6.4 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ, ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ & ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΣ 6.4 ΘΕΡΜΟΚΡΑΣΙΑ, ΘΕΡΜΟΤΗΤΑ & ΜΙΚΡΟΚΟΣΜΟΣ

Στόχοι μαθήματος Πως ερμηνεύεται η συμπεριφορά των στερεών, των υγρών και των αερίων σωμάτων, με τη βοήθεια των μορίων; Πως συνδέεται η θερμοκρασία ενός σώματος με την κίνηση των μορίων; Τι είναι η θερμική ενέργεια και από ποιους παράγοντες εξαρτάται; Τι γνωρίζετε για τις δυνάμεις μεταξύ των μορίων στις τρεις καταστάσεις της ύλης; Τι ονομάζουμε εσωτερική ενέργεια ενός σώματος;

Τα μόρια είναι μικροσκοπικά σωματίδια τα οποία αποτελούν τα δομικά Τα μόρια είναι μικροσκοπικά σωματίδια τα οποία αποτελούν τα δομικά σωματίδια της ύλης. Η συμπεριφορά όλων των σωμάτων μπορεί να ερμηνευτεί με τη βοήθεια των μορίων. Η ύλη βρίσκεται στη φύση σε 3 καταστάσεις: Τη στερεή την υγρή και την αέρια. Στα στερεά, τα μόρια κινούνται ελάχιστα γύρω από καθορισμένες θέσεις. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα, τα στερεά σώματα να έχουν ορισμένο σχήμα και όγκο. Στα υγρά, τα μόρια κινούνται γλιστρώντας το ένα πάνω στο άλλο, με αποτέλεσμα ο όγκος τους να είναι ορισμένος αλλά να μην έχουν ορισμένο σχήμα. Πιο συγκεκριμένα, τα υγρά ρέουν παίρνοντας το σχήμα του δοχείου στο οποίο βρίσκονται. Στα αέρια, τα μόρια κινούνται ελεύθερα προς κάθε κατεύθυνση, καταλαμβάνοντας όλο το διαθέσιμο χώρο, με αποτέλεσμα να μην έχουν ορισμένο σχήμα και όγκο.

Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο εντονότερη είναι η κίνηση των μορίων. Με άλλα λόγια, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος αυξάνεται και η κινητική ενέργεια των μορίων του. Από τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι όταν δύο σώματα έχουν την ίδια θερμοκρασία, τότε και τα μόριά τους, το καθένα ξεχωριστά, έχουν ίση κινητική ενέργεια.

Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο εντονότερη είναι η κίνηση των μορίων. Με άλλα λόγια, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος αυξάνεται και η κινητική ενέργεια των μορίων του. Από τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι όταν δύο σώματα έχουν την ίδια θερμοκρασία, τότε και τα μόριά τους, το καθένα ξεχωριστά, έχουν ίση κινητική ενέργεια. Βυθίζουμε ένα κρύο σώμα σε ζεστό νερό. Τι θα συμβεί στα μόρια του σώματος και του νερού;

Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο εντονότερη είναι η κίνηση των μορίων. Με άλλα λόγια, όταν αυξάνεται η θερμοκρασία ενός σώματος αυξάνεται και η κινητική ενέργεια των μορίων του. Από τα παραπάνω συμπεραίνουμε ότι όταν δύο σώματα έχουν την ίδια θερμοκρασία, τότε και τα μόριά τους, το καθένα ξεχωριστά, έχουν ίση κινητική ενέργεια. Βυθίζουμε ένα κρύο σώμα σε ζεστό νερό. Τι θα συμβεί στα μόρια του σώματος και του νερού; Στην αρχή, η θερμοκρασία του νερού είναι υψηλότερη από τη θερμοκρασία του σώματος, συνεπώς τα μόρια του νερού κινούνται εντονότερα από τα μόρια του σώματος. Μετά τη βύθιση του σώματος στο νερό, τα μόρια του νερού συγκρούονται με τα μόρια του σώματος και κινητική ενέργεια μεταφέρεται από τα πρώτα στα δεύτερα. Η μεταφορά αυτή αντιστοιχεί στη μεταφορά της θερμότητας. Σταδιακά, η θερμοκρασία του νερού μειώνεται και του σώματος αυξάνεται, μέχρι οι θερμοκρασίες τους να γίνουν ίσες. Από τη στιγμή αυτή και μετά, η θερμοκρασία μένει σταθερή, δεν έχουμε μεταφορά θερμότητας και τα σώματα βρίσκονται σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας.

Θερμική ενέργεια ονομάζεται το σύνολο της κινητικής ενέργειας των μορίων ενός σώματος. Είναι προφανές ότι η θερμική ενέργεια ενός σώματος εξαρτάται από: α. Την κινητική ενέργεια του κάθε μορίου, συνεπώς από τη θερμοκρασία του σώματος. β. Το συνολικό αριθμό των μορίων του σώματος, συνεπώς από τη μάζα του σώματος. Αν συγκρίνουμε τη θερμική ενέργεια ενός παγόβουνου και μίας κούπας ζεστό τσάι, παρατηρούμε ότι τα μόρια στην κούπα έχουν μεγαλύτερη κινητική ενέργεια το καθένα ξεχωριστά από ότι στο παγόβουνο, όμως η θερμική ενέργεια του παγόβουνου είναι μεγαλύτερη γιατί η μάζα του είναι τεράστια.

