Доказательство что частицы беспорядочно движутся

Основные положения вещества (частиц)

1. Ученые, которые занимались изучением строения вещества

Разработка основных положений веществ это достижение Ломоносова Михаила Васильевича. Теория Ломоносова установлена на основе предположений древнегреческих философов. Что все вещества состоят из мельчайших частиц, молекул. Михаил Ломоносов является основателем молекулярной физики.

2. Строение вещества

Первое положение: все вещества состоят из мельчайших частиц.

Доказательством существования того, что все вещества состоят из мельчайших частиц. Является электронный микроскоп. Который увеличивает частицы в миллионы раз. Существуют каталоги, в которых можно увидеть частицы и узнать их размеры.

3. Доказательство, что вещество состоит из мельчайших частиц

Вторым доказательством будет опыт.

4. Доказательство, что между частицами есть промежутки

Опыт № 2: Возьмем металлический шарик. Подвесим его на нити. Он свободно проходит через кольцо. Нагреем шарик. Через кольцо он пройти не может. Так как промежутки между частицами увеличились. И изменился его объем. Размер промежутков зависит от температуры. Чем выше температура. Тем больше промежутки. И наоборот.

Опыт № 3: Возьмем мензурку с длинным горлышком. Опустим горлышко в сосуд с водой. И нагреем колбу. В воде появляются мелкие пузырьки. Опыт доказывает, что между частицами есть промежутки. Которые при нагревании увеличиваются, а при охлаждении уменьшаются. Пример. Возьмем стакан с водой. И все молекулы в нем, пометим. И выльем в Чёрное море. Через некоторое время зачерпнем в стакан воду. В стакане окажется несколько молекул из стакана.

5. Частицы движутся

5.1. Опыт Броуна

В торое положение: частицы движутся.

Доказательством служит опыт английского ботаника Броуна. Который был проведен в 1827 году. Он взял капельку росы. Смешал с цветочной пыльцой. И посмотрел под микроскопом. Частицы пыльцы находились в непрерывном движении. Броун объяснил опыт так. Молекулы воды движутся и толкают цветочную пыльцу в направлении большего удара. В результате частицы пыльцы, движутся хаотично и беспорядочно. Это и есть броуновское движение. Теория броуновского движения красочно описана немецким физиком Р. Поль.

5.2. Понятие броуновского движения и его свойства

Броуновским движением называют тепловое движение молекул.

5.3. Понятие явления диффузии

Движением молекул объясняется явление диффузии.

Явлением диффузии называют смешивание одного вещества с другим.

Рассмотрим в газах. Опыт № 4: Возьмем медные опилки. И поместим их в мензурку. Нальем азотную кислоту, закроем мензурку. В следствие химической реакции образуется бурый дым. Дым мгновенно заполняет всё пространство. Значит скорость движения частиц очень большая. Еще пример. Проехала машина. И из выхлопной трубы выброшены клубы дыма. Через какое-то мгновение дым исчезает и так далее. Молекулы дыма и воздуха смешались между собой. Объясняется тем, что молекулы дыма занимают промежутки между молекулами воздуха. А молекулы воздуха занимают промежутки между молекулами дыма.

В жидкостях. Опыт № 5: В мензурку нальем воду. При помощи трубочки аккуратно нальём раствор медного купороса. Между жидкостями образуется граница. Подождём. Через несколько дней граница нарушается или становится размытой. Потому, что молекулы воды движутся. И заполняют промежутки между молекулами медного купороса. А молекулы медного купороса заполняют промежутки между молекулами воды. Происходит явление диффузии. Это явление происходит гораздо медленнее чем в газах. Так как молекулы движутся с меньшей скоростью.

В твердых телах. Опыт № 6: Возьмем две пластинки из меди и золота. Положим их друг на друга. Сверху поставим груз. Через 5 лет образуется однородный золото-медный слой. Объясняется это тем, что молекулы в твердых веществах движутся гораздо медленнее, чем в жидкостях.

6. Взаимодействие частиц

Третье положение. Частицы взаимодействуют.

2 комментария к “Основные положения вещества (частиц)”

I am incessantly thought about this, thanks for posting.

Источник

Диффузия, растворимость и броуновское движение могут быть объяснены только на основе представления о молекулярном строении веществ и являются убедительными обоснованиями пер­вого и второго положений молекулярно-кинетической теории.

