הדרכות פיזיקה בסיסיות

מאמר על מדחומים וסולמות טמפרטורה

1. מדחומים

הכלי שנועד למדידת טמפרטורה הוא מדחום. ישנם סוגים רבים של מדחומים, אך עקרון הפעולה זהה. בדרך כלל, אנו משתמשים בעצמים תרמומטריים, טבע החומר משתנה עם הטמפרטורה. אם טמפרטורת העצם משתנה, גם צורתו וגודלו משתנים. רוב המדחומים משתמשים בעצמים שיכולים להתרחב או להתכווץ כאשר הטמפרטורה משתנה. מדחומים המשמשים לעתים קרובות מורכבים מצינורות זכוכית, שבהם יש אלכוהול או כספית במרכז הצינור. כאשר הטמפרטורה עולה, האלכוהול או הכספית במיכל מתרחבים כך שאורך עמודת האלכוהול או הכספית גדל. לעומת זאת, כאשר הטמפרטורה יורדת, אורך עמודת האלכוהול או הכספית קטן. בצד החיצוני של צינור הזכוכית, ישנם מספרים שהם קנה המידה של המדחום. המספר המוצג בקצה העליון של עמודת האלכוהול או הכספית מציין את ערך הטמפרטורה של העצם הנמדד.

קראו עוד

מאמר על חוק האפס של התרמודינמיקה

עד כה, צפינו רק בשיווי משקל תרמי שחווים שני עצמים הנמצאים במגע.

כדי להבין את מושג שיווי המשקל התרמי לעומק, בואו נסקור שלושה עצמים (נניח, עצמים A, עצמים B, ועצמים C). לדוגמה, עצמים B ועצמים C אינם נוגעים זה בזה, אך עצמים A נמצא במגע עם עצמים B ועצמים A נמצאים במגע עם עצמים C. התבוננו בתמונה למטה. מכיוון שעצמים A ועצמים B נמצאים במגע עם כל אחד מהם, מלבד מגע עם עצמים A ועצמים B, נמצאים בשיווי משקל תרמי, כך גם עצמים A ועצמים C נמצאים בשיווי משקל תרמי. האם עצמים B ו-C שאינם נוגעים זה בזה נמצאים גם הם בשיווי משקל תרמי? אם נשתמש רק בלוגיקה, נוכל לומר שגם עצמים B ועצמים C נמצאים בשיווי משקל תרמי, למרות שהם אינם במגע. עצמים A ועצמים B נמצאים בשיווי משקל תרמי, כלומר הטמפרטורה של עצמים A = הטמפרטורה של עצמים B.

קראו עוד

מאמר על הגדרת טמפרטורה ושיווי משקל תרמי

הגדרת טמפרטורה

האם אי פעם נגעתם ​​בקרח? מה אתם מרגישים כשידיכם נוגעות בקרח? מה אם מה שאתם נוגעים בו הוא אש? כשאתם נוגעים בקרח, הידיים שלכם מרגישות קרות, כשאתם נוגעים באש, הידיים שלכם מרגישות חמות. מה המשמעות של חום, חם, קר, קור?

מושג הטמפרטורה מתחיל מהחום והקור שחווים חוש המישוש שלנו. בהתבסס על מה שחש חוש המישוש, אנו אומרים שעצם חם יותר מעצם אחר או שעצם קר יותר מאחר. לעצמים חמים יש טמפרטורות גבוהות יותר, בעוד שלעצמים קרים יש טמפרטורות נמוכות יותר. ככל שעצם קר יותר, כך הטמפרטורה נמוכה יותר. לעומת זאת, ככל שעצם חם יותר, כך הטמפרטורה גבוהה יותר. מדד החום או הקור של עצם נקרא טמפרטורה. במקצוע תורת הגזים הקינטית, תבינו לעומק את הגדרת הטמפרטורה; מה קורה למולקולות של עצם כדי שהוא יוכל להרגיש חם, חם, קר או קר.

