Alapjai termodinamika
Molekuláris fizika és a termodinamika részt vesz a jelenségek által okozott kombinált hatása nagyszámú folyamatosan mozgó részecskék. Annak ellenére, hogy minden egyes részecske mozog összhangban a mechanika törvényei, azok együttes mozgása nem mechanikus, hanem egy új lépést, bonyolultabb mozgást - termikus mozgás. Tanulmányában, két módszer használható:
- Statisztikai (molekuláris kinetikai), amikor a makroszkopikus tulajdonságait a rendszer tulajdonságainak meghatározásához a rendszer részecskék, különösen azok mozgását és az átlagolt jellemzőit a mozgást;
- termodinamikai módszer, ahol a tulajdonságait makroszkopikus rendszerek termodinamikai egyensúlyban, és a folyamat a köztük leírja egy eszköz termodinamikai jellemző paraméterek a rendszer egészének - a nyomás (p), térfogat (V), a hőmérséklet (T), - anélkül, hogy figyelembe véve microprocesses változását eredményezi ilyen körülmények között.
Abban a vizsgálatban, a molekuláris jelenségek és termodinamikai statisztikai módszerek kiegészítik egymást.
A három állam, amely lehet egy anyag tanulmányozására a legegyszerűbb ez gáz, így kezdeni tanulni az anyagok tulajdonságait és a gázok tulajdonságaival. Hogy megkönnyítse a tanulmány tulajdonságainak a gázok, reális gázok helyett a leegyszerűsített modellje, amely az úgynevezett ideális gáz. Úgy véljük, hogy az ideális gáz:
a) nem intermolekuláris erők, azaz, a molekulák nem vonzódnak vagy taszítják egymástól ..;
b) a kapott molekula fordul elő, csak akkor, ha azok az ütközések és rugalmas;
c) a gázmolekulák nincs térfogata, azaz a. e. a tömeges pontokat.
A legközelebb ez a modell megfelel a tulajdonságait gáz egyatomos gázok nyomáson közel légköri, és a hőmérséklet nem alacsonyabb -200 0 C
Amikor a gáz termodinamikai egyensúlyban, jellemző paraméterek az úgynevezett a hozzá tartozó állapotegyenlet az ideális gáz - Mengyelejev-Clapeyron
ahol R = 8,31 J / (mol · K) - egyetemes gázállandó,
υ - anyag mennyisége, mért mol. 1 jelenti a mólszáma anyag, amely számos részecskék egyenlő az Avogadro-állandót NA = 6022 ∙ október 23 -1 mol,
μ - moláris tömege - a tömege egy mól. Ez megegyezik a termék a tömege egyetlen molekula az Avogadro-szám.
Ismerve az Avogadro-szám, akkor talál egy csomó molekulák más módon:
ahol - az összeg az anyag;
N - részecskék száma az anyagok tömege m.
Bemutatjuk néhány fizikai fogalmakat leíró termodinamikai rendszer (gáz).
Hőmérséklet (T) - skalár fizikai mennyiség jellemző intenzitása a termikus mozgás a molekulák izolált rendszer feltételei mellett termodinamikai egyensúlyban, arányos az átlagos kinetikus energiája transzlációs mozgás a molekulák.
Az átlagos kinetikus energiája a transzlációs mozgás a molekulák egy ideális gáz egyenesen arányos az abszolút hőmérséklet (és nem függ a tömege). Ami i - száma szabadsági fok az anyag objektum (molekula), egyenlő a független koordinátákat, hogy kell kérni, hogy egyértelműen meghatározzák a helyzetét az objektum térbeli a vonatkoztatási rendszer vizsgált. Például, a helyzetét egy anyagi pont a térben határozza meg három koordinátái x, y, z, ezért, egy anyagi pont három szabadsági fok.
A merev test hat szabadsági fok: koordinátái x, y, z helyzetében a tömegközéppont határozza meg, a szögek θ, φ, ψ - két egymásra merőleges orientációban, rögzítetten kapcsolódik az test tengelyek PA és O'O „(1. ábra)
x, y, z - transzlációs szabadsági fok;
θ, φ, ψ - rotációs szabadsági fok a merev test.
A rendszer N anyagból helyeket, amelyek között nincs merev kapcsolat, van 3N szabadsági fok.
A gázmolekulák álló egy atom (Ar, Xe, Ő) három szabadsági fokkal, i = 3; Gáz molekulák, melyek két atom (O2, H2, N2) öt szabadsági fokkal i = 5; Gáz-molekulák, amely három vagy több atomot (CO2, CH4) hat szabadsági fokkal i = 6.
Szerint a Maxwell-Boltzmann-törvény szerint, ha a molekuláris rendszer termikus egyensúlyban hőmérsékleten T., majd az átlagos kinetikus energia egyenletesen oszlik között minden szabadsági fok és minden fokú szabadságot egyenlő kT / 2. Ezután az átlagos energia véletlenszerű hőmozgás egy molekula
Az ideális gáz molekulák nem lépnek kölcsönhatásba egymással a parttól, állapotváltozása ideális gáz kíséri változás csak az energia a véletlenszerű mozgás molekulája. Következésképpen, a belső energia mellett ideális gáz észre kaotikus energia transzlációs és rotációs mozgást molekulája.
A belső energia az ideális gáz az átlagos energiája a gáz molekulák, N:
Fontos megjegyezni, hogy a belső energia az ideális gáz csak attól függ a hőmérséklettől. Ez esetben csak a gáz halmazállapotban, és nem függ a mód, ahogyan a gáz hozta ezt az állapotot. Ezeket az értékeket nevezzük az állam.
Változás a belső energiáját termodinamikai rendszer, akkor sem azt a munkát, vagy halad, hogy egy bizonyos mennyiségű hőt.
Ennek szükséges feltétele teljesítésének munka kölcsönhatásba lépnek a rendszer mozgó tárgyak, vagy makroszkopikus részei, és így változtatni a rendszer térfogata.
Munka a termodinamika által adott
A növekmény a rendszer térfogata egyaránt lehet pozitív és negatív. Ha dV> 0, akkor a munka pozitív, vagyis az, A rendszer működik. Ha dV