Στα στερεά σώματα, ασκούνται ισχυρές δυνάμεις μεταξύ των μορίων, με αποτέλεσμα τα μόρια να έχουν καθορισμένες θέσεις. Στα υγρά σώματα, οι δυνάμεις μεταξύ των μορίων είναι ασθενέστερες από τα στερεά, με αποτέλεσμα τα μόρια να κινούνται, γλιστρώντας το ένα πάνω στο άλλο. Στα αέρια σώματα, δεν ασκούνται δυνάμεις μεταξύ των μορίων τους, για αυτό τα μόρια κινούνται ελεύθερα, μακριά το ένα από το άλλο. Επειδή στα στερεά και στα υγρά σώματα, υπάρχουν δυνάμεις μεταξύ των μορίων τους, τα μόρια εκτός από κινητική ενέργεια έχουν και δυναμική. Το σύνολο της κινητικής και της δυναμικής ενέργειας των μορίων ενός σώματος ονομάζεται εσωτερική ενέργεια.

Ανακεφαλαίωση • Στα αέρια, τα μόρια κινούνται συνεχώς και ελεύθερα προς κάθε κατεύθυνση. • Στα υγρά, τα μόρια κινούνται άτακτα “γλιστρώντας” το ένα πάνω στο άλλο. • Στα στερεά, τα μόρια κινούνται ελάχιστα, γύρω από καθορισμένες θέσεις. • Δύο σώματα βρίσκονται σε θερμική ισορροπία όταν έχουν την ίδια θερμοκρασία και δεν υπάρχει μεταφορά θερμότητας μεταξύ τους. • Θερμική ενέργεια ονομάζεται το σύνολο της κινητικής ενέργειας των μορίων ενός σώματος. • Εσωτερική ενέργεια ονομάζεται το σύνολο της δυναμικής και της κινητικής ενέργειας των μορίων ενός σώματος.

Λυμένες ασκήσεις 1. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Η θερμική ενέργεια ενός σώματος εξαρτάται από την κινητική ενέργεια κάθε μορίου του και από το συνολικό αριθμό των μορίων του. β. Τα σώματα έχουν ορισμένο όγκο και σχήμα στην υγρή κατάσταση. γ. Για να μετρήσουμε σωστά τη θερμοκρασία ενός σώματος, πρέπει το θερμόμετρο και το σώμα να βρίσκονται σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας. δ. Όταν δύο σώματα έχουν διαφορετική θερμοκρασία, μεγαλύτερη θερμική ενέργεια έχει πάντα αυτό που βρίσκεται σε μεγαλύτερη θερμοκρασία.

Λυμένες ασκήσεις 1. Ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες λανθασμένες; α. Η θερμική ενέργεια ενός σώματος εξαρτάται από την κινητική ενέργεια κάθε μορίου του και από το συνολικό αριθμό των μορίων του. β. Τα σώματα έχουν ορισμένο όγκο και σχήμα στην υγρή κατάσταση. γ. Για να μετρήσουμε σωστά τη θερμοκρασία ενός σώματος, πρέπει το θερμόμετρο και το σώμα να βρίσκονται σε κατάσταση θερμικής ισορροπίας. δ. Όταν δύο σώματα έχουν διαφορετική θερμοκρασία, μεγαλύτερη θερμική ενέργεια έχει πάντα αυτό που βρίσκεται σε μεγαλύτερη θερμοκρασία. Λύση α. Η πρόταση είναι σωστή. β. Η πρόταση είναι λανθασμένη, γιατί ορισμένο όγκο και σχήμα έχουν τα στερεά σώματα. γ. Η πρόταση είναι σωστή. δ. Η πρόταση είναι λανθασμένη, γιατί η θερμική ενέργεια εξαρτάται και από τη μάζα του σώματος.

2. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. ……………….. ενέργεια ονομάζεται το σύνολο της κινητικής ενέργειας των μορίων ενός σώματος. β. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο ……………….. είναι η κίνηση των μορίων του. γ. Η θερμική ενέργεια ενός σώματος εξαρτάται από τη ……………….. και από τη ……………….. του σώματος. δ. Στα ……………….. σώματα, τα μόρια κινούνται ελάχιστα, γύρω από καθορισμένες θέσεις.

2. Να συμπληρώσετε τα κενά στις παρακάτω προτάσεις: α. …Θερμική… ενέργεια ονομάζεται το σύνολο της κινητικής ενέργειας των μορίων ενός σώματος. β. Όσο υψηλότερη είναι η θερμοκρασία ενός σώματος, τόσο εντονότερη… είναι η κίνηση των μορίων του. γ. Η θερμική ενέργεια ενός σώματος εξαρτάται από τη …θερμοκρασία…… και από τη … μάζα … του σώματος. δ. Στα ……….στερεά……….. σώματα, τα μόρια κινούνται ελάχιστα, γύρω από καθορισμένες θέσεις.

3. Να αντιστοιχίσετε τις καταστάσεις της ύλης της στήλης Α με τις περιγραφές της στήλης Β:

3. Να αντιστοιχίσετε τις καταστάσεις της ύλης της στήλης Α με τις περιγραφές της στήλης Β: