Intrebari de fizica cu raspunsuri scurte

[Electron]

Oooh, cipri, nu credeam sa fii asa slab de inima!  /off topic.

e-

[nostradamus]

Pornind de la definitia temperaturii gasita pe wikipedia : "temperatura este viteza cu care se misca atomii intr-o substanta", am urmatoarele intrebari :
1. Un atom singur poate avea temperatura ?
2. Cum de o gaura neagra care nu este formata din atomi poate avea temperatura?
3. Exista o limita superioara pentru temperatura? - argument pentru existenta unei astfel de limite : atomii nu se pot misca unul fata de celalalt cu o viteza egala sau mai mare decat cea a luminii. ex.: cand atomii se misca cu o viteza x au temperatura m, iar cand se misca cu o viteza care tinde la viteza luminii au temperatura n, care devine cea mai inalta temperatura posibila fiindca atomii nu se pot misca cu o viteza mai mare decat viteza luminii.
Sper ca m-am facut inteles, multumesc anticipat!

[Adi]

Bine ai venit pe forum! Foarte bune intrebari, incercam sa raspundem cat putem.

Pornind de la definitia temperaturii gasita pe wikipedia : "temperatura este viteza cu care se misca atomii intr-o substanta", am urmatoarele intrebari:

Este corect, temperatura este echivalenta cu viteza medie cu care se misca atomii si moleculele in o substanta, cu precizarea ca totusi temperatura nu este o viteza.

1. Un atom singur poate avea temperatura?

Nu, nu poate avea. Temperatura, ca si presiune, este doar o marime statistica care descrie un grup mare de obiecte, aici atomi.

2. Cum de o gaura neagra care nu este formata din atomi poate avea temperatura?

O intrebare foarte profunda la care stiinta inca nu a raspuns complet. Teoria corzilor a venit cu o explicatie, anume ca desi se zice in fizica clasica ca in o gaura neagra nu exista nimic, ca totul e distrus, de fapt in gaura neagra ar fi materie foarte densa sub forma de corzi, adica corzi ar umple intregul spatiul din interiorul orizontului gaurii negre si atunci entropia unei gauri negre este data de numarul de stari posibile ale sistemului de corzi, iar temperatura de miscarea acelor corzi.

3. Exista o limita superioara pentru temperatura? - argument pentru existenta unei astfel de limite : atomii nu se pot misca unul fata de celalalt cu o viteza egala sau mai mare decat cea a luminii. ex.: cand atomii se misca cu o viteza x au temperatura m, iar cand se misca cu o viteza care tinde la viteza luminii au temperatura n, care devine cea mai inalta temperatura posibila fiindca atomii nu se pot misca cu o viteza mai mare decat viteza luminii.
Sper ca m-am facut inteles, multumesc anticipat!

Foarte buna intrebare, nu m-am gandit la aceasta pana acum. Rationamentul tau pare la prima vedere bun. Poate chiar este bun. Trebuie sa mai meditez. Sper intre timp sa raspunda si ceilalti la intrebarile tale.

[HarapAlb]

Bine ai venit pe forum
Am sa incerc sa raspund la intrebarile tale.

Pornind de la definitia temperaturii gasita pe wikipedia : "temperatura este viteza cu care se misca atomii intr-o substanta", am urmatoarele intrebari :
1. Un atom singur poate avea temperatura ?

Temperatura in sens termodinamic este data de viteza medie cu care se misca atomii (sau moleculele unei substante), pentru ca nu toti se misca cu aceeasi viteza. Viteza medie se calculeaza de obicei cand avem un numar mare de atomi, de ordinul numarului lui Avogadro (~10²³).
De aceea,  scazand foarte numarul de atomi temperatura isi pierde sensul termodinamic (valoare medie peste un numar foarte mare de particule). In materialul de pe stiinta.info Ce se intampla sub zero absolut? vei gasi o referinta la recordul temperaturii minime, de 450pK (4.5x10^{-7}K), insa in acel experiment au un numar relativ mic de particule, circa 3x10^4.
Pentru un singur atom notiunea de temperatura nu poate fi definita din punct de vedere termodinamic.

