Молекулярна фізика і термодинаміка

Предмет і метод молекулярної фізики і термодинаміки. Ідеальний газ.

1. Молекулярна фізика і термодинаміка. Їх задачі і методи.

2. Макроскопічні параметри і їх мікроскопічна трактовка.

3. Закони ідеальних газів.

4. Рівняння стану ідеального газу.

5. Основне рівняння МКТ газів.

6. Температура. Поняття температури.

Молекулярна фізика і термодинаміка

Молекулярна фізика і термодинаміка вивчають фізичні властивості макроскопічних тіл, що знаходяться як в рівновісному, так і в нерівновісному стані, і складаються з великої кількості макроскопічних частинок(атомів, іонів...). Молекулярна фізика і термодинаміка розрізняються різними підходами до вивчення явищ, і тому ці розділи фізики взаємодоповнюють один одного.

Молекулярна фізика – область фізики, в якій вивчають фізичні властивості тіл в різних агрегатних станах на прикладі розгляду їх мікроскопічної будови.

Термодинаміка – наука про найбільш загальні властивості макроскопічних фізичних систем, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги; та про процеси переходу між цими станами.

В молекулярній фізиці розглядається будова газів, рідин, твердих тіл, їх зміна під дією зовнішніх умов (температура, тиск, електричне і магнітне поля), явищ переносу (дифузія, теплопровідність, внутрішнє тертя), фазові рівноваги і процеси фазових перетворень (плавлення, випаровування, конденсація, кристалізація).

Предметом МКТ будови речовини є макроскопічні явища. Основні полження МКТ полягають в:

1. усі тіла складаються з атомів і молекул

2. атоми і молекули в тілах знаходяться в неперервному хаотичному русі (тепловий рух молекул)

3. атоми і молекули різних речовин взаємодіють по-різному

Ці положення знаходять своє дослідне підтвердження у явищах:

а) здатність газів займати будь-який представлений їм об’єм

б) тиск газів на стінки посудини

в) взаємна розчинність різних речовин одна в одній

г) різною стискаємістю і різним розширенням різних по хімічній природі і агрегатному стану тіл

д) Броунівському русі

е) законі кратних вілношень Дальтона

ж) різних умовах плавлення, твердіння, випаровування і конденсації тіл та інших спостерігаємих у природі явищ.

Теоретичною моделлю є ідеальний газ. Ідеальний газ – сукупність однакових хаотично-рухаючихся молекул, взаємодія між якими зводиться до пружнього удару; розміри молекул нескінченно малі порівняно з відстанню між молекулами, тому ці розміри не враховуються.

Для систем, які складаються з великої кількості частинок, характерні статистичні властивості, а не динамічні. Для окремих матеріальних частинок, або ситем, які складаються з великої кількості цих частинок динамічний метод визначення положення у просторі не може бути використаний. А закономірності зміни стану цих тіл – поведінка – динамічний метод. Для системи, яка складається з великої кількості частинок використовуються так-звані статистичні закономірності в поведінці таких тіл, ця поведінка в досить широких межах не залежить від початкових умов стану окремих частинок. Можна сказати, що коли така система буде представлена сама собі, повертатиметься у початкове положення, властивості якого визначено тільки початковим числом частинок, їх сумарною енергією та подібними характеристиками.

Частина МКТ, яка вивчає властивості речовини в стані рівноваги – статистична фізика рівновісних процесів.

Термодинаміка вивчає властивості макротіл як в рівновісному, так і в нерівновісному стані. Термодинаміка не вводить спеціальних гіпотез про будову речовини і про фізичну природу теплоти. Її висновки основані лише на загальних початках, що є уособленням дослідних фактів. Вона вивчає властивості тіл і перетворення одних видів енергії в інші, не вникаючи в мікроскопічні процеси, що протікають в тілах, наприклад тиск газу на стінки посудини розглядається як параметр, який можна вимірювати експериментально, або розраховувати, вирішуючи рівняння.

При використанні методів статистичної фізики, в термодинаміці можна побачити, що закони термодинаміки виражають властивості частинок, що представляють дану систему і носять статистичний характер.