Основні положення молекулярно-кінетичної теорії та їх дослідне обґрунтування:

• Всі тіла складаються з молекул, між якими є проміжки, тобто тіла мають дискретну структуру (фотографії окремих молекул і атомів, розчинність речовин тощо).

• Молекули в речовині рухаються безперервно і хаотично. (Дифузія, Броунівський рух).

• Між молекулами в тілі існує взаємодія (тяжіння, відштовхування, сили опору).

Дифузія взаємне проникнення дотичних речовин один в одного унаслідок теплового руху часток речовини.

Броунівський рух - безладний рух малих (розмірами в декількох мкм і менше) часток, зважених в рідині або газі, що відбувається під дією поштовхів з боку молекул довкілля.

Молекула - це найменша частинка речовини, яка зберігає її хімічні властивості.

Відносна атомна маса - це маса, виражена в атомних одиницях маси, або - це маса даної молекули (атома) відносно 1 / 12 маси ізотопу вуглецю (12). Позначається М_r

Молярна маса - це маса 1 моль речовини. Позначається М, виміряється кг / моль. Дорівнює відношенню маси речовини до кількості речовини.

Кількість речовини - число частинок в даному тілі порівняно з числом атомів в 0,012 кг ізотопу вуглецю (12). Кількість речовини можна знайти як відношення числа атомів або молекул речовини N до постійної Авогадро N_А. Позначається ν, одиниця виміру - моль.

Постійна Авогадро N_А показує, скільки молекул знаходиться в 1 молі речовини. N_А = 6,02 · 10²³ моль ⁻¹.

Маса молекул. Для визначення маси молекули m₀ потрібно поділити масу m речовини на кількість молекул N в ній. Або молярну масу речовини M потрібно поділити на постійну Авогадро N_А.

Концентрація частинок фізична величина, що дорівнює відношенню числа частинок N до об’єму V, в якому вони знаходяться. Позначається n, одиниця виміру - м⁻³.

Закон Дальтона: тиск у суміші хімічно невзаімодіючих газів дорівнює сумі їх парціальних тисків. Парціальним тиском будь - якого газу (компонента газової суміші) називається тиск, який надавав би цей газ, якби він один займав весь наданий об'єм.

Ідеальний газ - це ідеалізована модель газу, в якій не враховуються розміри молекул (вони вважаються матеріальними точками) та їх взаємодію між собою (за винятком випадків безпосереднього зіткнення). Реальні гази добре описуються моделлю ідеального газу, коли середня кінетична енергія їх часток багато більше потенційної енергії їх взаємодії. Так буває, коли газ достатньо нагрітий і розріджене (гелій, неон при нормальних умовах).

Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу пов'язує між собою мікро - і макро - параметри. Мікро - параметри (пов'язані з молекулами): m, v, Eк. Макро - параметри (відносяться до всього тіла): p, V, T. Тиск ідеального газу p прямо пропорційний двом третинам середньої кінетичної енергії поступального руху молекул Eк, що містяться в одиниці об'єму.

Середня квадратична швидкість теплового руху молекул - це квадратний корінь із середнього значення квадратів швидкостей молекул. Вона пропорційна корню квадратному із абсолютної температури Т і обернено пропорційна корню квадратному із маси молекули m₀.

ТЕМПЕРАТУРА ТА ЇЇ ВИМІРЮВАННЯ

Температура є мірою інтенсивності теплового руху молекул. Позначається t або Т.

Термометр - прилад для вимірювання температури, який фіксує власну температуру, рівну температурі тіла або середовища, з яким він перебуває у тепловому контакті. Бувають рідинні, металеві, електричні, газові ...

Температурні шкали: шкала Цельсія (за 0 0С приймають температуру танення льоду, а за 100 0С - температуру кипіння води при нормальному атмосферному тиску); шкала Кельвіна (термодинамічна, шкала абсолютних температур (за 0 К беруть температуру, при якій припиняється поступальний рух молекул. 0 К = - 273 ºС, зміна температури на 1ºС дорівнює зміні температури на 1 К), шкала Фаренгейта в якій температурний інтервал між точками танення льоду і кипіння води (при нормальному атмосферному тиску) розділений на 180 частин - градусів Фаренгейта (° F), причому точці танення льоду присвоєно значення 32 ° F, а точці кипіння води 212 ° F.

Абсолютний нуль це мінімальна межа температури, яку може мати фізичне тіло. Це - температура, при якій припиняється тепловий рух атомів.Абсолютним нулем називається гранична температура, при якій тиск ідеального газу звертається в нуль при фіксованому об'ємі або об'єм ідеального газу прагне до нуля при незмінному тиску.