2. Cum de o gaura neagra care nu este formata din atomi poate avea temperatura?

Gaura neagra este formata si ea tot din materie, numai ca nu se stie mare lucru despre forma ei de agregare din cauza conditiilor extreme. Temperatura gaurii negre este definita diferit decat temperatura termodinamica. In conditii speciale, un observator constata aparitia unei radiatii in jurul gaurii negre. Stiind ca orice corp cu temperatura T>0 emite radiatie se poate face o echivalenta formala intre radiatia gaurii negre si aceea a unui corp obisnuit. 
(partea cu temperatura gaurii negre o gasesti descrisa in amanunt pe wikipedia)

3. Exista o limita superioara pentru temperatura? - argument pentru existenta unei astfel de limite : atomii nu se pot misca unul fata de celalalt cu o viteza egala sau mai mare decat cea a luminii. ex.: cand atomii se misca cu o viteza x au temperatura m, iar cand se misca cu o viteza care tinde la viteza luminii au temperatura n, care devine cea mai inalta temperatura posibila fiindca atomii nu se pot misca cu o viteza mai mare decat viteza luminii.

La intrebarea numarul 3 trebuie sa ma gandesc o leaca, e vorba de "termodinamica relativista"  totusi, poate are cineva un raspuns rapid.

[HarapAlb]

3. Exista o limita superioara pentru temperatura? - argument pentru existenta unei astfel de limite : atomii nu se pot misca unul fata de celalalt cu o viteza egala sau mai mare decat cea a luminii. ex.: cand atomii se misca cu o viteza x au temperatura m, iar cand se misca cu o viteza care tinde la viteza luminii au temperatura n, care devine cea mai inalta temperatura posibila fiindca atomii nu se pot misca cu o viteza mai mare decat viteza luminii.

Din wikipedia: Temperature is related only to the average kinetic energy of the particles in a gas.
O particula cu viteze ce se apropie de viteza luminii va avea o energie cinetica din ce in ce mai mare, prin urmare va creste si temperatura. Dupa rationamentul asta nu ar exista limita superioara pentru temperatura unui gaz.

[ionut]

    Buna,
    Trebuie sa adaug o chestiune legata de temperatura. Intai, viteza medie a particulelor dintr-un anumit sistem poate fi calculata oricand. Nu ma opreste nimeni sa fac asta. In al doilea rand, temperatura reflecta cumva viteza medie a particulelor intr-un anumit sistem DAR  (!!!) temperatura poate fi definita doar in acele sisteme aflate in echilibru termic. Intr-un sistem aflat in echilibru termic distributia de viteze/impulsuri urmeaza o distributie binecunoscuta (Fermi-Dirac/Bose-Einstein) si din aceasta distributie se extrage temperatura ca un parametru al sistemului. Intr-un sistem ce nu e in echilibru termic, temperatura nu are sens chiar daca sistemul e macroscopic. Viteza medie insa are.

[Adi]

Foarte interesante completari. Asadar nu putem defini temperatura unui sistem in care particulele se misca la viteze foarte mari, dar nu este in echilibru. Poate Universul imediat dupa Big Bang era un astfel de sistem in care particulele se miscau cu viteze foarte mari si era totusi in echilibru?

[raul]

salut. propun trei intrebari:

1. De ce radiatiile cu lungime de unda mai mica au o putere de penetrabilitate mai mare in corpul nostru?
2. De ce microundele sau radiatiile infrarosii (cu lungime de unda mare ) sunt absorbite mai ales de apa? (de exemplu in cuptoarele cu microunde unde alimentele sunt incalzite pe seama apei pe care o contin).
3. Temperatura apei este data de miscarea particulelor continute: cu cat se misca mai repede cu atat apa e mai calda. Insa obiectele de metal se incalzesc tot prin acelasi mecanism? Atomii dintr-o bucata de fier de exemplu nu sunt mai compacti , mai bine stransi intre ei?

Va multumesc anticipat.

