FÜÜSIKA ÕPIK 10. KL SOOJUSÕPETUS II

Soojusõpetus on füüsikakursus, mis sisaldab molekulaarfüüsika, termodünaamika ning aine ehituse aluseid. Nagu igasugune teinegi füüsikaharu, tegeleb ka soojusfüüsika mingit liiki liikumise uurimisega. Kui mehaanika tegeleb makrokehadega ja nende liikumisega, siis soojusõpetus tegeleb mateeria liikumise soojusliku vormiga.

Mis on mateeria liikumise soojuslik vorm? Sellele küsimusele võib vastata kahtpidi. Liikumise soojuslikuks vormiks võime pidada soojuse üleminekut ühelt kehalt teisele, kehade soojuspaisumist ja paljusid teisi makroskoopilisi nähtusi. Neid käsitleb termodünaamika, mis on üks soojusõpetuse osi. Kuid soojusliku liikumise all mõistame ka molekulide kaootilist ehk soojusliikumist, millega kõik soojusnähtused on nii või teisiti seotud. Selle osaga tegeleb molekulaarkineetiline teooria, mis samuti on soojusõpetuse üks osa. Molekulide liikumise iseloomu ja molekulidevahelise vastastikmõjuga tegeldakse ka aine ehitust uurides. Seega nimetatakse molekulaarkineetilist teooriat ja aine ehitust käsitlevat füüsikaharu kokku molekulaarfüüsikaks. Molekulaarfüüsika ja termodünaamika kokku moodustavad aga soojusõpetuse.

Mis seos on mehaanilise liikumise ja soojusliikumise vahel? Kui vasar langeb teatud kõrguselt pliitükile, siis vasara liikumine peatub, pliitükk aga deformeerub ja soojeneb. Kuid juhu jääb vasara mehaaniline energia? Pole raske vastata: mehaaniline energia muundub pliitüki siseenergiaks. Siseenergia on aga määratud molekulide liikumisega. Seega võime väita, et üheski protsessis liikumine ei hävi, vaid muudab oma iseloomu. Ka valguslaine levik on liikumine. Kui keha kiirgab või neelab valgust, siis leiab samuti aset liikumise muutumine ühest liigist teise.

Tuginedes arvukatele katsetele ja liikumise hävimatuse ideele formuleeriti 19. saj. keskel üks füüsika põhiprintsiipe – energia jäävuse seadus. Selle printsiibi formuleerisid teineteisest sõltumatult saksa arst ja füüsik Robert Mayer (1814–1878) ja inglise teadlane James Joule (1818–1889). Täiuslikuma formulatsiooni andis energia jäävuse seadusele saksa füüsik Hermann Helmholtz (1821–1894). Tänapäeval tunneme energia jäävuse seaduse mitmesuguseid sõnastusi. Põhiline sisu on aga üks:

energia ei teki ega kao, ta võib vaid muunduda ühest liigist teise.

Energia jäävuse seaduses kajastub ka liikumise hävimatuse idee, sest igasugune liikumine on seotud energiaga. Energia jäävuse seadus on universaalne ja sellega tuleb arvestada igal loodusteadusel.

Kuid erinevad teadusharud võivad kasutada selle printsiibi erinevaid sõnastusi. Näiteks soojusnähtuste puhul kasutatakse üht energia jäävuse seaduse erikuju, mida nimetatakse termodünaamika esimeseks printsiibiks. Sellest tuleb juttu ka õpiku teises peatükis.

Käesolev õpik on teiseks osaks X klassi füüsikakursusele. Õpik koosneb neljast peatükist. Esimeses peatükis käsitletakse molekulaarfüüsika aluseid ja gaaside molekulaarkineetilist teooriat. Teine peatükk on pühendatud termodünaamika alustele. Kolmandas peatükis tutvustatakse aine ehituse aluseid ja neljandas peatükis on juttu faasisiiretest. Viimases näidatakse, et agregaatolekute muutused (sulamine ja tahkestumine, aurumine ja kondenseerumine) moodustavad seni koolifüüsikas mittekäsitletud nähtustega (sublimatsioon, härmatumine ja rekristallisatsioon) ühtse süsteemi. Head õppimist!

Autorid avaldavad siirast tänu konsultandile H. Voolaiule, käsikirja retsensentidele ja kõigile, kes võtsid vaevaks käsikirja läbi lugeda ning ettepanekuid teha. Autorid avaldavad tänu ka keskkonnakaitsega tegelevale firmale ?Quercus” abi eest käsikirja toimetamiseks vormistamisel.