Módszertani útmutató a molekuláris fizika és termodinamika

A témakör 1. Alapok molekuláris-kinetikai elmélet

1. Minden anyagot alkotják apró részecskék, úgynevezett molekulákat. Jelenleg, tudjuk, hogy a molekulák nem a legkisebb oszthatatlan anyagi részecskék, és állnak a még kisebb részecskék az anyag - atomok, ami viszont, állnak protonok, elektronok. Azonban a klasszikus molekuláris-kinetikai elmélet, amely azt fogja követni, nem az a kérdés a atomok, tekintve őket leegyszerűsített szilárd részecskék formájában egy gömb alakú. tudjuk, a kémia, hogy a molekulák és többértékű, úgyhogy a jövőben fogjuk használni az általánosabb fogalom - a molekula a legkisebb részecskék az anyag. A diákok meg kell tanulni fogalmak, mint például a relatív molekuláris (vagy atomi) tömeg anyag hasa; a moláris tömege az anyag M. Avogadro-szám NA, és a köztük lévő kapcsolatot.

2. a molekulák között az anyag egyidejűleg, erők és a vonzás erői kölcsönös taszítása. Ezek az erők hatása miatt a villamosan töltött részecskék - elektronok és az atommagok a molekulában. Ezek az erők rövid hatótávolságú. Ebben az esetben a taszító erő csökken a távolság növelésével a molekulák közötti gyorsabb, mint a gravitáció. Csak ilyen körülmények között a molekula lehet a stabil egyensúlyi egy bizonyos egyensúlyi távolságra egymástól (amelyben a vonzóerők visszataszító erők). Ha az egyensúlyi közötti távolság molekulák körülbelül 3 × 10 -8 cm (közepes átmérője a sorrendben a molekulák), majd a taszító erők túlsúlyban, és amikor a vonzó erők dominálnak. A parttól intermolekuláris erők gyakorlatilag megszűnik deystvovat.Uchaschimsya ajánlott felhívni a füzetükbe 1. ábra, és tegye a r tengely numerikus adatokat adott meg, kényelmes egységes skála.

3. A molekulák állandó mozgásban van. Az intenzitás a random hő a molekulák mozgása határozza meg a hőmérséklet. Ha az eredmény az érintkező a test változó hőmérséklet, a test jöjjön termikus egyensúly, amelyben a testhőmérséklet azonos lesz.

Amikor testhőmérséklet-változás, és más a változás annak fizikai jellemzőit (például, térfogat). Mennyiségi változások ezeket a jellemzőket látható a testhőmérséklet-változások, és állítsa be a hőmérsékletet egység és a hőmérsékleti skála. A test, a változó fizikai tulajdonság, amely meg tudja határozni az egyensúlyi hőmérséklet (ha érintkezik egy másik test) nevezik hőmérővel.

Példa. A legegyszerűbb és leggyakoribb hőmérővel folyadék (higany vagy alkohol), az egyensúlyi hőmérséklet, amelynek termikus érintkezésben vannak a másik test magassága határozza meg az oszlop lévő folyadék a kapilláris üvegcsőbe kiterjesztése az alsó végén; a változás az egyensúlyi hőmérséklet-változás összegét, és így a magassága a folyékony pillér.

A leggyakoribb hőmérsékleti skála a Celsius skála. melyek az alapvető pontjai által elfogadott álláspont a felső szint folyékony pillér, amikor a hőmérő termikus kapcsolatban:

• 1) az olvadt jeget;
• 2) gőz forró vizet (atmoszferikus nyomáson).

Közötti távolságok ezek a szintek vannak osztva 100 egyenlő részre; 0,01 ez a távolság vesszük egy fok Celsius hőmérsékleti skála (C o 1), amely szintén megfelel egy Kelvin (K 1).

A termikus mozgás atomok szilárd eltér a termikus mozgást az atomok és molekulák gázok és folyadékok? A gázok, a távolság a molekulák átlagos sokszor nagyobb, mint maguknak a molekuláknak. Molekulák óriási sebességgel - több száz méter másodpercenként - mozog az űrben. Amikor szembesül, akkor lepattan egymást különböző irányból, mint biliárdgolyók. Gyenge vonzó erők nem képesek tartani őket egymás mellé. A sebesség a molekulák véletlenszerűen vannak elosztva, nagyságát és irányát.

A szerkezet a folyékony lényegesen eltér a szerkezete a gáz. A molekulák folyékony mindig szoros szomszédságban vannak egymással, de olyan állapotban a kaotikus mozgás. Emiatt nem tudnak mozogni olyan szabadon, mint a gáz molekulák. Minden „helyben jár” szinte minden alkalommal egy helyen, körülvéve azonos szomszédok (körülbelül az egyensúlyi helyzet), és csak egy kicsit mozgatni által elfoglalt térfogat a folyadékot. Minél több viszkózus folyadék, a mozgás lassabb. De még az ilyen „mobil” folyadékok, mint például a víz-molekula olyan távolságban 3 mm × 10 -7 számára a szükséges idő a gáz molekula utat 7 × 10 -5 mm.

