Пошук по сайту


1. основи молекулярно-кінетичної теорії

1. основи молекулярно-кінетичної теорії

Сторінка1/5
  1   2   3   4   5
МОЛЕКУЛЯРНА ФІЗИКА І ТЕРМОДИНАМІКА

 

1. ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ

 

1.1. ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ТА ЇХ ДОСЛІДНЕ ОБҐРУНТУВАННЯ

 

Молекулярна фізика — розділ фізики, у якому розглядаються закономірності атомно-молекулярної будови макроскопічних тіл (систем).

 

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії

I положення. Усі речовини складаються з молекул або інших структурних одиниць (атомів, іонів і електронів), розділених проміжками.

Свідченням дискретної побудови речовини є фотографії, одержані за допомогою іонного, електронного і тунельного мікроскопів. Про наявність проміжків між молекулами свідчить зміна об’єму твердих тіл і рідини при змінюванні їхньої температури.

II положення. Молекули або інші структурні частинки перебувають у неперервному хаотичному русі. Підтвердженням цього положення є явища дифузії, броунівського руху, осмосу (рис. 1, а).

Дифузія — це процес перерозподілу концентрації атомів у просторі шляхом хаотичної, тобто теплової, міграції.

Осмос - одностороння дифузія.

Броунівський рух — хаотичний рух частинок твердого тіла, що зависли у рідині або в газі (рис. 1, б). Відкритий у 1827 р. англійським ботаніком Р. Броуном. Спостерігається в оптичний мікроскоп із збільшенням Г = 500. Пояснюється поштовхами молекул, які оточують частинку, внаслідок їх неупорядкованого теплового руху.

 



 

Рис.1

 

III положення. Молекули або атоми одночасно притягуються відштовхуються, а рівнодійна цих сил називається силою молекулярної взаємодії. Свідченням є виникнення пружних сил при деформації тіл, виникнення сил поверхневого натягу.

1.2. СИЛИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ВЗАЄМОДІЇ

 

Сили молекулярної взаємодії є силами притягання й відштовхування, залежать від відстані між молекулами і виникають унаслідок взаємодії електричних зарядів, які входять до їх складу. Ці сили є короткодіючими.

Графік залежності сили молекулярної взаємодії в від відстані між молекулами для найпростіших молекул зображений на рис. 2.

Якщо r = r0 = dM (dM —діаметр молекули), молекули перебувають у рівновазі.

Якщо r < r0, переважають сили відштовхування.



 

Рис. 2

 

Якщо 10r0 > r > r0, переважають сили притягання.

Якщо r = 10 r0, сили притягання мізерно малі, так що ними можна знехтувати. Отже, відстань дії молекулярних сил близько ~ 10-9 м.

Найпростіші молекули — це одно-, триатомні молекули, які можна уявити як кульку певного діаметра dо ≈ 10-10 м.

Молекула — найменша стійка частинка речовини, яка зберігає її основні хімічні властивості. Вона складається з атомів однакових або різних хімічних елементів, наприклад Н2, NаСl, С6Н12O6.

Сукупність молекул зберігає фізичні властивості речовини.

Речовина є те, із чого складається фізичне тіло.

Атом — найменша частинка речовини, яка не ділиться при хімічних реакціях, наприклад Н, Na, Сl, С, О.

1.3. МАСА АТОМІВ І МОЛЕКУЛ

 

Маси атомів і молекул прийнято порівнювати з 1/12 маси атома ізотопу Карбону 126С.

Відносною молекулярною масою Мr називають відношення маси молекули mo до 1/12 маси атома Карбону m (атомної одиниці маси, а. о. м.):



де Мr — безрозмірна величина.

Маса молекули визначається за допомогою періодичної системи Менделєєва, де вказані відносні атомні маси речовин Мr.

1.4. МОЛЯРНА МАСА. КІЛЬКІСТЬ РЕЧОВИНИ

 

Один моль — кількість речовини, у якій міститься стільки ж молекул або атомів, скільки в Карбоні 126С масою 0,012 кг.

Стала Авогадро (NА) — число атомів або молекул в 1 молі будь-якої речовини:



Згідно із законом Авогадро 1 моль ідеального газу займає за нормальних умов



об’єм



Кількість речовини (υ) дорівнює відношенню числа молекул (N) у даному тілі до сталої Авогадро (NA), тобто до числа молекул в 1 молі речовини:



Одиниця кількості речовини — 1 моль.

Маса одного моля речовини називається молярною масою:



або



Одиниця молярної маси — 1 кг/моль.