[Adi]

Incer cateva raspunsuri scurte si incomplete, ca un punct de reflexie pt mai departe.

salut. propun trei intrebari:

1. De ce radiatiile cu lungime de unda mai mica au o putere de penetrabilitate mai mare in corpul nostru?

Cu cat radiatiile au lungime de unda mai mica, cu atat au energie mai mare, deci impuls mai mare. La fiecare contact cu atomi din organism pierd o parte din energie (de exemplu, ionizand atomi si molecule) dar cum au deja energie mare, apuca sa strabata o energie mai mare pana isi pierd majoritatea energiei. De aceea radiatiile X si radiatiile gama sunt foarte daunatoare pentru organism. Au energie asa de mare ca pot distruge multe celule in calea lor (ionizand molecule) pana sa fie oprite si sa devina inofensive.

2. De ce microundele sau radiatiile infrarosii (cu lungime de unda mare ) sunt absorbite mai ales de apa? (de exemplu in cuptoarele cu microunde unde alimentele sunt incalzite pe seama apei pe care o contin).

Adica apa absoarbe mai multa caldura decat plasticul? S-ar putea sa fie asa, dar nu am auzit asta pana acum. Rog pe altii sa confirme. Stiu ca un foton infrarosu este suficient pentru a da energie de virbratie moleculelor. Poate la moleculele din plastic energia asta nu e suficienta, nu stiu ...

3. Temperatura apei este data de miscarea particulelor continute: cu cat se misca mai repede cu atat apa e mai calda. Insa obiectele de metal se incalzesc tot prin acelasi mecanism? Atomii dintr-o bucata de fier de exemplu nu sunt mai compacti , mai bine stransi intre ei?

Atomii din metal incep sa vibreze mai mult si aceasta duce la cresterea temperaturii. Pana la urma, incep chiar sa plece de unde erau, dar tot asa in grupuri de cativa atomi si atunci metalul devine lichid. Cand se rupe si grupul de atomi si fiecare este pentru el si se duce in toate directiile in care poate, atunci vorbim de gaz.

Va multumesc anticipat.

Sper ca sunt de ajutor raspunsurile. Te mai asteptam cu intrebari.

[raul]

Incer cateva raspunsuri scurte si incomplete, ca un punct de reflexie pt mai departe.

salut. propun trei intrebari:

1. De ce radiatiile cu lungime de unda mai mica au o putere de penetrabilitate mai mare in corpul nostru?

Cu cat radiatiile au lungime de unda mai mica, cu atat au energie mai mare, deci impuls mai mare. La fiecare contact cu atomi din organism pierd o parte din energie (de exemplu, ionizand atomi si molecule) dar cum au deja energie mare, apuca sa strabata o energie mai mare pana isi pierd majoritatea energiei. De aceea radiatiile X si radiatiile gama sunt foarte daunatoare pentru organism. Au energie asa de mare ca pot distruge multe celule in calea lor (ionizand molecule) pana sa fie oprite si sa devina inofensive.

2. De ce microundele sau radiatiile infrarosii (cu lungime de unda mare ) sunt absorbite mai ales de apa? (de exemplu in cuptoarele cu microunde unde alimentele sunt incalzite pe seama apei pe care o contin).

Adica apa absoarbe mai multa caldura decat plasticul? S-ar putea sa fie asa, dar nu am auzit asta pana acum. Rog pe altii sa confirme. Stiu ca un foton infrarosu este suficient pentru a da energie de virbratie moleculelor. Poate la moleculele din plastic energia asta nu e suficienta, nu stiu ...

3. Temperatura apei este data de miscarea particulelor continute: cu cat se misca mai repede cu atat apa e mai calda. Insa obiectele de metal se incalzesc tot prin acelasi mecanism? Atomii dintr-o bucata de fier de exemplu nu sunt mai compacti , mai bine stransi intre ei?

Atomii din metal incep sa vibreze mai mult si aceasta duce la cresterea temperaturii. Pana la urma, incep chiar sa plece de unde erau, dar tot asa in grupuri de cativa atomi si atunci metalul devine lichid. Cand se rupe si grupul de atomi si fiecare este pentru el si se duce in toate directiile in care poate, atunci vorbim de gaz.