Броуновское движение.

Броуновское движение (брауновское движение) — беспорядочное движение малых частиц, взвешенных в жидкости или газе, происходящее под действием ударов молекул окружающей среды.

Впервые такое движение исследовал и описал в 1827 г. английский ботаник Р. Браун при изуении под микроскопом взвешенной в воде цветочной пыльцы. Он обнаружил, что частички пыль­цы находятся в непрерывном беспорядочном движении, как бы исполняя дикий фантастический танец. Он писал: «Это движение, как я убежден, обусловлено не потоками жидкости, не постепен­ным ее испарением, а принадлежит самим частицам».

Наблюдаемые (броуновские) частицы размером

1 мкм и менее совершают неупорядоченные независимые движения, описывая слож­ные зигзагообразные траектории.

Подобный опыт можно проделать, пользуясь краской или тушью, предварительно растертой до таких мельчайших крупинок, которые видны лишь в микроскоп. Можно увидеть, что крупинки краски не­прерывно движутся. Самые мелкие из них беспорядочно перемещают­ся с одного места в другое, более крупные лишь беспорядочно колеб­лются.

Броуновское движение можно наблюдать и в газе. Например, в воздухе его совершают взвешенные там частицы пыли или дыма.

Броуновское движение никогда не прекращается! В капле воды (если не давать ей высохнуть) движение крупинок можно наблюдать в течение многих дней, месяцев, лет. Оно не прекращается ни ле­том, ни зимой, ни днем, ни ночью. В кусках кварца, пролежавших в земле тысячи лет, попадаются иногда капельки воды, замурованные в минерале. В этих капельках тоже наблюдали броуновское движение плавающих в воде частиц.

Интенсивность броуновского движения увеличивается с повыше­нием температуры, уменьшением вязкости среды, уменьшением размера частиц. Оно не зависит от химической природы частиц и време­ни наблюдения.

Броуновское движение служит доказательством существования еще более мелких частиц — молекул жидкости, невидимых даже в самые сильные оптические микроскопы.

Броуновское движение объясняется тем, что благодаря случайной неодинаковости количества ударов молекул жидкости о частицу с разных направлений возникает равнодействующая сила определенного направления. Поскольку подобные флуктуации (флуктуа­ция — случайное отклонение физической величины от ее среднего значения) очень кратковременны, то в следующий миг направление равнодействующей меняется и, следовательно, изменится направление перемещения частицы. Отсюда наблюдающаяся хаотичность броуновского движения, которая отражает хаотичность молекулярного движения.

Открытие броуновского движения имело большое значение для изучения строения вещества. Оно показало, что тела действительно состоят из отдельных частиц — молекул — и что молекулы находятся в непрерывном беспорядочном движении.

Полная теория броуновского движения была разработана Эйнштейном и Смолуховским в 1905-1906 гг. и экспериментально подтверждена Ж. Перреном. Выводы теории показали, что среднее значение квадрата смещения броуновской частицы за определенный промежуток времени про­порционально этому промежутку времени, температуре и постоянной Больцмана.

Эксперименты Ж. Перрена, в которых он определял положение одной определенной части­цы через каждые 30 с, подтвердили выводы теории. Перрен проводил также опыты по проверке зависимости концентрации молекул газа от высоты и барометрической формулы — зависимости атмосферного давления от высоты. Он предположил, что броуновские частицы, являясь своего рода большими молекулами, должны подчиняться тем же законам, что и молекулы атмосферы, а, следовательно, их концентрация с высотой должна падать. Его эксперименты полностью подтвердили теорию. Они позволили ему определить постоянную Авогадро, значение которой совпало с уже известным.

Таким образом, броуновское движение является самым ярким подтверждением теплового движения молекул — одного из положений молекулярно-кинетической теории.

Диффузия.

Явление, при котором происходит взаимное проникновение молекул одного вещества между молекулами другого, называется диффузией.

Явление это объясняется свойством молекул находиться в беспрерывном движении.

Подтверждением движения молекул газа является всем известное распространение запаха какого-либо пахучего вещества, внесенного в комнату.