Маса молекули (в кг) виражена через молярну масу:



Маса тіла (в кг) виражена через масу однієї молекули і число молекул:



Кількість речовини (в молях) дорівнює відношенню маси речовини до її молярної маси:



1.5. ІДЕАЛЬНИЙ ГАЗ. ОСНОВНЕ РІВНЯННЯ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ ІДЕАЛЬНОГО ГАЗУ (РІВНЯННЯ КЛАУЗІУСА)

 

Ідеальний газ — де газ, у якому середня відстань між молекулами набагато більша від розмірів молекул, і тому в ньому потенціальною енергією молекул нехтують (рис. 3).

 



 

Рис. З

 

Середня квадратична швидкість молекул (υкв) — це корінь квадратний із середнього квадрата швидкості:



Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газу (рівняння Клаузіуса) зв’язує мікропараметри (m0,n, ) і макропараметри (р, V, т):



де m0 — маса молекули, n — концентрація молекул, — середня квадратична швидкість руху молекул.

Якщо — середня кінетична енергія поступального руху молекули, то основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії (МКТ) можна записати у вигляді



1.6. ТЕМПЕРАТУРА. ТЕРМОДИНАМІЧНА ШКАЛА ТЕМПЕРАТУР І ЇЇ ЗВ'ЯЗОК З ТЕМПЕРАТУРОЮ ЗА МІЖНАРОДНОЮ ШКАЛОЮ

 

Температура — це величина, яка характеризує теплову рівновагу системи. У всіх частинах системи, що перебуває в тепловій рівновазі, температура однакова.

У молекулярно-кінетичній теорії температура — це величина, зумовлена середньою кінетичною енергією частинок, із яких складається система:

- для одноатомних молекул,

 

— для двоатомних молекул.

- стала Больцмана, яка зв’язує температуру в енергетичних одиницях з температурою в кельвінах (Т):



Основне рівняння МКТ, яке виражає залежність тиску газу (р) від концентрації молекул (n) і температури (Т):



Закон Авогадро: у рівних об’ємах газів при однакових температурах і тиску міститься однакова кількість молекул:



Концентрація (n) дорівнює кількості частинок в одиниці об’єму:



Температура вимірюється рідинними або газовими термометрами, відповідним чином градуйованими. Висока температура вимірюється оптичними термометрами (за спектром випромінювання) або електричними (напівпровідникові термістори, термопари).

У міжнародній шкалі температур за нуль прийнято температуру танення льоду при нормальному атмосферному тиску, за 100 °С — температуру пари киплячої води при нормальному атмосферному тиску. 1/100 цього інтервалу — це 1 °С (Цельсія). Позначається t °С.

У термодинамічній шкалі температур за нуль прийнята температура, при якій припинився б тепловий рух частинок, із яких складається тіло, Ця температура називається абсолютним нулем температур. Одиниця термодинамічної шкали температур у системі СІ — кельвін (К). Позначається Т (1 К = 1 °С) (рис. 4).



Рис. 4

 

Формула зв’язку термодинамічної температури (T) і температури за міжнародною шкалою температур:



За міжнародною шкалою абсолютний нуль відповідає температурі -273,15 °С.

1.7 СЕРЕДНЯ ШВИДКІСТЬ ТЕПЛОВОГО РУХУ ОДНОАТОМНИХ МОЛЕКУЛ. ДОСЛІД ШТЕРНА

 

Середня швидкість теплового руху одноатомних молекул:



- універсальна газова стала, що дорівнює добутку сталої Больцмана і сталої Авогадро:



Дослід Штерна (1920) дає змогу визначити середню швидкість руху молекул експериментально за формулою



де n — частота обертання циліндрів;

Rв — радіус більшого циліндра;

RА — радіус меншого циліндра;

S — ширина розмитості смуги срібла.

2. ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ (ГАЗОВІ ЗАКОНИ)

 

— Не зберігають ні форми, ні об'єму.

— Характер молекулярного руху: безладний (хаотичний) рух.

 

2.1. РІВНЯННЯ СТАНУ ІДЕАЛЬНОГО ГАЗУ (РІВНЯННЯ КЛАПЕЙРОНА— МЕНДЕЛЄЄВА)

 

Рівняння стану ідеального газу зв’язує макроскопічні параметри р, V, Т, які характеризують стан даної маси тіла.

Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона—Менделєєва), яке зв’язує макропараметри одного стану газу:



Рівняння стану ідеального газу (рівняння Клапейрона), яке зв’язує макроскопічні стани системи даної маси газу при переході зі стану 1 у стан 2:



2.2. ГАЗОВІ ЗАКОНИ

 

Газові закони визначають кількісну залежність між двома параметрами даної маси газу при фіксованому значенні третього параметру.

Процеси, перебіг яких відбувається при незмінному значенні одного із параметрів, називаються ізопроцесами.

2.2.1. ЗАКОН БОЙЛЯ—МАРІОТТА (ІЗОТЕРМІЧНИЙ ПРОЦЕС)

 



Ізотермічний процес описується законом Бойля—Маріотта: для даної маси газу добуток тиску газу на його об’єм є сталим, якщо температура газу не змінюється:



Ізотерма — графік залежності між параметрами даної маси газу за сталої температури (рис. 5).



Рис. 5

 

Ізотермічний процес проходить повільно, оскільки він зумовлений теплообміном з навколишнім середовищем.

2.2.2. ЗАКОН ГЕЙ-ЛЮССАКА (ІЗОБАРНИЙ ПРОЦЕС)

 



Ізобарний процес описується законом Гей-Люссака: для даної маси газу відношення об’єму і температури є сталим, якщо тиск газу не змінюється:



Закон Гей-Люссака можна подати у вигляді



де t — температура за міжнародною шкалою;

V0 — об’єм при 0 °С;

β — коефіцієнт об’ємного розширення газу;

— при сталому тиску для ідеального газу.

Ізобара — графік залежності між параметрами стану даної маси газу за сталого тиску (рис. 6, 7).



 

Рис. 6

 

 



 

Рис. 7

2.2.3. ЗАКОН ШАРЛЯ (ІЗОХОРНИЙ ПРОЦЕС)

 

Ізохорний процес описується законом Шарля: для даної маси газу відношення тиску до температури є сталим, якщо об’єм не змінюється:



Закон Шарля можна подати у вигляді:



де р — тиск газу при температурі t;

p0 — тиск газу при температурі 0 °С;

γ — термічний коефіцієнт тиску;

для всіх газів

Ізохора — графік залежності між параметрами стану даної маси газу при сталому об’ємі (рис. 8, 9).



Рис. 8



 

Рис. 9

2.3. ЗАКОН ДАЛЬТОНА

 

Закон Дальтона: тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків складових газів:



Парціальний тиск — це тиск, який створював би газ, якби він займав даний об’єм сам.

3. ВЛАСТИВОСТІ ПАРИ

 
  1   2   3   4   5

поділитися в соціальних мережах



Схожі:

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини та...
Мета уроку: пояснити основні положення молекулярно-кінетичної теорії, конкретизувати положення про існування, розміри та кількість...

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії будови речовини та...
Молекулярно-кінетична теорія будови речовини (мкт). Розвиток поглядів на будову речовини

Вимірювання швидкості руху молекул. (Дослід О. Штерна.) Пояснення...
Мета уроку: сформувати в учнів поняття про фізичні властивості речовин у різних агрегатних станах, використовуючи основні положення...

Програма призначена для розвитку та виховання творчих, інтелектуальних,...
України, всесвітня історія, основи правознавства, основи економіки І підприємництва, основи філософських знань, громадянська освіта...

Основи охорони праці
Основи охорони праці. Навчальний посібник. // Репета Б. М., Лягушкін А. Ю. – Львів, 2009 – 232 стор

Основи християнської етики
Програма “Основи християнської етики для учнів 1-4, 7-11 класів” рекомендована Міністерством освіти І науки України (Лист 1/іі-6347...

Навчальна програма для загальноосвітніх навчальних закладів основи християнської етики
Добра, Краси, вбачається необхідним вивчення предметів духовно-морального спрямування, складовою яких є спеціальний курс "Основи...

Навчальна програма 5-9 класи загальна характеристика предмета інтегрований...
«Основи здоров’я» передбачає розвиток здоров'язбережувальної компетентності шляхом набуття учнями навичок збереження, зміцнення,...

Конспект уроку: основи» Тема. Узагальнення й систематизація знань з теми «Основи»
«їдкий натр», «їдке калі»; розширити знання учнів про застосування основ; узагальнити й систематизувати вивче­ний матеріал; сформувати...

Закон України «Про свободу совісті та релігійні організації»
Рішення колегії Міністерства освіти І науки України від 29 червня 2006 р. «Про концептуальні засади вивчення в загальноосвітніх навчальних...



База даних захищена авторським правом © 2017
звернутися до адміністрації

h.lekciya.com.ua
Головна сторінка