Nagyon erősen kiegyenesedik a kölcsönhatás közötti erő molekulák termikus mozgás a szilárd anyagok. A szilárd molekulák gyakorlatilag minden alkalommal vannak rögzített helyzetben (egyensúlyi helyzet). Termikus mozgás azonban csak, hogy a molekulák (atomok) folyamatosan oszcilláló egyensúlyi helyzetben nagyon kis amplitúdójú. A hiányzó szisztematikus molekulák mozgásával és ez az oka, hogy hívjuk keménység.

A alapegyenletének molekuláris kinetikai elmélet

A kvalitatív magyarázata alapvető tulajdonságait az anyag alapján a molekuláris kinetikai elmélet nem különösebben bonyolult. Azonban az elmélet létrehozza a kvantitatív összefüggés van a kísérletileg mért értékek (nyomás, hőmérséklet, stb), és a tulajdonságait a molekulák önmagukban, azok száma és sebességét, meglehetősen bonyolult. Mi szorítkozunk egy ismerős az elmélet eléggé kifinomult gázokat.

Ideális gáz. A ritkított gáz közötti távolság molekulák meghaladja méretük sokszor. Ebben az esetben a kölcsönhatás a molekulák elhanyagolható, és a mozgási energia a molekulák sokkal nagyobb, mint a potenciális energia kölcsönhatás közöttük. A gázmolekulák tekinthető nagyon kicsi, kemény golyó. Ahelyett, hogy egy igazi gáz. molekulák között, amelyek kihívást erők kölcsönhatása, úgy véljük, hogy egy fizikai modell, az úgynevezett ideális gáz. Az ideális gáz - gáz molekulái között a vonzóerők szempontjából elhanyagolható. molekulák között, taszító erők nyilvánulnak meg csak akkor, ha a legutóbbi összecsapások és amikor ütköznek az edény falát. Így lehetséges, hogy úgy, mint egy ütközés, mint a rugalmas ütközés között egy szilárd gyöngyök és a tartály fala.

Mi jár arra a következtetésre, hogy az alapvető egyenlet molekuláris gázok kinetikus elméletét. A szigorú levezetését az egyenlet meglehetősen bonyolult. Ezért arra szorítkozunk, hogy leegyszerűsített következtetés az egyenlet, ami a helyes eredményt.

Következtetés A alapegyenletének molekuláris kinetikai elmélet. Kiszámoljuk a gáznyomás az edény falához területen S. merőleges X koordináta (2. ábra) tengelye. Mindegyik molekula tömeg repül fel, hogy az érfal sebességgel, amely egyenlő a nyúlvány az X-tengely impulzus van egy kiugrása az X tengelyen. Alakját rugalmasan visszapattanó a fal egy sebesség, amelyet a vetülete a X tengely egyenlő a molekula egy olyan impulzust kap, amelynek vetülete az x-tengely. Ezért, az ütközés a fal a vetülete a molekula a X-tengelyen impulzus változott előtt.

Megváltoztatása impulzus molekulák azt mutatja, hogy ez után ütközés a fal egy erő irányított a faltól. Változó impulzus molekula egyenlő a lendület erő. Tekintettel arra, hogy az ütközés a fal a molekula rugalmas, azaz

Az ütközés során a molekula jár a falon egy erő, ami a harmadik törvény Newton erő nagyságát és ellentétes irányban.

Gázmolekulák olyan sok, és üti őket a falra kell az egyik a másik után, nagyon magas frekvencián. Az átlagos értéke a geometriai összege által kifejtett erők az egyes molekulák, amikor ütköznek a tartály fala és a gáz nyomóerő. A gáz nyomása egyenlő az arány átlagos nyomóerő modult a falra területen S.

Mint láttuk, minden molekula az ütközési fal továbbítja impulzus. Mivel a molekulák számos, a második akkor lendületet fog adni a falon, ahol Z - az ütközések száma molekulák a fal a második. Száma Z. nyilván egyenesen arányos a molekulák koncentrációja, a molekulák a vetítés fal sebessége az X tengelyen, és a terület a hajó S. azaz. Azt is meg kell szem előtt tartani, hogy átlagosan csak a felét teszik molekulák mozog a fal, a másik fele mozog az ellenkező irányba. Ezért teljes lendület átvitt 1c fala. egyenlő:

Szerint a Newton második törvénye változás lendülete a test egységnyi idő megegyezik a ható erő, mely így

Figyelembe vesszük, hogy nem minden molekula azonos vetülete a sebesség az X tengely Tény, hogy az átlag a második erő, amely a fal nem arányos, és az átlag a sebesség négyzetével nyúlvány X. tengelyen. Mivel a termikus egyensúly állapotába

Így, a gáz nyomása a érfal egyenlő