Co to jest ruch termiczny?

Ruch termiczny odnosi się do przypadkowych ruchów cząsteczek, atomów, elektronów lub innych cząstek subatomowych. W przeciwieństwie do otaczającego nas świata widzialnego, świat atomowy jest w stałym ruchu we wszystkich temperaturach powyżej zera absolutnego. Ruch termiczny cząstek wzrasta wraz z temperaturą tych cząstek i podlega prawom termodynamiki.

Badanie ruchu termicznego jest badaniem przypadkowego ruchu cząstek. Cząsteczki, atomy i cząsteczki subatomowe nie zachowują się w przewidywalny sposób. W przeciwieństwie do świata, który widzimy, te małe kawałki materii prawie zawsze są w ciągłym ruchu i nie przestrzegają tych samych zasad, co większe ciała, które tworzą. Na przykład elektrony istnieją na orbitach wokół jądra atomu. Chociaż nie można ustalić dokładnej lokalizacji i ruchu elektronu, istnieje prawdopodobieństwo, że będą się one przemieszczać w pewnej przestrzeni, znanej jako orbital.

Cząsteczki atomowe pozostają w ciągłym ruchu we wszystkich temperaturach powyżej zera absolutnego. Zero absolutne, zwane także 0 stopniami Kelvina, jest równe -459,67 ° F (-273,15 ° C). Jest to najniższa temperatura, jaka istnieje, ponieważ odpowiada temperaturze, w której cząstki atomowe przestają się poruszać.

Ruch termiczny cząstki jest związany z temperaturą tej cząstki. Cząstki w wyższych temperaturach wykazują większy ruch termiczny niż te w niższych temperaturach. Dotyczy to cząstek w dowolnym stanie materii, w tym gazu, cieczy, ciała stałego i plazmy. Chociaż atomy w ciele stałym są bliżej siebie niż atomy w cieczy lub gazie, nadal istnieje przestrzeń dla atomów.

Ruch termiczny cząstek atomowych został po raz pierwszy opisany przez fizyka Roberta Browna. Oglądając pod mikroskopem małą cząstkę, taką jak ziarno pyłku lub kawałek pyłu, Brown zauważył, że cząstka wydaje się być w stałym ruchu lub mieszaniu. Ruch termiczny atomów wokół małej cząstki powoduje, że atomy wpadają na nią. Powoduje to, że większe cząsteczki poruszają się losowo, podobnie jak cząstki atomowe. Ten rodzaj ruchu jest określany jako ruch Browna.

Ruch termiczny jest badany za pomocą termodynamiki, która ma zestaw praw rządzących przypadkowym ruchem cząstek. Pierwsze prawo mówi, że materia i energia są zawsze zachowane. Drugi, nieco paradoksalnie, stwierdza, że ​​powrót do poprzedniego stanu energetycznego jest niemożliwy, ponieważ pewna część energii ucieka z układu i nigdy nie może zostać ponownie wykorzystana. Trzeci stwierdza, że ​​nie można osiągnąć absolutnego zera. Mówiąc wprost, te prawa oznaczają, że ruch termiczny jest ruchem losowym, który nigdy się nie kończy i zawsze się zmienia.