Основы молекулярно-кинетической теории. Термодинамика
В молекулярной физике и термодинамике изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в них атомов и молекул. Для исследования макропроцессов применяются два взаимно дополняющих друг друга метода: статистический (молекулярно-кинетический) и термодинамический. Первый метод лежит в основе молекулярной физики, а второй – в основе термодинамики.
Молекулярная физика изучает строение и свойства вещества, исходя из того, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении. Основной вклад в эту науку внесли Р. Клаузиус, Дж. Максвелл и Л. Больцман. Законы поведения огромного числа молекул изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на усреднении значения динамических характеристик атомов и молекул (скорости, энергии и т.д.) Например, температура тела определяется средним значением скорости молекул, хотя в любой момент времени разные молекулы имеют различную скорость и не имеет смысла говорить о температуре одной молекулы.
Термодинамика изучает общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями. Термодинамика не рассматривает микропроцессы, что и отличает термодинамический метод от статистического метода. Термодинамика базируется на фундаментальных законах, установленных в результате обобщения опыта. Термодинамика имеет дело с термодинамической системой – совокупностью макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией, как между собой, так и с внешней средой.
Основы молекулярно-кинетической теории. Основные положения молекулярно-кинетической теории. Сила и энергия взаимодействия молекул. Шкалы измерения температуры
Всякое вещество состоит из молекул (от латинского "молес" – масса, "кула" - уменьшительный суффикс).
Молекулой называется наименьшая частичка вещества, способная к самостоятельному существованию и сохраняющая химические свойства этого вещества.
Молекулы состоят из атомов (от греческого слова "атомос" - неделимый). Так молекула воды Н2О состоит из 2-х атомов водорода и 1 атома кислорода.
Основные положения молекулярно-кинетической теории:
-
все виды вещества состоят из молекул, между которыми имеются межмолекулярные промежутки;
-
молекулы в любом веществе непрерывно и хаотически движутся. Это движение называется тепловым;
-
на небольших расстояниях между молекулами (или атомами) действуют как сила притяжения, так и сила отталкивания, природа этих сил электромагнитная.
Температура. Величина, характеризующая степень нагретости тела, называется температурой. Температура тела связана с энергией и скоростью движения молекул. Чем выше температура, тем больше в среднем кинетическая энергия каждой молекулы. Следовательно, чтобы нагреть тело, нужно ему сообщить энергию, а чтобы охладить тело, нужно отнять от него энергию.
Шкалы измерения температуры. Для
измерения температуры применяется ряд
температурных шкал. В шкалах Цельсия
(
),
Реомюра (
)
и Фаренгейта (
)
температурам таяния льда и кипения
воды при нормальном давлении приписаны
разные цифровые значения. Пересчет
из одной шкалы в другую происходит
следующим образом:
В системе СИ для измерения температуры
принята шкала, предложенная английским
физиком, лордом Кельвином. Эту шкалу
принято называть шкалой абсолютной
температуры. В ней температура
измеряется в кельвинах (К). За ноль
принята температура, равная – 273,15°С,
а температура таяния льда составляет
273,15К.
Температура по абсолютной шкале:
,
а обратный пересчет в шкалу Цельсия
производится:
.
В США и некоторых других
странах существует абсолютная шкала
температур Ранкина. Соотношение между
кельвином и градусом Ранкина:
По
шкале Ранкина точка таяния льда равна
491,67
,
точка кипения воды равна 671,67
.
Диффузия (от латинского "диффузио" - растекание).
Выравнивание концентрации молекул какого-либо вещества в пространстве, обусловленное хаотическим движением молекул, называется диффузией. Пример диффузии - распространение запаха какого-либо вещества.
Диффузия в газах происходит наиболее быстро. Медленнее она протекает в жидкостях, а еще медленнее - в твердых телах. Эта разница объясняется различной плотностью вещества.