapotegyenlete nem adhat pontos eredményeket, ha a valódi gáz nyomása és sűrűsége elég nagy, míg a Van der Waals-egyenlet pontosabb eredményeket tud produkálni.

Ennek az egyenletnek a létezése Van der Waalstól ered, aki felismerte az ideális állapot egyenletének korlátait. Waals módosította az ideális gáz állapotegyenletét számos olyan tényező hozzáadásával, amelyek a valós gázállapotot is befolyásolják, amikor a valós gáz nyomása és sűrűsége nagy.

Részletek

A párolgási folyamat kinetikai elmélettel magyarázható. A gázmolekulákhoz hasonlóan a vízmolekulák is mozognak. A különbség az, hogy a vízmolekulák nem szóródhatnak szét, mivel a molekulák közötti vonzás továbbra is összetartja őket. Ezzel szemben a gázmolekulák közötti vonzás törékeny, így a gázmolekulák nem tudnak összeolvadni. Mozgás közben a vízmolekulák sebességgel rendelkeznek. Vannak nagy sebességű vízmolekulák; vannak kis sebességű vízmolekulák is. A vízmolekula sebességének eloszlása ​​a Maxwell-eloszláshoz hasonlít.

Párolgás akkor következik be, amikor a vízmolekulák sebessége elég nagy ahhoz, hogy a köztük lévő vonzás ne tudja azokat egyben tartani. A rakéták űrbe szökéséhez hasonlóan egy rakéta sebessége is elég nagy ahhoz, hogy a Föld gravitációs ereje ne tudja a Földön tartani. Megjegyzendő, hogy csak a nagy sebességű molekulák tudnak kiszabadulni a molekulák közötti vonzásból. A kis sebességű molekulák a vízhez hasonlóan egyben maradnak.

Részletek

A forrás a folyadék gáz halmazállapotúvá válásának folyamata. A forrás akkor következik be, amikor a telített gőz nyomása megegyezik a levegő nyomásával (légnyomás = légköri nyomás). Csak a forrásban lévő vízről beszélünk. A víz telített gőz nyomása egyenesen arányos a víz hőmérsékletével, minél magasabb a víz hőmérséklete, annál nagyobb a telített gőz nyomása. Amikor vizet melegítünk, általában apró buborékok jelennek meg a tartály alján. A buborékok jelenléte a folyadék gáz halmazállapotúvá válását jelzi. Ha a buborékban lévő telített gőz nyomása kisebb, mint a külső levegő nyomása, a buborék összezsugorodik és szétesik, mielőtt a felszínre érne. A buborékok azért pusztulnak el, mert a külső levegő tolóereje nagyobb, mint a buborékban lévő gőz tolóereje. A külső levegő nyomása magasabb, mint a buborékban lévő gőz nyomása, így a külső levegőnek jelentősebb ereje van (P = F / A).

Részletek

A páratartalom a levegőben lévő vízgőz mennyiségét adja meg. Amikor esik az eső, a légkör nagyon párás, mert sok vízgőz van a levegőben. Fordítva, ha a levegőben lévő vízgőz nagyon kevés, a levegő száraz. A levegőben lévő vízgőz mennyiségét a relatív páratartalom fejezi ki.

A relatív páratartalom a gőz parciális nyomásának és a telített vízgőz nyomásának aránya egy adott hőmérsékleten (a gőz vízgőz). A relatív páratartalmat százalékban fejezzük ki, matematikailag a következőképpen fogalmazva:

Részletek