Министерство образования и науки

Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

Московский государственный технологический

университет "Станкин"

Егорьевский технологический институт

им Н.М.Бардыгина

Изучение адиабатического процесса

Методические указания

к выполнению лабораторной работы

ЕТИ.ФХ. 01

Егорьевск 2005

Составители: профессор, д.х.н. Нилов А.П.

ст.преп. Никифоров В.Ю.

Рецензент доцент к.ф-м.н. Бурмистров А.В.

В методических указаниях рассмотрено понятие физической химии и что эта наука изучает, какие разделы в неё входят, в методических указаниях даны основные понятия термодинамики и молекулярно-кинетической теории, а также экспериментальное подтверждение закономерностей адиабатического процесса, и экспериментальное определение показателя адиабаты, количества степеней свободы и структуры молекул газа в компьютерной модели идеального газа с использованием компьютерной программы ООО «Физикон» «Открытая физика 1.1» версия «Виртуальный практикум по физике для ВУЗов». В основе данных методических указаний лежит учебное пособие «Тихомиров Ю.В. Лабораторные работы по курсу физики с компьютерными моделями (Молекулярная физика и термодинамика). Учебное пособие для студентов высших технических учебных заведений дневной, вечерней и заочной (дистанционной) форм обучения. -М.:2003.-22 с.» Методические указания предназначены для студентов 2 вузовского курса, обучающихся по специальности 330200 по дисциплине «Физическая химия».

.

Методические указания обсуждены на заседании кафедры естественно-научных дисциплин.

Протокол № от

Заведующий кафедрой А.П. Нилов

Методические указания рассмотрены и одобрены методическим советом института

Протокол № от

Председатель совета а.Д.Семенов Изучение адиабатического процесса

1. Цель работы:

• Знакомство с компьютерной моделью, описывающей адиабатический процесс в идеальном газе.

• Экспериментальное подтверждение закономерностей адиабатического процесса.

• Экспериментальное определение показателя адиабаты, количества степеней свободы и структуры молекул газа в данной модели.

2. Оборудование и материалы: компьютерный класс, пакеты прикладных программ для поддержки лабораторного практикума компании ООО «ФИЗИКОН»: «Виртуальный практикум для ВУЗов» или «Открытая Физика» версия 2.5 часть 1.

3. Содержание работы.

3.1 Изучить теоретический материал.

3.2 Провести испытания по изучению адиабатического процесса идеального газа для заданной температуры Т₁ и заполнить таблицу аналогичную таблице 2 методических указаний.

3.3 Провести испытания по изучению адиабатического процесса идеального газа для заданной температуры Т₂ и заполнить аналогичную таблице 2 методических указаний..

3.4 Построить графики по данным таблиц.

3.5 Оформить отчет.

4. Теоретические предпосылки работы

4.1 Введение. Предмет физической химии и её разделы

Изучение физической химии дает возможность понять законы химии и физики, а также предсказывать химические явления и управлять ими. Физическая химия возникла как ответвление химии, тесно связанное с физикой и широко использующее математику.

Физическая химия, согласно современным представлениям, – это наука, использующая методы физики для исследования направления и скорости процессов химического превращения веществ.

Термодинамический метод является одним из самых мощных методов физической химии. Он дает точные соотношения между энергией и свойствами системы, не требуя каких-либо сведений о строении молекул или механизме процессов.

Термодинамика применяется к системам, находящимся в равновесии, и рассматривает только начальное и конечное состояния. Она не описывает протекания процессов во времени. Она только отвечает на вопрос: насколько глубоко должна пройти данная реакция, прежде чем будет достигнуто равновесие.

Кинетика рассматривает протекание процессов во времени и связана со строением молекул и механизмом реакций. Во многих реакциях органической, неорганической и биологической химии, а также в промышленных процессах количества продуктов реакции не являются равновесными, и выходы определяются в большей степени относительными скоростями отдельных стадий, чем термодинамикой системы. Поскольку химическая кинетика основывается почти на всем материале физической химии, ее изучение отнесено в конец курса.

Эколог, используя физическую химию в своей деятельности, прежде всего, должен проанализировать стоящую перед ним задачу и определить, является ли она преимущественно термодинамической или кинетической, а затем он может использовать сведения о молекулярной структуре веществ и механизме реакции для предсказания условий протекания процесса и управления ими.

Кинетическая теория основывается на определенных допущениях относительно свойств молекул. Результаты кинетической теории, вытекающие из законов классической физики, оказались очень полезными, но со временем пришли в противоречие с некоторыми экспериментальными данными (например, по зависимости теплоемкости от температуры). Однако классическая кинетическая теория не потеряла своего значения для истолкования как термодинамических, так и кинетических данных. Для создания более совершенной теории необходимо использовать квантовую механику.

Квантовая теория, которая революционизировала физику в начале ХХ века, необходима также для понимания химических явлений. Квантовая механика объясняет спектры атомов и молекул. Квантово-механический подход имеет большое значение в самых различных областях физической химии, например для объяснения природы химической связи.

Строение молекул может быть определено из данных по дифракции рентгеновских лучей, из электронографических данных, а также по молекулярным спектрам. Сведения о строении молекул очень важны для понимания химических реакций и для расчета термодинамических свойств и реакционной способности веществ. Некоторые особенности химического поведения вещества могут быть предсказаны, если известно строение его молекул.

Статистическая механика была создана для объяснения свойств веществ на основании свойств составляющих эти вещества молекул, атомов, ионов и электронов. Как термодинами­чес­кие свойства веществ, так и их реакционную способность можно рассчитать с помощью статистической механики при условии, что имеются некоторые сведения о молекулах вещества, полученные спектроскопическим или иным методом.

Все эти разделы физической химии основываются на экспериментальных данных, умению получать и анализировать которые способствуют самостоятельные эксперименты в процессе выполнения лабораторных работ.