3 Конспекты лекций по физике (молекулярная физика и термодинамика) Основы Молекулярной физики и термодинамики Статистический и термодинамический методы исследования

Изучение хаотической формы движения молекул вещества — молекулярного движения — представляет предмет молекулярной физики. Если в механике изучалась простейшая форма движения— относительное перемещение тела как целого — и структура тела нас не интересовала, то в молекулярной физике изучается вторая, более сложная форма движения, — молекулярное движение, не сводимое к механическому. Несмотря на то, что каждая частица движется по законам механики, свойства огромных собраний мо­лекул, например газа, не могут быть объяснены одними механиче­скими закономерностями. Свойства системы молекул не сводимы к свойствам отдельных молекул; поэтому для установления зако­номерностей молекулярной формы движения используются методы статистической физики, о которых речь будет дальше.

Молекулярная физика - раздел физики, изучающий строение и свойства вещества, исходя из молекулярно-кинетических представлений: все тела состоят из огромного числа молекул, которые непрерывно и хаотически движутся.

Законы поведения большого числа молекул изучаются с помощью статистического метода, основанного на том, что свойства макросистемы определяются свойствами микрочастиц (масса, размеры и т.п.) и усредненными значениями их характеристик (скорости, энергии и т.п.).

Термодинамика - раздел физики, изучающий свойства макросистем в состоянии термодинамического равновесия и процессы перехода между этими состояниями.

Термодинамический метод - метод описания свойств макросистем на основе законов превращения энергии в этих системах, который не предполагает изучения микропроцессов, лежащих в основе этих превращений.

Термодинамика имеет дело с термодинамической системой — совокупностью макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами (внешней средой).

Основа термодинамического метода — определение состояния термодинамической системы. Состояние системы задается термодинамическими параметрами (параметрами состояния) — совокупностью физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы. Обычно в качестве параметров состояния выбирают температуру, давление и удельный объем.

Параметры состояния системы могут изменяться. Любое изменение в термодина­мической системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом.

Макроскопическая система на­ходится в термодинамическом равновесии, если ее состояние с течением времени не меняется (предполагается, что внешние условия рассматриваемой системы при этом не изменяются).

Основные положения молекулярно-кинетической теории – мкт

1. Все вещества состоят из молекул.

Все молекулы данного вещества одинаковы, различные вещества состоят из разных молекул. Молекулы в свою очередь состоят из атомов. Атомы также не являются пределом делимости. Они представляют собой сложные образования, состоящие из положительно заряженного ядра, окруженного отрицательно заряженной электронной оболочкой. Классическая МКТ не касается вопроса о строении атомов, считая их твердыми шариками. Диаметры атомов и молекул имеют в среднем порядок 10^-10-10^-9 м.

2. Между молекулами тела одновременно действуют силы взаимного притяжения и отталкивания

3. Молекулы, образующие тело, находятся в состоянии непрерывного хаотического движения.

Сталкиваясь друг с другом, они меняют скорость. Скорость движения молекул в теле тесно связана с температурой и возрастает с ростом температуры. Она определяет тепловое состояние тела, его внутреннюю энергию. Поэтому хаотическое движение молекул тела называют тепловым движением.

Внутренняя энергия - сумма кинетической энергии всех молекул тела и потенциальной энергии их взаимодействия.

Экспериментальными доказательствами справедливости трех основных положений МКТ являются:

1. Молекулярное строение вещества:

   1. изменяемость объема газов (сжимаемость),

   2. уменьшение объема смеси жидкостей по сравнению с суммой объемов этих жидкостей по отдельности (спирт и вода),

   3. возможность прямого наблюдения молекул в электронный микроскоп.

2. Наличие сил притяжения и отталкивания:

   1. сохранение формы твердым телом, сопротивление его деформациям;

   2. необходимость усилия для разрушения твердого тела;

   3. возможность при хорошей полировке поверхностей добиться слипания поверхностей стеклянных пластин, свинцовых цилиндров и т.п.

3. Наличие хаотического движения молекул:

   1. Диффузия

   2. Броуновское движение (броуновские частицы имеют размеры в сотни раз превышающие размеры молекул)