Основы молекулярно-кинетической теории Понятие о молекулярно-кинетической теории строения вещества и ее опытные основания

Раздел механики строится без рассмотрения и учета внутреннего строения вещества.

Развитием учения о строении вещества было показано, что все окружающие нас тела состоят из весьма малых частиц- молекул и атомов, которые находятся в состоянии никогда непрекращающегося хаотического движения и взаимодействуют между собой. Такое представление о строении тел лежит в основе молекулярно-кинетической теории, изучающей большую область физических явлений, вызванных движением молекул и их взаимодействием между собой. К числу их следует в первую очередь отнести наиболее простые, но не менее наглядные:

1. диффузия газов и жидкостей, т.е проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого вещества и стремление газов и жидкостей занять любой объем , предоставленный им. Эти явления свидетельствуют о беспорядочности движения молекул. Растворение твердых тел и взаимное перемешивание жидкостей указывают на существование взаимных перемещений молекул;

2. взвешенные в жидкости весьма малые частицы (например пыльца растений) находятся в непрекращающемся движении (броуновском движении). Оно объясняется тем, что количество ударов, которые в единицу времени получает частица от движущихся молекул жидкости с одной стороны частицы, оказывается меньше или больше ударов с противоположной стороны. Т.о. броуновское движение служит непосредственным свидетельством существования хаотического движения молекул.

3. Давление, производимое газом на стенки сосуда объяснить только можно тем, что них происходит огромное количество ударов молекул. Повышение плотности приводит к увеличению давления, и, опять это, очевидно, связано с увеличением числа ударов молекул в единицу времени о стенку.

Газовое состояние вещества Характер молекулярного движения и сил взаимодействия в газах Идеальный газ

При нормальных условиях ( 1,013∙10⁵ Па, t=0^о С) плотность газа в 1000 раз меньше плотности жидкостей. Т.к. жидкости плохо сжимаемы, то молекулы в ней можно считать расположенными вплотную. Поэтому в газах молекулы должны находиться друг от друга на расстоянии примерно равном 10 поперечников.

Газ представляет собой собрание огромного числа молекул (при нормальных условиях в 1 м³ газа содержится порядка 2,7∙10²⁵ молекул. Система, состоящая из такого огромного числа беспорядочно движущихся частиц, имеет качественно новые свойства по сравнению со свойствами отдельных молекул и характеризуется такими физическими величинами, которые не могут быть использованы для описания отдельных молекул. Например, можно говорить о температуре всего газа и его давлении, но бессмысленно вести речь о таких параметрах для отдельной молекулы.

В процессе беспорядочного движения молекулы сталкиваются между собой и стенками сосуда и при этом меняются их скорости и импульсы. Процесс столкновения молекул очень важен для выяснения одного из основных параметров газового состояния – давления. Поэтому необходимо детально рассмотреть характер сил взаимодействия.

В газах силы притяжения между молекулами малы.Во всяком случае при расстояниях между молекулами порядка 10^–9 м их взаимодействиями можно пренебречь. Однако между молекулами существуют и силы отталкивания. Опыты показали, что они убывают с увеличением расстояния быстрее, чем силы притяжения. Это иллюстрирует рисунок.

О трицательные значения силы соответствуют силам притяжения, положительные – силам отталкивания. При , F>0, т.е. преобладают силы отталкивания и наоборот. При м сила F=0 (F_пр=F_оттал). При м сила притяжения стремится к нулю.

Т.о. две газовые молекулы разлетятся под действием сил отталкивания раньше, чем непосредственно сблизятся вплотную. Поэтому говорят не об истинном диаметре молекул, а об эффективном диаметре, который учитывает этот факт.

Плотность играют малую роль и большую часть времени молекулы проводят ,,вдали ” друг от друга. Только на очень короткие промежутки времени, в течение которых силы отталкивания становятся больше сил притяжения, между ними имеет место процесс взаимодействия, приводящий к обмену энергиями между молекулами. Весь процесс сближения и расхождения носит характер упругого удара.

Т.к. размеры молекул во много раз меньше расстояний между ними , то их можно считать материальными точками, т.е. их объемом можно пренебречь. Т.о. поведение газа при изменении его свойств тем меньше зависит от сил молекулярного взаимодействия, чем меньше его плотность, т.е. чем больше разрежен газ.

Для многих случаев поведения газа в различных состояниях удобно считать его идеальным, понимая под этим следующие его свойства:

1. Силы взаимодействия между молекулами отсутствуют и их потенциальная энергия равна нулю;

2. Собственный объем молекул во много раз меньше объема сосуда;

3. Столкновение молекул между собой и со стенками носит характер соударений абсолютно упругих тел.

Теория идеальных газов применима и для реальных газов при малых давлениях и не очень низких температурах.