Физиканың негізгі оқулықтары

Термометрлер және температура шкалалары туралы мақала

1. Термометрлер

Температураны өлшеуге арналған құрал - термометр. Термометрлердің көптеген түрлері бар, бірақ жұмыс принципі бірдей. Әдетте біз термометриялық заттарды пайдаланамыз, яғни температурамен өзгеретін заттың табиғаты. Егер заттың температурасы өзгерсе, заттың пішіні мен өлшемі де өзгереді. Көптеген термометрлер температура өзгерген кезде кеңейе немесе кішірейе алатын заттарды пайдаланады. Жиі қолданылатын термометрлер шыны түтіктерден тұрады, мұнда түтіктің ортасында спирт немесе сынап болады. Температура көтерілген кезде контейнердегі спирт немесе сынап кеңейеді, сондықтан спирт немесе сынап бағанының ұзындығы артады. Керісінше, температура төмендеген кезде спирт немесе сынап бағанының ұзындығы азаяды. Шыны түтіктің сыртында термометрдің шкаласы болып табылатын сандар бар. Спирт немесе сынап бағанының жоғарғы ұшымен көрсетілген сан өлшенетін заттың температурасының мәнін көрсетеді.

Ары қарай оқу

Термодинамиканың нөлдік заңы туралы мақала

Осы уақытқа дейін біз тек жанасатын екі нысанның жылулық тепе-теңдігін ғана байқадық.

Жылулық тепе-теңдік ұғымын тереңірек түсіну үшін үш нысанды (мысалы, А, В және С нысандарын) қарастырайық. Мысалы, В және С нысандары бір-біріне тимейді, бірақ А нысаны В нысанымен, ал А нысаны С нысанымен жанасады. Төмендегі суретке назар аударыңыз. А және В нысандарынан басқа әрқайсысымен жанасқанда, А және С нысандары да жылулық тепе-теңдікте болады. Бір-біріне тимейтін В және С нысандары да жылулық тепе-теңдікте ме? Егер біз тек логиканы қолдансақ, В нысаны мен С нысаны да жанаспаса да, жылулық тепе-теңдікте деп айта аламыз. А және В нысандары жылулық тепе-теңдікте, яғни А нысанының температурасы В нысанының температурасына тең.

Ары қарай оқу

Температура және жылулық тепе-теңдік анықтамасы туралы мақала

Температураның анықтамасы

Мұзға тиіп көрдіңіз бе? Қолдарыңыз мұзға тигенде не сезінесіз? Егер тиген затыңыз от болса ше? Мұзға тигенде қолдарыңыз суық, ал отқа тигенде қолдарыңыз ыстық сезіледі. Ыстық, жылы, салқын, суық күйлері қандай?

Температура ұғымы біздің жанасу сезімімізбен сезілетін жылу мен суықтан басталады. Жанасу сезімі арқылы сезілетін нәрсеге сүйене отырып, біз бір зат басқа заттан ыстық немесе бір зат басқа заттан салқын деп айтамыз. Ыстық заттардың температурасы жоғарырақ, ал суық заттардың температурасы төменірек болады. Зат неғұрлым салқын болса, температура соғұрлым төмен болады. Керісінше, зат неғұрлым ыстық болса, температура соғұрлым жоғары болады. Заттың жылу немесе суық өлшемі температура деп аталады. Газ кинетикалық теориясы пәнінде сіз температураның анықтамасын тереңірек түсінесіз; заттың молекулалары ыстық, жылы, салқын немесе суық сезінуі үшін не болады.

Ары қарай оқу

Заттың фазалары туралы мақала (микроскопиялық қасиеттерге негізделген)

Күнделікті өмірде біз материяның үш түрлі фазасын жиі кездестіреміз. Қатты заттар (мысалы, тастар, темір және т.б.), сұйықтықтар (су, бензин және т.б.) және газ тәрізді заттар (ауа және т.б.) бар. Бұл заттардың үш фазалы екенін олардың пішіні мен өлшемін сақтау қабілетіне қарай ажыратуға болады.

Қатты денелер әдетте бекітілген пішін мен көлемді сақтайды. Сұйықтық бекітілген пішінді сақтамайды, бірақ толтырылған ыдысқа қарай өз жолын өзгертеді. Мысалы, егер біз стаканға су құйсақ, пішіні стакан сияқты өзгереді. Егер су ваннаға құйылса, пішіні ванна сияқты өзгереді. Сұйықтықтың көлемі әдетте әрқашан бекітілген болады. Бір стакан су ваннаға салынса, стакандағы су мөлшері қалады. Судың пішіні өзгеруі мүмкін, бірақ мөлшері ешқашан өзгермейді. Қатты денелер мен сұйықтықтардың саны жеткілікті күш әсер еткенде өзгеруі мүмкін екенін есте сақтаңыз.

Ары қарай оқу

Атом теориясы және кинетикалық теория туралы мақала

Атомдық теория

Мыңдаған жылдар бойы ежелгі гректер әрбір таза зат (мысалы, алтын, темір және т.б.) атомдардан тұрады деп сенген. Олардың ойынша, егер таза зат кішкене бөліктерге кесілсе, онда ұсақ бөлшектер қайтадан кесіледі, содан кейін қайтадан кесіледі... және тағы басқалар, онда қайтадан кесілмейтін ең кішкентай бөліктер болады. Қайта кесілмейтін ең кішкентай бөліктер атомдар деп аталады. Атом «бөлінбейді» дегенді білдіреді (грек тілінде)

Сол кезде атом енді бөлінбеген деп есептелді. Бірақ кейінірек кейбір ғалымдар электрондар мен атом ядроларын (протондар мен нейтрондарды) ашты, сондықтан атомдарды бөлуге болмайды деген болжам қате болды. Демек, атомдар электрондардан (теріс зарядталған) және атом ядроларынан тұрады. Электрондар ядроны айнала қоршап тұрады. Ядроның ішінде протондар (оң зарядталған) және нейтрондар (бейтарап немесе зарядталмаған) бар.

Ары қарай оқу

Фазаның өзгеруі туралы мақала Критикалық температура Үштік нүкте

Идеал газ заңын талқылауда идеал газ заңы нақты газдың қысымы мен тығыздығы тым үлкен болмаған кезде ғана нақты газдың әрекетін дәл сипаттайтыны түсіндірілді. Егер қысым мен нақты газ тығыздығы жеткілікті үлкен болса, идеал газ заңы дәл емес нәтижелер береді, сол сияқты нақты газдың температурасы қайнау температурасына жақындағанда. Бұл нақты газ молекулалары арасында болатын өзара әрекеттесулерге байланысты. Газ қысымы газ көлеміне кері пропорционалды. Газ қысымы жеткілікті үлкен болған кезде, газ көлемі кішірейеді. Газ көлемі төмен болғандықтан, газ молекулалары арасындағы қашықтық жақындайды. Молекулалар арасындағы қашықтық жақындаған кезде, молекулалар бір-біріне тартылады. Бұл магнитке темір кесегін қойғандай. Егер магнит пен темір арасындағы қашықтық жеткілікті алыс болса, магнит темірді тарта алмайды. Бірақ егер магнит пен темір арасындағы қашықтық жақын болса, темір жақындайды.

Ары қарай оқу

Ван дер Уоллс - голландиялық физигі Дж.Д. ван дер Ваальстың (1837-1923) есімі. Ван дер Ваальс күй теңдеуі - газ күйінің теңдеуі, идеал газ күйінің теңдеуіне ұқсас. Айырмашылығы мынада, егер нақты газдың қысымы мен тығыздығы жеткілікті үлкен болса, идеал газ күйінің теңдеуі дәл нәтижелер бере алмайды. Ал Ван дер Ваальс күй теңдеуі дәлірек нәтижелер бере алады.

Бұл теңдеудің пайда болуы идеал күй теңдеуінің шектеулерін түсінген Ван дер Ваальстан бастау алады. Ваальс нақты газдың қысымы мен тығыздығы үлкен болған кезде нақты газдың күйіне әсер ететін бірнеше факторларды қосу арқылы идеал газдың күй теңдеуін өзгертеді.

Ары қарай оқу

Булану процесін кинетикалық теорияны қолдану арқылы түсіндіруге болады. Газ молекулалары сияқты, су молекулалары да қозғалады. Айырмашылығы - су молекулалары шашыраңқы бола алмайды, себебі молекулалар арасындағы тартылыс күші оларды бірге ұстап тұра алады. Керісінше, газ молекулалары арасындағы тартылыс күші нәзік, сондықтан газ молекулалары біріге алмайды. Қозғалған кезде су молекулаларының жылдамдығы болады. Жоғары жылдамдыққа ие су молекулалары бар; жылдамдығы аз су молекулалары да бар. Су молекуласының жылдамдығының таралуы Максвелл таралуына ұқсайды.

Булану су молекулаларының жылдамдығы су молекулалары арасындағы тартылыс күші оны бірге ұстап тұра алмайтындай үлкен болған кезде пайда болады. Ғарышқа ұшып бара жатқан зымырандарға ұқсас, зымыранның жылдамдығы Жердің тартылыс күші оны жерде ұстап тұра алмайтындай үлкен. Молекулалар арасындағы тартылыс күші тек үлкен жылдамдықтағы молекулалар ғана құтыла алатынын ескеріңіз. Жылдамдығы төмен молекулалар су сияқты бірге қалады.

Ары қарай оқу

Қайнау - сұйықтықты газға айналдыру процесі. Қайнау қаныққан бу қысымы ауа қысымына тең болған кезде пайда болады (ауа қысымы = атмосфералық қысым). Біз тек қайнаған суды талқылаймыз. Судың қаныққан бу қысымы судың температурасына тікелей пропорционалды, су температурасы неғұрлым жоғары болса, қаныққан будың қысымы соғұрлым жоғары болады. Суды қыздырған кезде, әдетте ыдыстың түбінде кішкентай көпіршіктер пайда болады. Көпіршіктердің болуы сұйықтықтың газға айналуын көрсетеді. Егер көпіршіктегі қаныққан бу қысымы сыртқы ауа қысымынан аз болса, көпіршік бетіне жеткенге дейін кішірейіп, ыдырайды. Көпіршіктер жойылады, себебі сыртқы ауаның итеру күші көпіршіктің ішіндегі будың итеру күшінен жоғары. Сыртқы ауа қысымы көпіршіктегі бу қысымынан жоғары, сондықтан сыртқы ауаның күші айтарлықтай жоғары болады (P = F / A).

Ары қарай оқу

Ауа ылғалдылығы ауадағы су буының мөлшерін көрсетеді. Жаңбыр жауған кезде атмосфера өте ылғалды болады, себебі ауада су буы көп болады. Керісінше, егер ауадағы су буы өте аз болса, ауа құрғақ болады. Ауадағы су буының мөлшері салыстырмалы ылғалдылықпен өрнектеледі.

Салыстырмалы ылғалдылық - белгілі бір температурадағы будың парциалды қысымының судың қаныққан буының қысымына қатынасы (бу - су буы). Салыстырмалы ылғалдылық пайызбен өрнектеледі, математикалық түрде былайша тұжырымдалады:

Ары қарай оқу