Was ist thermische Bewegung?
Unter thermischer Bewegung versteht man zufällige Bewegungen von Molekülen, Atomen, Elektronen oder anderen subatomaren Partikeln. Anders als die sichtbare Welt um uns herum befindet sich die Atomwelt bei allen Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt in einem konstanten Bewegungszustand. Die thermische Bewegung von Partikeln steigt mit der Temperatur dieser Partikel und unterliegt den Gesetzen der Thermodynamik.
Das Studium der thermischen Bewegung ist das Studium der zufälligen Bewegung von Partikeln. Moleküle, Atome und subatomare Partikel verhalten sich nicht vorhersehbar. Anders als die Welt, die wir sehen, sind diese winzigen Materiestücke fast immer in ständiger Bewegung und folgen nicht den gleichen Regeln wie die größeren Körper, aus denen sie bestehen. Elektronen existieren beispielsweise in Orbitalen um den Kern eines Atoms. Obwohl die genaue Position und Bewegung eines Elektrons nicht bestimmt werden kann, besteht die Wahrscheinlichkeit, dass es sich in einem bestimmten Raum, einem sogenannten Orbital, bewegt.
Atompartikel bleiben bei allen Temperaturen über dem absoluten Nullpunkt in ständiger Bewegung. Der absolute Nullpunkt, auch 0 Grad Kelvin genannt, entspricht -273,15 ° C (-459,67 ° F). Dies ist die niedrigste Temperatur, die existiert, da sie der Temperatur entspricht, bei der sich die Atompartikel nicht mehr bewegen.
Die thermische Bewegung eines Teilchens hängt mit der Temperatur dieses Teilchens zusammen. Teilchen mit höheren Temperaturen zeigen eine größere Wärmebewegung als solche mit niedrigeren Temperaturen. Dies gilt für Partikel in jedem Aggregatzustand, einschließlich Gas, Flüssigkeit, Feststoff und Plasma. Obwohl die Atome in einem Festkörper näher beieinander liegen als die Atome in einer Flüssigkeit oder einem Gas, ist immer noch Platz für die Atome, die sich bewegen.
Die thermische Bewegung von Atompartikeln wurde zuerst vom Physiker Robert Brown beschrieben. Bei der Betrachtung eines kleinen Partikels, beispielsweise eines Pollenkorns oder eines Staubstücks, unter einem Mikroskop bemerkte Brown, dass sich das Partikel in ständiger Bewegung oder Bewegung zu befinden schien. Die thermische Bewegung der Atome um ein kleines Teilchen bewirkt, dass die Atome darauf stoßen. Dadurch bewegen sich die größeren Partikel wie die atomaren Partikel zufällig. Diese Art der Bewegung wird als Brownsche Bewegung bezeichnet.
Die thermische Bewegung wird durch die Thermodynamik untersucht, die eine Reihe von Gesetzen enthält, die die zufällige Bewegung von Partikeln regeln. Das erste Gesetz besagt, dass Materie und Energie immer erhalten bleiben. Das zweite, etwas paradoxerweise, besagt, dass eine Rückkehr zu einem früheren Energiezustand unmöglich ist, da einige Energie aus dem System entweicht und nie wieder verwendet werden kann. Das dritte besagt, dass der absolute Nullpunkt nicht erreicht werden kann. Einfach ausgedrückt, diese Gesetze bedeuten, dass die thermische Bewegung eine zufällige Bewegung ist, die niemals endet und sich immer ändert.