קראו עוד

מאמר על פאזות של חומר (מבוסס על תכונות מיקרוסקופיות)

בחיי היומיום אנו נתקלים לעתים קרובות בשלושה פאזות שונות של חומר. ישנם חומרים מוצקים (למשל, אבנים, ברזל וכו'), נוזלים (מים, בנזין וכו') וחומרים גזיים (אוויר וכו'). ניתן להבחין בין שלושת הפאזות של חומרים אלה על סמך יכולתם לשמור על צורתם וגודלם.

מוצקים בדרך כלל שומרים על צורה ונפח קבועים. הנוזל אינו שומר על צורה מחוברת, אלא מתאים את דרכו לכלי בו אנו נמצאים. לדוגמה, אם נשים מים בכוס, הצורה משתנה כמו של כוס. אם מניחים מים באמבטיה, הצורה משתנה כמו של אמבטיה. נפח הנוזל בדרך כלל תמיד קבוע. כוס מים, אם מניחים אותה באמבטיה, כמות המים נשארת בכוס. צורת המים יכולה להשתנות, אך הגודל לעולם לא משתנה. קחו בחשבון שמספר המוצקים והנוזלים יכול להשתנות אם ניתן להם כוח מספיק.

קראו עוד

מאמר על תורת האטום ותורת הקינטיקה

תיאוריה אטומית

במשך אלפי שנים, היוונים הקדמונים האמינו שכל חומר טהור (כגון זהב, ברזל וכו') מורכב מאטומים. לפיהם, אם חומר טהור נחתך לחתיכות קטנות, אז החלקים הזעירים נחתכים שוב, ואז נחתכים בחזרה... וכן הלאה, אז יהיו החלקים הקטנים ביותר שלא ניתן לחתוך שוב. החלקים הקטנים ביותר שלא ניתן לחתוך שוב נקראים אטומים. אטום פירושו "לא ניתן לחלוקה" (בשפה היוונית).

באותה תקופה, האטום נחשב כלא מחולק עוד. אך מאוחר יותר, כמה מדענים גילו אלקטרונים וגרעיני אטום (פרוטונים ונייטרונים), כך שההנחה שאטומים לא ניתנים לחלוקה לחלקים הייתה שגויה. לכן, אטומים מורכבים מאלקטרונים (בעלי מטען שלילי) ומגרעינים אטומיים. אלקטרונים מקיפים את הגרעין. בתוך הגרעין, ישנם פרוטונים (בעלי מטען חיובי) ונייטרונים (ניטרליים או לא טעונים).

קראו עוד

מאמר על שינויי פאזה בטמפרטורה קריטית נקודה משולשת

בדיון על חוק הגז האידיאלי, הוסבר כי חוק הגז האידיאלי מתאר את התנהגותו של גז אמיתי במדויק רק כאשר הלחץ והצפיפות של הגז האמיתי אינם גדולים מדי. אם הלחץ וצפיפות הגז האמיתית גדולים מספיק, חוק הגז האידיאלי מספק תוצאות לא מדויקות, באופן דומה, כאשר הטמפרטורה של הגז האמיתי מתקרבת לנקודת הרתיחה. זה קשור לאינטראקציות המתרחשות בין מולקולות גז אמיתיות. לחץ הגז נמצא ביחס הפוך לנפח הגז. כאשר לחץ הגז גדול מספיק, נפח הגז קטן יותר. מכיוון שנפח הגז נמוך, המרחק בין מולקולות הגז מתקרב. כאשר המרחק בין המולקולות מתקרב, המולקולות מושכות זו את זו. זה כמו כשמניחים חתיכת ברזל על מגנט. אם המרחק בין המגנט לברזל גדול מספיק, המגנט לא יכול למשוך ברזל. אבל אם המרחק בין המגנט לברזל קטן, ברזל מתקרב.

