Temperatura este o măsură a cât de cald sau rece este ceva, dar ce legătură are cu energia cinetică? Energia cinetică este energia mișcării și se dovedește că temperatura unei substanțe este legată de energia cinetică medie a particulelor sale. În acest articol, vom explora modul în care energia cinetică și temperatura sunt conectate și modul în care aceasta afectează comportamentul diferitelor stări ale materiei.
Ce este energia cinetică?
Energia cinetică este energia pe care o are un obiect din cauza mișcării sale. Cu cât un obiect se mișcă mai repede, cu atât are mai multă energie cinetică. Energia cinetică a unui obiect depinde de masa și viteza acestuia și poate fi calculată folosind formula:
$$KE=\frac{1}{2}mv^2$$
unde $KE$ este energia cinetică, $m$ este masa și $v$ este viteza.
Energia cinetică poate fi transferată de la un obiect la altul atunci când se ciocnesc sau interacționează. De exemplu, atunci când o minge de baseball este lovită de o bâtă, o parte din energia cinetică a bâtei este transferată mingii, făcând-o să zboare mai repede. Energia cinetică poate fi, de asemenea, transformată în alte forme de energie, cum ar fi căldura, lumina, sunetul sau energia potențială.
Ce este temperatura?
Temperatura este o măsură a cât de cald sau ceva rece este. Mai precis, este o măsură a energiei cinetice medii a particulelor care alcătuiesc o substanță. Particulele sunt atomi sau molecule care se mișcă constant și se ciocnesc unele cu altele. Cu cât se mișcă mai repede, cu atât au mai multă energie cinetică și cu atât temperatura lor este mai mare.
Temperatura poate fi măsurată folosind diferite scale, cum ar fi Celsius, Fahrenheit sau Kelvin. Scara Kelvin se bazează pe mișcarea moleculară și are un punct zero la zero absolut. Zero absolut este temperatura teoretică la care mișcarea particulelor se oprește complet. Nu s-a atins niciodată zero absolut în laborator, dar s-au atins temperaturi apropiate de acesta.
Cum sunt corelate energia cinetică și temperatură?
Relația dintre energia cinetică și temperatură este aceea că sunt direct proporționale între ele. Aceasta înseamnă că, dacă temperatura unei substanțe crește, crește și energia cinetică medie a particulelor sale și invers. Aceasta poate fi exprimată prin ecuația:
$$\overline{KE}=\frac{3}{2}kT$$
unde $\overline{KE}$ este energia cinetică medie a unei particule, $k$ este constanta Boltzmann (o constantă care face legătura între energia și temperatura), iar $T$ este temperatura în Kelvin.
Această ecuație se aplică oricărei substanțe care constă în de particule care se pot mișca doar în linii drepte până când se ciocnesc cu o altă particulă. Acest tip de mișcare se numește mișcare de translație și este tipic pentru gaze. Pentru substanțele care au particule care se pot roti sau vibra, cum ar fi lichide sau solide, ecuația devine mai complicată.
Cum afectează temperatura stările materiei?
Stările de materia este solidă, lichidă, gazoasă și plasmă. Ele diferă prin cât de strâns sunt împachetate particulele lor și cât de multă libertate au de a se deplasa. Temperatura afectează stările materiei prin modificarea energiei cinetice și, prin urmare, a vitezei particulelor.
În solide, particulele sunt strâns împachetate între ele într-o formă fixă. Ele pot vibra doar în jurul pozițiilor lor fixe. Pe măsură ce temperatura crește, ele vibrează din ce în ce mai repede până când se eliberează de pozițiile lor și devin lichide.
În lichide, particulele sunt încă apropiate, dar pot aluneca unele pe lângă altele și pot lua forma lor. recipient. Au mai multă energie cinetică decât solidele, dar mai puțină decât gazele. Pe măsură ce temperatura crește, ele se mișcă din ce în ce mai repede până când își depășesc atracția unul față de celălalt și devin gaze.
În gaze, particulele sunt îndepărtate și se mișcă liber în toate direcțiile. Au mai multă energie cinetică decât lichidele sau solidele. Pe măsură ce temperatura crește, se mișcă și mai repede și se ciocnesc mai des între ele și cu pereții containerului. Acest lucru creează presiune.
În plasme, particulele sunt atât de fierbinți încât își pierd electronii și devin ionizate. Au mai multă energie cinetică decât gazele, dar interacționează și cu câmpurile electrice și magnetice. Plasmele se găsesc în stele, fulgere, semne de neon și reactoare de fuziune.
Concluzie
Energia cinetică și temperatura sunt legate printr-o proporționalitate directă: pe măsură ce una crește, la fel crește și cealaltă.. Temperatura este o măsură a energiei cinetice medii a particulelor care alcătuiesc o substanță. Energia cinetică este energia de mișcare care depinde de masă și viteză. Temperatura afectează stările materiei prin modificarea energiei cinetice și, prin urmare, a vitezei particulelor.