3. Молекулярная физика и термодинамика

3.1. Основные формулы и понятия

Состояние системы задается термодинамическими параметрами (параметры состояния) – совокупность физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы. Важнейшими параметрами состояния системы являются плотность тела (или величина обратная плотности – удельный объем), давление и температура.

Плотность (r) – масса вещества в единице объема

. (3.1)

Давление (Р) – сила F, действующая на единицу площади S поверхности тела, направленная по нормали к этой поверхности

. (3.2)

Эмпирическая температура (t) – мера отклонения тел от состояния теплового равновесия с тающим льдом, находящимся под давлением в одну физическую атмосферу. В качестве единицы измерения принят 1 градус Цельсия (1 ^оС), который определен тем условием, что тающему под атмосферным давлением льду приписывают 0 ^оС, а кипению воды при том же давлении – 100 ^оС, соответственно.

Различие между абсолютной и эмпирической температурой заключается, прежде всего, в том, что абсолютная температура отсчитывается от нижнего температурного предела – абсолютного нуля, который лежит ниже температуры таяния льда на 273,16^о, то есть

T = t + 273,16.

(3.3)

Абсолютным нулем (Т=0 К) называется температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. Анализ различных процессов показывает, что 0 К недостижим, хотя приближение к нему сколь угодно близко возможно.

Основным уравнением кинетической теории газов называется соотношение, связывающее давление (величину, измеряемую на опыте) со скоростью или кинетической энергией молекулы газа

.

(3.4)

где W_k – суммарная кинетическая энергия поступательного движения всех молекул, n – концентрация молекул.

Средняя кинетическая энергия поступательного движения одной молекулы идеального газа

,

(3.5)

где k=1,38·10^-23 Дж/К - постоянная Больцмана, выражающая соотношение между единицей энергии и единицей температуры.

Средняя квадратичная скорость поступательного движения молекул

.

(3.6)

Согласно закону Дальтона давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов

.

(3.7)

Парциальное давление - давление, которое оказывал бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал весь объем, равный объему смеси при той же температуре.

Изопроцессами называются термодинамические процессы, происходящие в системе с постоянной массой при каком-либо одном постоянном параметре состояния.

1.И зотермический процесс.

Закон Бойля-Мариотта: для данной массы газа, при постоянной температуре, произведение давления газа на объем остается величиной постоянной, то есть при T = const и m = const (см. рис. 3.1):

P×V = const

(3.8,а)

или

P1×V1 = P2×V2.

(3.8,б)