Молекулалық физика курсының әдiстемелiк мәселелерi
Молекулалық-кинетикалық ұғымдар: моль, температура.
Көп бөлшектерден тұратын жүйелердi қарастырғанда моль ұғымы енгiзiледi. Моль - құрылымдық саны 0,012 кг 12С көмiртегi изотопының құрылымдық элементтер санына тең зат мөлшерi. Кезкелген заттың 1 молiнiң құрылымдық элементтер саны бiрдей болады. Бұл сан Авогадро саны А 6,02 1023 - 1 моль.
Мольдiк өлшем қолданғанда құрылымдық элементтер аталуы тиiс. Мысалы: “су молекулаларының 5 молi берiлген” (судың 5 молi емес). Зат мөлшерiн көрсету үшiн ”1 моль электрон”, ”1 моль атом” т.с.с. өлшемдердi де қолдануға болады. Түсiнiктi болу үшiн мына мысалды пайдалануға болады. Әр топта 20 адам болса, саны 120 оқушылар жиынын 6 топ оқушы деп айтуға болады.
Температура түсiнiгi күнделiктi өмiрде жиi қолданғанымен оның ғылыми негiзiн талқылау қажет. Мектеп курсында температура қарастырылып отырған ортаның бөлшектерiнiң орташа кинетикалық энергиясының өлшемi ретiнде енгiзiледi
,
(1)
мұндағы
1,38
1023
Дж/К. Больцман тұрақтысы
шамасының мағынасы - тек пропорционалдық
коэффициент. Температураны
1 деп қабылдап “Джоуль” бiрлiгiмен де
өлшеуге болады.
(1) формула бойынша температура туралы көп бөлшектердiң тепе-тең күйi (орташа жылдамдық белгiлi) туралы айтуға болады. Температура қандай бөлшектерге қатысты екенiн айту қажет, мысалы плазма температурасы “электрондық”, “иондық” болып ажыратылады. Есiк пен терезенi қатар ашсақ, тепе-теңсiз күй пайда болады, температураны дәл анықтауға болмайды. Космос кеңiстiгiнде молекулалар тығыздығы аз, олардың орташа кинетикалық энергиясы, яғни температура өлшеу уақыты бойынша ауытқып тұрады, белгiлi мәнi жоқ.
Сонымен, температура анықтамасында орта бөлшектерiнiң көп екендiгi, олардың соқтығысы, бiр-бiрiмен әсерлесуi ескерiлуi қажет. Мұндай толық анықтама жоғары мектепте статистикалық заңдылықтар арқылы тағайындалады. Температура статистикалық таралу заңының (молекулалар санының жылдамдығына байланысты) модулi (сипаттамасы) ретiнде қабылданады.
Температураны өлшеу шкаласын тағайындау үшiн тәжрибелiк түрде қасиетi идеал газга жақын газдың, судың қату (Т1) және қайнау (Т2) температурасындағы қысымдарының қатынасы табылған:
.
(2)
(2) теңдеулерiнiң шешiмi
Т1 = 273,15 К , Т2 = 373,15 К,
яғни температуралар шкаласы белгiлi болады.
Тепе-теңсiз күйде статистикалық таралу заңы тепе-тең күйден өзгеше болады. Мысалы, бөлмеге жылы ауа үрленiп енгiзiлсе жылдамдығы үлкен молекулалар саны тепе-тең күйдегiден артық болады. Мұндай күйдi формальды түрде абсолют терiс температура (Т < 0) арқылы сипаттауға болады. Терiс температура түсiнiгi қазiргi ғылымда тепе-теңсiз (инверсиялық) жүйелердi сипаттауға кеңiнен қолданылады. Мұндай жүйелердiң маңызды мысалының бiрi - лазерлiк сәуле шығаратын орта.
Физикада ерекше орын газ термометрлерде (1-сурет), оларда термометрлік зат ретінде өзгертілмейтін көлемді (V = const) ыдыста сиретілген газ (гелий, ауа) қолданылады, ал термометрлік шама – газдың қысымы р. Тәжірибе көрсетеді, Цельсий шкаласы бойынша өлшенген температура өскен сайын газдың қысымы (V = const болғанда) артады.
1-сурет. Тұрақты көлемді газ термометрі
Лекция 10