Va multumesc anticipat.

Sper ca sunt de ajutor raspunsurile. Te mai asteptam cu intrebari.

Cand am pus intrebarea 1, m-am gandit la ce ai spus intr-un post, ca lumina care este folosita pt indicatoarele de "iesire" este rosie , pt ca in eventualitatea unui incendiu sa fie mai vizibila. Deci sa parcurga o distanta mai mare prin fum. Intrebarea pe care am formulat-o a fost o extrapolare la ce ai spus tu, lumina rosie avand energie mai mica decat lumina albastra de exemplu.

La intrebarea 2 m-am referit la mecanismul cuptorului cu microunde....caci se stie ca asa se incalzesc alimentele, prin incalzirea apei din ele. Si am intrebat de ce ar fi apa mai bine incalzita de microunde?

La intrebarea 3 , cand m-am referit la fier , am comparat cu cazul apei .M_am intrebat cum de fierul se incalzeste mai tare si mai rapid ( deci atomii ar trebui sa se miste mai rapid), decat apa in care atomii au spatiu mai mult si ma gandesc ca ar putea sa se miste cu viteze si mai mari.

[Adi]

Cand am pus intrebarea 1, m-am gandit la ce ai spus intr-un post, ca lumina care este folosita pt indicatoarele de "iesire" este rosie , pt ca in eventualitatea unui incendiu sa fie mai vizibila. Deci sa parcurga o distanta mai mare prin fum. Intrebarea pe care am formulat-o a fost o extrapolare la ce ai spus tu, lumina rosie avand energie mai mica decat lumina albastra de exemplu.

E vorba de doua fenomene diferite: coliziuni elastice si coliziuni inelastice ale fotonilor cu materia. Coliziunile elastice se refera la ciocnirile in care energia fotonului nu se schimba, ci doar i se schimba directia. Astfel, este vorba de imprastierea luminii in materie. Despre aceasta este vorba in analogia cu pomul de Craciun si cu de la ce distanta se vede materia si de ce apusul e rosu si scrie cu rosu "Exit". Coliziunile ineastice sunt cele in care fotonul pierde energie (fie partiala prin ionizarea materiei, fie totala prin absorbtia lui). Despre aceaste ultime cazuri am explicat eu mai sus. In realitate, exista ambele fenomene. In aer si pentru lumina din spectul vizibil cred ca domina coliziunile elastice in fata celor inelastice. Pe de alta parte, in corpul uman si in metale si pentru raze X si raze gama domina cele inelastice in fata celor elastice.

La intrebarea 2 m-am referit la mecanismul cuptorului cu microunde....caci se stie ca asa se incalzesc alimentele, prin incalzirea apei din ele. Si am intrebat de ce ar fi apa mai bine incalzita de microunde?

Daca alimentele sunt incalzite prin incalzirea apei, aceasta se intampla pentru ca apa formeaza cam 70% din orice aliment, iar nu pentru ca neaparat apa se incalzeste mai bine decat alte molecule. Totusi, poate se incalzesc mai bine alte molecule si eu nu stiu, totusi afirmamtia ta extrapoleaza gresit ca atunci apa se incalzeste mai bine decat alte molecule.

La intrebarea 3, cand m-am referit la fier, am comparat cu cazul apei. M-am intrebat cum de fierul se incalzeste mai tare si mai rapid ( deci atomii ar trebui sa se miste mai rapid), decat apa in care atomii au spatiu mai mult si ma gandesc ca ar putea sa se miste cu viteze si mai mari.

