Wat is thermische beweging?
Thermische beweging verwijst naar de willekeurige bewegingen van moleculen, atomen, elektronen of andere subatomaire deeltjes. In tegenstelling tot de zichtbare wereld om ons heen, is de atomaire wereld in een constante staat van beweging bij alle temperaturen boven het absolute nulpunt. De thermische beweging van deeltjes stijgt met de temperatuur van die deeltjes en wordt beheerst door de wetten van de thermodynamica.
De studie van thermische beweging is de studie van de willekeurige beweging van deeltjes. Moleculen, atomen en subatomaire deeltjes gedragen zich niet op een voorspelbare manier. In tegenstelling tot de wereld die we zien, zijn deze kleine stukjes materie bijna altijd in beweging en volgen ze niet dezelfde regels als de grotere lichamen waaruit ze bestaan. Elektronen bestaan bijvoorbeeld in orbitalen rond de kern van een atoom. Hoewel de exacte locatie en beweging van een elektron niet kan worden bepaald, is er een kans dat ze zich binnen een bepaalde ruimte, bekend als een baan, zullen verplaatsen.
Atoomdeeltjes blijven constant in beweging bij alle temperaturen boven het absolute nulpunt. Absolute nul, ook wel 0 graden Kelvin genoemd, is gelijk aan -459.67 ° F (-273.15 ° C). Dit is de laagste temperatuur die bestaat omdat deze overeenkomt met de temperatuur waarbij atoomdeeltjes niet meer bewegen.
De thermische beweging van een deeltje is gerelateerd aan de temperatuur van dat deeltje. Deeltjes bij hogere temperaturen vertonen grotere thermische beweging dan die bij lagere temperaturen. Dit geldt voor deeltjes in elke materietoestand, inclusief gas, vloeistof, vaste stof en plasma. Hoewel de atomen in een vaste stof dichter bij elkaar liggen dan de atomen in een vloeistof of een gas, is er nog steeds ruimte voor de atomen die bewegen.
De thermische beweging van atomaire deeltjes werd voor het eerst beschreven door de fysicus Robert Brown. Bij het bekijken van een klein deeltje, zoals een stuifmeelkorrel of een stuk stof onder een microscoop, merkte Brown op dat het deeltje in een constante staat van beweging of agitatie leek te zijn. De thermische beweging van de atomen rond een klein deeltje zorgt ervoor dat de atomen er tegenaan botsen. Hierdoor beweegt het grotere deeltje willekeurig rond, net als de atomaire deeltjes. Dit type beweging wordt Brownse beweging genoemd.
Thermische beweging wordt bestudeerd via thermodynamica, die een reeks wetten heeft die de willekeurige beweging van deeltjes regelen. De eerste wet stelt dat materie en energie altijd behouden blijven. De tweede, enigszins paradoxaal genoeg, stelt dat een terugkeer naar een vorige energietoestand onmogelijk is omdat sommige energie uit het systeem ontsnapt en nooit meer kan worden gebruikt. De derde stelt dat absoluut nul niet kan worden bereikt. Eenvoudig gezegd, betekenen deze wetten dat thermische beweging een willekeurige beweging is die nooit eindigt en altijd verandert.