В жидкостях наблюдать взаимное проникновение одного вещества в другое можно, если в крепкий раствор медного купороса осторожно добавить воду. Вначале резкая граница между темно-голубым медным купоросом и бесцветной водой со временем исчезает. Механизм проникновения молекул следующий. Сначала вследствие движения отдельные молекулы воды и медного купороса, находящиеся около границы между ними, обмениваются местами. Молекулы медного купороса попадают в нижний слой воды, а молекулы воды — в верхний слой медного купороса. Граница между жидкостями из-за этого расплывается. Проникнув в слой «чужой» жидкости, молекулы начинают обмениваться местами с ее частицами, находящимся во все более глубоких слоях. Граница между жидкостями становится все более расплывчатой. Благодаря беспрерывно­му и беспорядочному движению молекул этот процесс, в конце концов, приводит к тому, что вся жидкость становится однородной.

В твердых телах также наблюдается диффузия. Так, в одном из опытов гладко отшлифованные пластины свинца и золота положили друг на друга и сжали грузом. Через пять лет золото и свинец проникли друг в друга на 1 мм.

Скорость диффузии зависит от агрегатного состояния вещества и температуры тела. В га­зах, где расстояние между молекулами очень велико по сравнению с их размерами и движение молекул хаотично, скорость диффузии наибольшая. В жидкостях она меньше, так как и расстояние между молекулами меньше, и движение молекул чуть более упорядочено. В твердых телах, где наблюдается строгий порядок в расположении атомов (или молекул), а сами они совершают лишь небольшие колебательные движения около своих мест, скорость диффузии наименьшая.

Скорость протекания диффузии увеличивается с ростом температуры.

Взаимодействие частиц вещества.

Третье положение MKT о взаимодействии молекул является очевидным. Достаточно вспомнить, сколько усилий требуется, чтобы сломать, скажем, деревянную палку.

Твердые тела и жидкости не распадаются на отдельные молекулы, несмотря на то, что их молекулы разделены промежутками и находятся в непрерывном беспорядочном движении.

Более того, твердое тело, например, трудно растянуть или сжать. Чем же объяснить, что молекулы в телах не только удерживаются друг около друга, но и в некоторых случаях промежутки между ними трудно увеличить?

Дело в том, что молекулы взаимодействуют друг с другом, и природа этого взаимодействия — электрическая. Молекула состоит из заряженных частиц — электронов и ядер. Заряженные частицы одной молекулы при соответствующих расстояниях взаимодействуют (притягиваются или отталкиваются) с заряженными частицами других молекул.

На расстояниях, превышающих 2-3 диаметра молекул, результирующая сила взаимодействия определяется силами притяжения. Вклад последних по мере уменьшения расстояния между молекулами сначала растет, затем убывает. Силы взаимодействия обращаются в нуль, когда расстоя­ние между молекулами становится равным сумме радиусов молекул.

Дальнейшее уменьшение расстояния приводит к перекрыванию электронных оболочек, что вызывает быстрое нарастание сил отталкивания.

Источник

Тепловое движение — доказательство явления, виды и признаки

Молекулы или атомы веществ не находятся в состоянии покоя, а непрерывно движутся. Тепловое движение — это беспорядочное коллективное перемещение частиц вещества. Обычно рассматривается это явление для атомов или молекул, но оно характерно для любых частиц (электронов, ионов и других).

Температура и скорость

Скорость теплового движения молекул зависит от температуры вещества. Чем выше температура, тем они движутся быстрее. Именно температура является мерой того, насколько интенсивно движутся молекулы или атомы.

Для повышения температуры нужно передать телу некоторое количество теплоты. Эта теплота идет на увеличение внутренней энергии тела. В нее вносят вклад кинетическая и потенциальная энергия молекул или атомов, составляющих вещество. Чем больше их энергия, тем быстрее они движутся.

Большинство молекул перемещается со скоростью, близкой к средней, и лишь небольшое их число имеет скорость намного меньшую или намного большую. Относительное число молекул, движущихся с определенной скоростью, можно найти с помощью функции распределения Максвелла по скоростям. Формулу это функции открыл Джеймс Клерк Максвелл. Из распределения Максвелла можно найти:

Также скорость передвижения частиц зависит от их массы. Чем масса больше, тем медленнее они движутся.

Доказательства явления

Для доклада на тему «Что называется тепловым движением» важно рассмотреть доказательства. Это броуновское движение и диффузия. Броуновское движение — это хаотическое перемещение взвешенных в жидкости твердых частиц. Броун впервые наблюдал такое поведение частичек пыльцы в воде.