Nu cred ca metalele se incalzesc mult atunci cand sunt puse in cuptorul cu microunde. Cred ca metalele chiar reflecta lumina, ceea ce face ca razele de lumina sa incalzeasca peretii cuptorului cu microunde si pana la urma sa duca la explozia acestuia. Cel putin asa am inteles din filmul pe youtube pe care chiar tu mi l-ai aratat, cred. De asemenea, trebuie remarca ca fierul este un conductor de caldura mai bun ca apa. De asemenea, ca fierul are o capacitate specifica mai buna ca apa. Fierul are nevoie de o cantitate de caldura mica pentru a se incalzi cu un grad Celsius, dar apa are nevoie de o cantitate mult mai mare. De aceea apa de la mare se incalzeste greu si apoi se si raceste greu, in timp ce pamantul se incalzeste usor si se raceste usor.

[HarapAlb]

La intrebarea 2 m-am referit la mecanismul cuptorului cu microunde....caci se stie ca asa se incalzesc alimentele, prin incalzirea apei din ele. Si am intrebat de ce ar fi apa mai bine incalzita de microunde?

Frecventa microundelor este in rezonanta cu niste nivele rotationale ale moleculei de apei si astfel are loc un transfer de energie.

La intrebarea 3 , cand m-am referit la fier , am comparat cu cazul apei .M_am intrebat cum de fierul se incalzeste mai tare si mai rapid ( deci atomii ar trebui sa se miste mai rapid), decat apa in care atomii au spatiu mai mult si ma gandesc ca ar putea sa se miste cu viteze si mai mari.

In metale se transmite mai rapid pentru ca atomii sunt mai strans legati (cuplati intro retea, in eng. lattice) intre ei, pe cand in apa moleculele nu sunt asa de legate. De fapt caldura se transmite mai repede in materialele cristaline (metale sau aliaje), pe cand in materialele amorfe (sticla, ceramica, plastic) condutie este mai lenta.


corectie: vibrationale -> rotatinonale (nivele de vibratie sunt in infrarosu, rotationale sunt in radiofrecventa)

[raul]

Nu cred ca metalele se incalzesc mult atunci cand sunt puse in cuptorul cu microunde. Cred ca metalele chiar reflecta lumina, ceea ce face ca razele de lumina sa incalzeasca peretii cuptorului cu microunde si pana la urma sa duca la explozia acestuia. Cel putin asa am inteles din filmul pe youtube pe care chiar tu mi l-ai aratat, cred. De asemenea, trebuie remarca ca fierul este un conductor de caldura mai bun ca apa. De asemenea, ca fierul are o capacitate specifica mai buna ca apa. Fierul are nevoie de o cantitate de caldura mica pentru a se incalzi cu un grad Celsius, dar apa are nevoie de o cantitate mult mai mare. De aceea apa de la mare se incalzeste greu si apoi se si raceste greu, in timp ce pamantul se incalzeste usor si se raceste usor.

Nu intrebasem daca microundele incalzesc mai bine metalele decat apa. ( intrebarile 2 si 3 nu aveau legatura intre ele). Intre timp a raspuns si Harap Alb si acum imi e mai clar. Insa o intrebare mai am:atomii intr-un metal la 90 de grade cum se misca in comparatie cu atomii din apa la 90 de grade (mai rapid , mai incet , conteaza ca in metale ei sunt mai strans legati)?

va multumesc pt raspunsuri.

[Adi]

corectie: vibrationale -> rotatinonale (nivele de vibratie sunt in infrarosu, rotationale sunt in radiofrecventa)

Exclent, HarapAlb. Invatasem astea pt PhD preliminary exam si apoi am uitat. Asadar deexcitarea atomului duce la emisia de lumina in spectrul vizibil, vibratia duce la lungimi de unda mai mari, in infrarosu si rotatia la lunimi de unda si mai mari in domeniul undelor radio. Este ceva bun de fixat in minte.

[Adi]

Insa o intrebare mai am:atomii intr-un metal la 90 de grade cum se misca in comparatie cu atomii din apa la 90 de grade (mai rapid , mai incet, conteaza ca in metale ei sunt mai strans legati)?

Cum temperatura de topire a metalelor e de cateva sute de grade, as zice metalele la 90 de grade au atomi care vibreaza un pic mai mult decat la temperatura camerei, dar sunt totusi legati in reteaua respectiva, care retea nu isi schimba forma.