Umiejąc opisać ruch ciał jako całości,
zajmiemy się w tej części kursu ich stanem wewnętrznym.
Przyjrzyjmy się nieco bliżej dobrze nam znanym zjawiskom. Stojąca na stole świeca znajduje się w równowadze mechanicznej z otoczeniem. Rzeczywiście, siła przyciągania grawitacyjnego jest równoważona przez siłę reakcji stołu. Kiedy jednak pozostawiamy palącą się świecę i wracamy po godzinie, zauważamy że jej długość jest wyraźnie mniejsza, choć wiemy, że nikt świecy nie obcinał i nie kruszył, czyli nie wywierał na nią siły mechanicznej. Podobnie, zostawiając na talerzu kostkę lodu, znajdujemy po godzinie - odrobinę wody. Gdyby jednak świeca nie była zapalona, a w przypadku lodu - temperatura byłaby poniżej zera, nic by się nie zmieniło pomimo upływu czasu. Zauważamy , że jeśli ciało, bądź układ ciał (płonąca świeca, kostka lodu itp.) znajduje się w warunkach, gdzie występują różnice temperatur, to zachodzi pewien proces, zmierzający ostatecznie do wyrównania temperatury (wypalenie się świecy, roztopienie lodu). |
|
Fot.11.1. Płonąca świeca jest w równowadze mechanicznej z otoczeniem, ale nie jest w równowadze termicznej. |
Te proste obserwacje pozwalają stwierdzić, że mechaniczne własności ciał i zjawisk makroskopowych nie wystarczają do opisu ich stanu. Istotne są także procesy związane z z ich stanem wewnętrznym.
Przykładów można podać wiele, zaczynając od płonącej świecy, a kończąc na wybuchach jądrowych i procesach na Słońcu. W naszych rozważaniach kluczową rolę odgrywać będzie - z punktu widzenia mikroskopowego - struktura atomowa bądź cząsteczkowa materii, z punktu widzenia makroskopowego - temperatura, ciśnienie i szereg innych wielkości, za pomocą których będziemy charakteryzować termiczne własności materii.
W trakcie naszych rozważań zobaczymy, że ciepło jest związane także z pewną formą ruchu. Ruch ten dotyczy jednak obiektów o innej skali ich wielkości i ich liczby - atomów i cząsteczek będących podstawowymi składnikami materii. Zobaczymy, że ciepło jest formą energii ruchu, czyli energią kinetyczną nieuporządkowanych ruchów atomów i cząsteczek. Niekiedy nazywa się je "nieuporządkowaną energią kinetyczną".
Do opisu takich ruchów stosować będziemy inne metody, niż do opisu ruchu obiektów makroskopowych.