Если посмотреть в микроскоп на взвешенную в воде пыльцу, будет видно, что частичка беспорядочно движется. Почему так происходит? Поскольку масса частички пыльцы сравнима с массой молекулы, эти удары заставляют ее двигаться скачками, так как в каждый момент времени случайным образом количество ударов с одной стороны оказывается больше, чем с другой.

Иногда понятие теплового движения в физике путают с понятием броуновского, однако это ошибка. Тепловым движением называют перемещение частиц самого вещества, тогда как под броуновским — частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Именно тепловым движением объясняется явление диффузии. Она может происходить в разных классах веществ, даже в твердых телах, но там она идет значительно медленнее, чем в газах или жидкостях.

При диффузии частицы одного вещества проникают между частицами другого. При этом они движутся от области с большей концентрацией в область с меньшей, и концентрация сама по себе с течением времени выравнивается.

Примеры диффузии — это растворение сахара, соли и других веществ в воде, распространение запахов. При этом с ростом температуры растет и скорость диффузии, так как передвижение молекул становится интенсивнее.

Тепловое движение в различных веществах

Частицы любого вещества совершают тепловое движение. Но в зависимости от того, какое состояние рассматривается, этот процесс несколько отличается:

Эти различия связаны с отличием в строении разных агрегатных состояний.

В газе частицы мало взаимодействуют друг с другом и расположены неупорядоченно. Они имеют разные скорости и двигаются в различных направлениях.

В жидкостях существует только ближний порядок, то есть близко расположенные частицы взаимодействуют друг с другом сильнее, чем относительно удаленные. Они могут колебаться около положения равновесия, образовывать слои и перемещаться из одного в другой.

В твердых телах существует дальний порядок, атомы или молекулы обычно образуют кристаллическую решетку и находятся в ее узлах. Такая структура не дает им свободно перемещаться.

Тепловым движением называется непрерывное хаотическое перемещение частиц вещества. Оно характерно для любых веществ, а интенсивность его зависит от температуры. Доказать явление можно, рассматривая броуновское движение и диффузию.

Источник

Доказательство что частицы беспорядочно движутся

§ 4. Броуновское движение

Молекулы находятся в непрерывном беспорядочном движении, что подтверждается такими явлениями, как диффузия и броуновское движение.

Английский ботаник Броун, наблюдая в 1827 г. под микроскопом взвесь цветочной пыльцы в воде, обнаружил, что частицы пыльцы беспорядочно то колебались, то вращались, то перемещались с одного места на другое. Позже выяснилось, что так же движутся не только цветочная пыльца, но и любые частицы, взвешенные в жидкости или газе, если они достаточно малы (около 0,001 мм).

Добавим к воде небольшое количество акварельной краски или молока и рассмотрим капельку такой воды под микроскопом. Наблюдая за частицами краски, видим, что они все время беспорядочно колеблются, перемещаясь при этом на очень малые отрезки пути.

Для наблюдения броуновского движения в газе надо в него добавить немного дыма. Частицы угля, содержащегося в дыме, движутся так же, как и частицы краски, молока, взвешенные в воде. Сколько бы времени и при каких бы условиях мы ни наблюдали броуновское движение, оно никогда не прекращается; с повышением температуры его интенсивность увеличивается

Какова же причина броуновского движения? Броун не смог объяснить открытого им явления. Это сделали 78 лет спустя Эйнштейн и Смолуховский. В основе объяснения лежит статистический метод. Молекулы жидкости (или газа), в которой находится взвешенная частица, совершают хаотическое движение, поэтому они непрерывно ударяются о частицу А (рис. 5, а), передавая ей при каждом ударе импульс mv, имеющий определенную величину и направление. Удары молекулы о частицу происходят беспорядочно со всех сторон. Если размеры частицы велики, то за очень малый промежуток времени о нее ударяется большое количество молекул, и статистически в среднем число ударов со всех сторон будет одинаково, отчего частица и остается в покое.

Рис. 5. Ьроуновское движение

Иначе обстоит дело, если взвешенные частицы очень малы. Поверхность такой частицы небольшая, и за короткое время она получает сравнительно незначительное количество ударов молекул. Вследствие этого нарушается равенство числа ударов молекул о частицу с одной и другой стороны. За малые промежутки времени частица получает неодинаковое число ударов в разных направлениях, отчего она и движется беспорядочно. Фиксируя положение броуновской частицы за равные промежутки времени, мы получим картину броуновского движения. На рис. 5, б точками отмечены последовательные местонахождения частиц в поле микроскопа через каждые 30 сек. Броуновские частицы движутся очень медленно. Так, в воде при температуре 20° С они имеют скорость около 0,0038 мм /_сек.

Объясняя броуновское движение, Эйнштейн теоретически доказал, что по какой бы ломаной траектории ни двигалась броуновская частица, ее удаление от исходного места происходит пропорционально корню квадратному из времени блуждания. Так происходит потому, что благодаря большому количеству молекул и хаотичности их движения наблюдается статистическая закономерность: смещения частиц в любом направлении одинаково вероятны, причем эти смещения определяются не природой, а размерами броуновских частиц. Наблюдения французского физика Перрена подтвердили это. Броуновское движение является косвенным доказательством существования молекул и их непрерывного беспорядочного движения.

Источник

Движение частиц веществ

В предыдущем параграфе мы обсудили два опыта, иллюстрирующих справедливость первого основного положения МКТ. Теперь рассмотрим опыты, иллюстрирующие второе основное положение молекулярно-кинетической теории.

Броуновское движение. В 1827 г. британский учёный Р.Броун, изучая растения при помощи микроскопа, обнаружил необычное явление. Плавающие на воде споры (мелкие семена некоторых растений) скачкообразно двигались без видимых на то причин (см. рисунок). Броун наблюдал это движение несколько дней, однако так и не смог дождаться его прекращения. Броун понял, что имеет дело с неизвестным науке явлением, поэтому очень подробно его описал. Впоследствии это явление учёные-физики назвали по имени первооткрывателя – броуновским движением.

Объяснить броуновское движение невозможно, если не предположить, что молекулы воды находятся в беспорядочном, никогда не прекращающемся движении. Они сталкиваются друг с другом и с другими частицами. Наталкиваясь на споры, молекулы вызывают их скачкообразные перемещения, что Броун и наблюдал в микроскоп. А поскольку молекулы в микроскоп не видны, движение спор и казалось Броуну беспричинным.

На этом рисунке – модель броуновского движения. Множество мелких шариков символизируют собой молекулы воды, а большой шар – спору. Количество ударов шариков о шар слева и справа, сверху и снизу, спереди и сзади не всегда одинаково. Под действием «перевеса» ударов с какой-нибудь стороны шар будет перескакивать на новое место.

Диффузия. Для наблюдения явления диффузии бросим несколько крупинок краски в высокий сосуд с водой, и они опустятся на дно. Вскоре вокруг них образуется облачко окрашенной воды. Оставим сосуд в покое на несколько недель в прохладной комнате. Наблюдая за сосудом всё это время, мы обнаружим постепенное распространение окраски по всей высоте сосуда.

Как объясняется диффузия? Частицы веществ, беспорядочно двигаясь, проникают в промежутки друг между другом, что и означает самостоятельное смешивание веществ – диффузию.

Запах духов или бензина довольно быстро распространяется по комнате или гаражу. Так происходит потому, что духи и бензин испаряются – переходят в газообразное состояние, а диффузия в газах происходит быстро: за секунды-минуты. Заметно медленнее диффузия идёт в жидкостях: недели–месяцы, а в твёрдых телах – очень медленно: годы–столетия.

Скорость движения частиц и температура. При проведении опытов замечено, что в тёплой комнате диффузия происходит быстрее. Например, на солнечном подоконнике диффузия краски в воду завершается заметно раньше (см. рисунки). Кстати, при повышении температуры броуновское движение также ускоряется.

Как же объяснить ускорение этих явлений? Объяснение одно: повышение температуры тела приводит к увеличению скорости движения всех составляющих его частиц.

Итак, каковы же выводы из опытов? Самостоятельное движение частиц веществ происходит при любой температуре. Однако при повышении температуры движение частиц ускоряется, что приводит к возрастанию их кинетических энергий (см. § 5-д). В результате эти более «энергичные» частицы ускоряют протекание диффузии, броуновского движения и других явлений, например, испарения и растворения.

Источник