קראו עוד

ואן דר וולס הוא שמו של פיזיקאי הולנדי, ג'יי.די. ואן דר וולס (1837-1923). משוואת המצב של ואן דר וולס היא משוואת מצב של גז, בדומה למשוואת המצב של גז אידיאלי. ההבדל הוא שמשוואת המצב של גז אידיאלי אינה יכולה לספק תוצאות מדויקות אם הלחץ והצפיפות של גז אמיתי גדולים מספיק, בעוד שמשוואת המצב של ואן דר וולס יכולה להניב תוצאות מדויקות יותר.

מקור קיומה של משוואה זו הוא בוואן דר ואלס, שהבין את מגבלותיה של משוואת המצב האידיאלי. ואלס משנה את משוואת המצב של הגז האידיאלי על ידי הוספת מספר גורמים המשפיעים גם הם על מצב הגז האמיתי, כאשר הלחץ והצפיפות של הגז האמיתי גדולים.

קראו עוד

ניתן להסביר את תהליך האידוי באמצעות תורת הקינטיקה. כמו מולקולות גז, גם מולקולות מים נעות. ההבדל הוא שמולקולות מים אינן יכולות להתפזר מכיוון שהמשיכה בין המולקולות עדיין יכולה להחזיק אותן יחד. לעומת זאת, המשיכה בין מולקולות הגז שברירית, כך שמולקולות הגז אינן יכולות להתמזג. כאשר הן נעות, למולקולות מים יש מהירות. ישנן מולקולות מים בעלות מהירויות גבוהות; ישנן גם מולקולות מים בעלות מהירות קטנה. התפלגות המהירות של מולקולת המים דומה להתפלגות מקסוול.

אידוי מתרחש כאשר מהירותן של מולקולות המים גדולה מספיק כך שהמשיכה ביניהן אינה מסוגלת להחזיק אותן יחד. בדומה לרקטות הנעות לחלל, מהירותה של רקטה גדולה מספיק כך שכוח הכבידה של כדור הארץ לא יוכל להחזיק אותה על פני כדור הארץ. שימו לב שרק מולקולות בעלות מהירויות גדולות יכולות להימלט מהמשיכה בין המולקולות. המולקולות בעלות מהירויות קטנות נשארות יחד כמו מים.

קראו עוד

הרתחה היא תהליך של הפיכת נוזל לגז. הרתחה מתרחשת כאשר לחץ האדים הרוויים שווה ללחץ האוויר (לחץ אוויר = לחץ אטמוספרי). אנו דנים רק במים רותחים. לחץ האדים הרוויים של מים הוא ביחס ישר לטמפרטורת המים, ככל שטמפרטורת המים גבוהה יותר, כך לחץ האדים הרוויים גבוה יותר. כאשר אנו מחממים מים, בועות קטנות מופיעות בדרך כלל בתחתית המיכל. קיומן של בועות מצביע על שינוי נוזל לגז. אם לחץ האדים הרוויים בבועה קטן מלחץ האוויר החיצוני, הבועה תתכווץ ותתפרק לפני שתגיע לפני השטח. בועות נהרסות מכיוון שכוח הדחיפה של האוויר החיצוני גבוה מכוח הדחיפה של הקיטור בתוך הבועה. לחץ האוויר החיצוני גבוה מלחץ האדים בבועה, כך שלאוויר החיצוני יש כוח משמעותי יותר (P = F / A).

קראו עוד

לחות מציינת את כמות אדי המים באוויר. כאשר יורד גשם, האטמוספירה לחה מאוד מכיוון שיש הרבה אדי מים באוויר. לעומת זאת, אם אדי המים באוויר מעטים מאוד, האוויר צחיח. כמות אדי המים באוויר מתבטאת בלחות היחסית.

הלחות היחסית היא היחס בין הלחץ החלקי של קיטור ללחץ של אדי מים רוויים בטמפרטורה מסוימת (קיטור הוא אדי מים). לחות יחסית מתבטאת באחוזים, מנוסחת מתמטית:

קראו עוד