В § 7-а мы отметили, что молекулярная (атомная, атомическая) теория оставалась гипотезой более двух тысячелетий. Что же должно произойти для превращения гипотезы в теорию? Уверенность в правильности гипотезы возникает, когда из неё вытекают следствия, которые можно подтвердить экспериментально. Какие же следствия может объяснить или предсказать МКТ?

Пропорциональность количества теплоты массе вещества. Изучая термодинамику, мы познакомились с четырьмя формулами для расчёта количества теплоты: Q=cmΔt°, Q=λm, Q=rm, Q=qm (см. § 6-в, 6-г, 6-й). В этих формулах количество теплоты прямо пропорционально массе тела. Поясним это утверждение.

Рассмотрим примеры. Увеличив массу горячей воды в 2 раза, мы обнаружим, что количество теплоты, отдаваемое ею при охлаждении, тоже увеличится в 2 раза (формула Q=cmΔt°). Или, увеличив массу льда в 3 раза, мы обнаружим, что количество теплоты, требуемое для его плавления, также возрастёт в 3 раза (формула Q=λm). Аналогично, для превращения в пар в 5 раз большей массы жидкости потребуется в 5 раз больше теплоты (формула Q=rm). И так далее, и тому подобное.

Рассмотрим, как МКТ могла бы объяснить (предсказать) эти факты. Очевидно, что масса любого тела (вещества) складывается из масс всех частиц, его образующих (молекул, ионов и атомов). Например, в стакане помещается 200 г воды. Это значит, что в стакане находится столько частиц, что их общая масса равна именно 200 г. Это будет справедливым для любого вещества – воздуха, воды, льда, спирта и так далее.

Как вы знаете, при нагревании тела получаемая им теплота идёт на увеличение кинетической энергии его частиц (см. § 7-в). Они начинают двигаться быстрее. И если количество частиц в теле станет, например, в 2 раза больше, то потребуется в 2 раза больше теплоты, чтобы увеличить скорость движения всех его частиц. Другими словами, количество теплоты пропорционально количеству частиц вещества, то есть массе тела. При плавлении или кипении аналогично: во сколько раз больше частиц должно перейти в расплав или пар, во столько раз больше требуется энергии. Это предсказание МКТ подтверждено опытами.

1. Когда рождается доверие к истинности гипотезы?
2. Перечисленные четыре формулы служат ...
3. В каждой из перечисленных формул ...
4. Как понимать, что количество теплоты при изменении температуры тела пропорционально его массе?
5. Проиллюстрируйте, что количество теплоты при плавлении или кристаллизации тела пропорционально его массе.
6. Поясните, что количество теплоты при парообразовании способом кипячения вещества пропорционально его массе.
7. Из каких физических величин складывается масса тела или вещества?
8. Тепловая энергия, получаемая телом при теплообмене, ...
9. При увеличении в 2 раза массы нагреваемого вещества ...
10. Пропорциональность количества теплоты массе тела при плавлении и парообразовании можно выразить так: ...

Закон сохранения и превращения энергии. Изучая физику 7 класса, вы узнали, что при любых явлениях энергия никогда не исчезает и не возникает «из ничего»: она лишь переходит из одного вида в другой или от одного тела к другому. Это утверждение называется законом сохранения и превращения энергии. Рассмотрим его с точки зрения МКТ.

Окружающий нас мир состоит из частиц: молекул, атомов, ионов. Все они находятся в никогда не прекращающемся движении, поэтому обладают кинетической энергией. Частицы любого вещества взаимодействуют: притягиваются и отталкиваются, поэтому обладают потенциальной энергией. При столкновениях или колебаниях частиц их энергия может переходить друг к другу. Однако сумма кинетических и потенциальных энергий всех частиц тела не может измениться сама собой, без вмешательства других частиц или тел.

Например, у изображённого на рисунке маятника Максвелла массивный диск вращается и движется вверх-вниз, то есть обладает механической энергией. Но постепенно его движение «затухает», так как диск взаимодействует с молекулами воздуха, «подталкивает» их, отдавая им часть своей энергии. Важно: маятник тоже состоит из частиц, поэтому уменьшение кинетической энергии диска как целого означает уменьшение суммарной кинетической энергии его частиц.

Микроскопическое определение внутренней энергии. В предыдущих абзацах мы фактически определили внутреннюю энергию тела как сумму энергий слагающих его частиц.

Сумма энергий движения всех частиц тела и энергий их взаимодействия друг с другом – это внутренняя энергия тела. Такое определение внутренней энергии можно назвать микроскопическим определением. А определение, сформулированное нами в курсе 7 класса, – это макроскопическое определение, так как в нём речь идёт о телах и нет упоминаний о частицах, из которых эти тела состоят (см. § 5-е). Эти два определения внутренней энергии не противоречат друг другу, а описывают её с разных сторон, взаимно дополняя друг друга.

11. Сформулируйте самый всеобщий закон природы.
12. Мы ставим цель проиллюстрировать этот закон ...
13. Частицы веществ обладают кинетической энергией, так как ...
14. Частицы веществ обладают потенциальной энергией, так как ...
15. Без взаимодействия с другими частицами или другими телами ...
16. Маятник Максвелла обладает механической энергией, так как он ...
17. Качания маятника Максвелла постепенно «затухают», поскольку ...
18. Поскольку диск маятника, как и все тела, состоит из частиц, то ...
19. При микроскопическом подходе внутренняя энергия – это ...
20. Микроскопическое и макроскопическое ...