Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

13.5: Середня кінетична енергія та температура

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    19244

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Швидко рухається бейсбол має велику кількість кінетичної енергії
    Малюнок\(\PageIndex{1}\) (Кредит: Надано Денні Мейер/ВПС США; Джерело: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Baseball_swing.jpg(opens у новому вікні); Ліцензія: Громадське надбання)

    Скільки енергії потрібно, щоб потрапити в бейсбол?

    Кінетична енергія - це енергія руху. Будь-який об'єкт, який рухається, володіє кінетичною енергією. Бейсбол передбачає велику кількість кінетичної енергії. Глечик кидає м'яч, надаючи м'ячу кінетичну енергію. Коли тісто розгойдується, рух розгойдування створює кінетичну енергію у кажана. Зіткнення кажана з м'ячем змінює напрямок і швидкість м'яча, при цьому знову задіяна ідея кінетичної енергії.

    Кінетична енергія і температура

    Як зазначено в кінетико-молекулярній теорії, температура речовини пов'язана із середньою кінетичною енергією частинок цієї речовини. Коли речовина нагрівається, частина поглиненої енергії зберігається всередині частинок, тоді як частина енергії збільшує рух частинок. Це реєструється як підвищення температури речовини.

    Середня кінетична енергія

    При будь-якій заданій температурі не всі частинки зразка речовини мають однакову кінетичну енергію. Натомість частинки відображають широкий діапазон кінетичних енергій. Більшість частинок мають кінетичну енергію поблизу середини діапазону. Однак невелика кількість частинок мають кінетичні енергії набагато нижче або набагато вище, ніж середня (див. Малюнок нижче).

    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Розподіл молекулярних кінетичних енергій в залежності від температури. Синя крива призначена для низької температури, тоді як червона крива - для високої температури. (Кредит: Крістофер Auyeung; Джерело: CK-12 Foundation; Ліцензія: CC BY-NC 3.0 (відкривається в новому вікні))

    Синя крива на малюнку вище призначена для зразка речовини при відносно низькій температурі, тоді як червона крива - для зразка при відносно високій температурі. В обох випадках більшість частинок мають проміжні кінетичні енергії, близькі до середньої. Зверніть увагу, що зі збільшенням температури діапазон кінетичних енергій збільшується і крива розподілу «згладжується». При заданій температурі частинки будь-якої речовини мають однакову середню кінетичну енергію.

    Абсолютний нуль

    Оскільки зразок речовини постійно охолоджується, середня кінетична енергія її частинок зменшується. Врешті-решт, можна було б очікувати, що частинки повністю перестануть рухатися. Абсолютний нуль - це температура, при якій рух частинок теоретично припиняється. Абсолютний нуль ніколи не був досягнутий в лабораторії, але температури на порядку\(1 \times 10^{-10} \: \text{K}\) були досягнуті. Температурна шкала Кельвіна - це шкала, яка заснована на молекулярному русі, і тому абсолютний нуль також називається\(0 \: \text{K}\). Температура Кельвіна речовини прямо пропорційна середній кінетичної енергії частинок речовини. Наприклад, частинки у зразку водневого газу при\(200 \: \text{K}\) мають удвічі більшу середню кінетичну енергію, ніж частинки у зразку водню при\(100 \: \text{K}\).

    Бак з гелієвим газом.
    Малюнок\(\PageIndex{3}\): Газ гелій зріджується при\(4 \: \text{K}\), або на чотири градуси вище абсолютного нуля. Рідкий гелій використовується як теплоносій для великих надпровідних магнітів і повинен зберігатися в ізольованих металевих каністрах. (Кредит: Майкл Pereckas (Flickr: Бежевий оповіщення); Джерело: http://www.flickr.com/photos/beigephotos/5633215176/(opens в новому вікні); Ліцензія: CC by 2.0 (відкривається в новому вікні))

    Резюме

    • Кінетична енергія - це енергія руху.
    • При заданій температурі окремі частинки речовини мають діапазон кінетичних енергій.
    • Рух частинок теоретично припиняється при абсолютному нулі.

    Рецензія

    1. Що таке кінетична енергія?
    2. Якщо температура підвищиться, чи будуть частинки рухатися швидше або повільніше, ніж вони б при більш низькій температурі?
    3. Що таке абсолютний нуль?