50

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«ЮгоЗападный государственный университет»

ФИЗИКА

Конспект лекций

по молекулярной физике

и термодинамике

для студентов инженерно-технических специальностей

2011

Лекция 8

(Молекулярная физика и термодинамика. Молекулярно – кинетическая теория. Уравнение состояния. Модель идеального газа. Основное уравнение состояния идеального газа. Основное уравнение кинетической теории газов. Молекулярно-кинетический смысл абсолютной температуры. Основные газовые законы. Внутренняя энергия.)

8. Молекулярно – кинетическая теория строения вещества

Молекулярная физика представляет собой раздел физики, в котором изучаются физические свойства и строение вещества в различных агрегатных состояниях, на основе их микроскопического (молекулярного) строения. В молекулярной физике хаотическое движение совокупности молекул качественно отличается от механического движения и подчиняется статистическим закономерностям. Одним из понятий статистической физики является вероятность.

Термодинамика - наука о наиболее общих свойствах макроскопических физических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и о процессах перехода между этими состояниями. Термодинамика исследует условия превращения энергии из одного вида в другой и характеризует их с количественной стороны. В ее основе лежат фундаментальные законы (начала).

8.1. Молекулярно-кинетическая теория

Молекулярно-кинетическая теория газов основывается на небольшом числе общих представлений, важнейшими из которых являются:

1) газ состоит из мельчайших частиц - атомов или молекул, находящихся в непрерывном движении;

2) в любом, даже очень малом объёме, к которому применимы выводы молекулярно-кинетической теории, число молекул очень велико;

3) размеры молекул малы, по сравнению с расстояниями между ними;

4) молекулы газа свободно движутся между двумя последовательными взаимодействиями друг с другом или со стенками сосуда, в котором он находится. Силы взаимодействия между молекулами, кроме моментов соударения, пренебрежимо малы. Соударения молекул происходят без потерь механической энергии, т.е. по закону абсолютно упругого удара;

5) при отсутствии внешних сил молекулы газа распределяются равномерно по всему объёму;

6) направления и значения скоростей молекул газа самые различные.

Эти положения подтверждаются такими явлениями как:

а) высокой сжимаемостью газов;

б) диффузией в газах, жидкостях и твердых телах;

в) смешением жидкостей и растворением в них других веществ;

г) наличием давления, оказываемого газами;

д) броуновским движением.

В зависимости от состояния система может обладать различными свойствами. Состояние системы характеризуется параметрами состояния.

К ним относятся: p-давление, V- объём, T-температура. Параметры состояния связаны между собой функциональной зависимостью

F(p,V,T) = 0. (1)

Выражение (1) называется уравнением состояния.

Если какой-то параметр системы изменяется, то в этом случае состояние системы называется неравновесным. Равновесным состоянием системы называется такое, при котором все параметры системы имеют определённые значения, остающиеся постоянными при неизменных внешних условиях.

Под внутренней энергией системы понимается кинетическая энергия хаотического движения молекул, потенциальная энергия их взаимодействия и внутримолекулярная энергия, т.е. энергия системы без учёта кинетической энергии её в целом (при движении) и потенциальной энергии во внешнем поле. Внутренняя энергия является функцией состояния.

Изменение внутренней энергии при переходе системы из состояния в состояние равно разности значений внутренней энергии в этих состояниях. и не зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое.