Tepelný pohyb

Zvláštnym prípadom mechanického pohybu je tepelný pohyb. Je to chaotický pohyb, ktorý vykonávajú všetky základné častice nášho sveta - elektróny, protóny, neutróny, atómy a molekuly. Ani najdokonalejšími prístrojmi nemôžme bezprostredne pozorovať tepelný pohyb každej jednotlivej častice. Súhrn veľkého počtu týchto mikroskopických pohybov však zapríčiňuje makroskopické efekty, o ktorých sa môžeme presvedčiť objektívne i subjektívne, napr. ohrievanie telies. Kým existencia mikroskopického pohybu základných častíc látok nebola známa, pomáhali si fyzici pri výklade spomínaných javov predstavou určitého "fluida", ktoré nazvali teplo a stav látok podmienený prítomnosťou určitého množstva tohto fluida, teplota. V súčasnosti sa tieto javy nazývajú tepelnými, resp. teplotnými a mechanický pohyb, ktorý je ich príčinou, sa nazýva tepelným pohybom.

Prejavy tepelného pohybu

O existencii tepelného pohybu sa môžeme presvedčiť subjektívne pomocou pocitov a objektívne meraním jeho určitých makroskopických prejavov. Patrí k nim najmä Brownov pohyb, tlak plynu na steny nádoby, atmosferický tlak a difúzia.

Brownov pohyb
Roku 1827 zistil anglický botanik Brown, že peľové zrnká prítomné vo vode, ktorú pozoroval mikroskopom, nie sú v pokoji, ale v ustavičnom trhavom pohybe, ktorého smer sa celkom nepravidelne mení. Okrem toho zistil, že pozorovaný pohyb je tým živší, čím sú zrnká menšie. Brown sa pôvodne domnieval, že tento pohyb je prejavom života, t.j. že je pôvodu biologického. Ukázalo sa však, že Brownov pohyb možno pozorovať na všetkých čiastočkách podobnej veľkosti, ktoré sa vznášajú v nejakej kvapaline, ako aj na čiastočkách prachu vo vzduchu. Okrem toho sa zistilo, že rýchlosť Brownovho pohybu sa zväčšuje s teplotou.

 
pôsobenie atómov a molekúl na zrniečko peľu a jeho pohyb

Tlak plynu na steny nádoby
Systém častíc vykonávajúcich tepelný pohyb pôsobí na steny nádoby tlakom, ktorý v prípade ideálneho plynu môžeme vyjadriť vzťahom



kde n je koncentrácia častíc, ich stredná kinetická energia.

tlak plynu na stenu nádoby

Boylov-Mariottov zákon:
Tlak a objem ideálneho plynu splňujú rovnicu



kde a sú tlak a objem plynu na začiatku zmeny a p, V tlak a objem na konci zmeny. So zreteľom na tepelný pohyb má tento zákon vyjadrenie



Atmosferický tlak
- je tlak vzduchu. Závisí od výšky nad vzťažnou hladinou (h=0), na ktorej je tlak a hustoty vzduchu podľa vzťahu



Difúzia
- je to samovoľné vyrovnávanie koncentrácie častíc v sústavách s nerovnomerne rozloženou hustotou. Môžme je popísať pomocou kvantitatívnych zákonov. Nazývajú sa Fickove zákony difúzie.

vznik difúzie častíc