Абсолютна температура є мірою інтенсивності теплового руху молекул. Абсолютна температура Τ не може бути від’ємною. Для того щоб перевести температуру із °С в Кельвіни (К) треба до температури в °С додати 273. Щоб перевести температуру з кельвінів (К) у °С треба від температури в кельвінах відняти 273.

Середнє значення кінетичної енергії поступального руху молекул ідеального газу прямо пропорційно трьом другим абсолютної температури.

Коефіцієнт пропорційності між температурою речовини і енергією теплового руху частинок цієї речовини називається постійної Больцмана: k = 1,38 · 10⁻²³ Дж/К

Рівняння стану ідеального газу (рівняння Менделєєва - Клапейрона) - формула, яка встановлює залежність між тиском, молярним об'ємом і абсолютною температурою ідеального газу.

Універсальна газова стала R виражається через добуток постійної Больцмана на число Авогадро.

R = 8,31 Дж/ моль·К

Фізичний зміст R: газова стала R дорівнює роботі, яку здійснює 1 моль ідеального газу, розширюючись при нагріванні на 1 К при сталому тиску.

Ізопроцеси в газах - це процеси, що відбуваються при сталом значенні одного з параметрів.

Ізотермічний процес (T = const), фізичний процес, під час якого температура не змінюється. Описує закон Бойля - Маріотта: добуток тиску даної маси газу на об'єм, що його займає газ при сталій температурі, є величина стала. Лінія на діаграмі, яка зображує ізотермічний процес, називається ізотермою.

Ізобарний процес (p = const), фізичний процес, під час якого тиск не змінюється. Описує закон Гей - Люссака: при ізобарному процесі об'єм ідеального газу прямо пропорційний абсолютній температурі. Лінія на діаграмі, яка зображує ізобарний процес, називається ізобарою.

  Ізохоричний процес (V = const), фізичний процес, під час якого об'єм не змінюється. Описує закон Шарля: при постійному об'ємі тиск прямо пропорційний абсолютній температурі. Лінія на діаграмі, яка зображує ізохорний процес, називається ізохорою.

ОСНОВИ ТЕРМОДИНАМІКИ

Тепловий рух - безладний (хаотичний) рух мікрочастинок (молекул, атомів, електронів тощо), з яких складаються всі тіла.

Теплообмін - процес перенесення теплоти від одного об'єкта до іншого.

Види теплообміну: теплопровідність, конвекція, випромінювання.

При теплопровідності перенесення тепла відбувається від молекули до молекули всередині тіла.

  При конвекції тепло переноситься потоками рідини чи газу.

При випромінюванні тепло передається у вигляді електромагнітних хвиль.

Внутрішня енергія - енергія фізичної системи, що залежить від її внутрішнього стану. Внутрішня енергія включає кінетичну енергію хаотичного (теплового) руху мікрочастинок системи (молекул, атомів і т. д.) і потенційну енергію взаємодії цих частинок. Внутрішня енергія однорідних газів і рідин залежить від їх температури та об'єму. Позначається U, вимірюється в джоулях (Дж).

Способи зміни внутрішньої енергії - шляхом теплопередачі та виконанням роботи.

 Кількість теплоти - це частина внутрішньої енергії, переданої від одного тіла до іншого при теплообміні. Позначається Q, вимірюється в джоулях (Дж).

Питома теплоємність речовини - це скалярна фізична величина, яка дорівнює кількості теплоти отриманої або відданої 1 кг речовини, при зміні його температури на 1 К. Позначається с, вимірюється в (Дж /​​кг · К).

Теплоємність речовини - це скалярна фізична величина, яка дорівнює кількості теплоти отриманої або відданої тілом маси m, при зміні його температури на 1 К. Позначається С, вимірюється (Дж / ​​К).

ЗАКОН ЗБЕРЕЖЕННЯ ЕНЕРГІЇ В ТЕПЛОВИХ ПРОЦЕСАХ (перший закон термодинаміки) - зміна внутрішньої енергії системи (ΔU) при переході її з одного стану в інший дорівнює сумі роботи зовнішніх сил (А) та кількістю теплоти, переданому системі (Q).

Робота в термодинаміці - це зміна внутрішньої енергії системи, яка пов'язана зі зміною її об’єму і розташування її частин відносно один одного. Робота газу позитивна при розширенні газу і негативна при його стисненні. На p - V - діаграмі робота газу чисельно збігається з площею фігури під графіком залежності тиску від об'єму. Позначається А, вимірюється (Дж).

Адіабатний процес - це модель термодинамічного процесу, що відбувається в системі без теплообміну з навколишнім середовищем. Лінія на діаграмі, яка зображує адіабатичний процес, називається адіабатою.

Необоротність теплових процесів (ДРУГИЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМІКИ) - всі процеси можуть проходити тільки в одному напрямку. Зворотний процес самовільно протікати не може. Тобто, теплота не може переходити сама собою від тіла, менш нагрітого до тіла більш нагрітого.

ПРИНЦИП ДІЇ ТЕПЛОВИХ ДВИГУНІВ

Теплові двигуни - це машини, що перетворюють внутрішню енергію палива в механічну роботу механізмів.

Нагрівач - джерело теплоти, де відбувається згорання палива. Робоче тіло - газ або пар, який приводить у рух систему, виконуючи роботу. Холодильником - може служити атмосфера (для двигунів внутрішнього згоряння) або охолоджуюча проточна вода (для парових турбін).

Цикл - сукупність змін стану газу, в результаті яких він повертається в початковий стан. Один робочий цикл, в двигуні внутрішнього згоряння, проходить за 4 ходи поршня: впуск, стиснення, робочий хід, випуск.

Коефіцієнтом корисної дії (ККД) теплового двигуна називають відношення роботи A, яку здійснюють двигуном, до кількості теплоти Q₁, отриманої від нагрівача.

Робота теплового двигуна дорівнює різниці кількості теплоти Q₁, отриманої від нагрівача і кількості теплоти Q₂ переданій холодильнику.

Максимальне значення ККД теплових двигунів. ККД ідеальної теплової машини дорівнює відношенню різниці температур нагрівача Т₁ і холодильника Т₂, до температури нагрівача Т₁.

Чим вище температура нагрівача і чим нижче температура холодильника, тим вище ККД.

ВЛАСТИВОСТІ ГАЗІВ, РІДИН І ТВЕРДИХ ТІЛ

Газ - агрегатний стан речовини, в якому молекули рухаються хаотично, розташовані на великій відстані одна від одної. Тому гази не мають власної форми і постійного об’єму і заповнюють весь наданий об’єм.

У твердих тілах відстані між частинками малі, сила тяжіння відповідає силі відштовхування. Молекули або атоми твердих тіл коливаються біля певної точки і не можуть далеко переміститися від неї. Тверде тіло, тому зберегає не тільки об'єм, але і форму.

Рідина - агрегатний стан, проміжне між твердим і газоподібним. У рідині частинки розташовані близько одна до одної і можуть переміщатися один щодо одного; рідина не зберігає свою форму і приймає форму судини. Вони текучі, їх легко перелити з однієї судини в іншій.

Пар - це газоподібний стан речовини, у якій можуть переходити як рідини (випаровування) так і тверді тіла (сублімація або возгонка).

Пароутворення - процес перетворення рідини в пару.

Випаровування - пароутворення, що відбувається з поверхні рідини. Швидкість випаровування залежить: від виду рідини, температури рідини, площі вільної поверхні, наявності вітру.

Кипіння - пароутворення, що відбувається з усього об'єму рідини.

Умови кипіння:

• Рідина кипить при рівності тиску насичених парів і зовнішнього тиску на рідину.

• Температура кипіння рідини залежить від роду рідини, наявності домішок, зовнішнього тиску на рідину.

• При зменшенні зовнішнього тиску температура кипіння знижується і навпаки.

Конденсація - процес перетворення пари в рідину.

Питома теплота пароутворення - це скалярна фізичним величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти, яку необхідно для перетворення 1 кг рідини в пару взятої при температурі кипіння. Позначається L або r, вимірюється в джоулях (Дж / кг).

Насичена пара - пара, що знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною. Під динамічною рівновагою рідини і пара розуміють такий стан, коли кількість молекул, що залишають поверхню рідини, дорівнює кількості молекул пари, які повертаються за той же час у рідину. Назва «насичений» підкреслює, що в даному обсязі при даній температурі не може перебувати більша кількість пари.

Ненасичена пара - це пара, що не знаходиться в динамічній рівновазі зі своєю рідиною.

ВЛАСТИВОСТІ НАСИЧЕНОЇ ПАРИ:

• При даній температурі тиск ненасиченої пари завжди менше тиску насиченої пари.

• При наявності над поверхнею рідини ненасиченого пара, процес

пароутворення переважає над процесом конденсації, і тому рідини

в посудині з плином часу стає все менше і менше.

• Тиск (пружність) насичених парів цієї рідини при даній температурі є величиною постійною і не залежить від об’єму та простору над рідиною.

• Тиск насиченої пари - це найбільш можливий тиск пари даної рідини при даній температурі.

• Тиск насиченої пари різних рідин при одній температурі різний.

Вологість повітря характеризує кількість водяної пари в повітрі.

Парціальний тиск - це тиск, який мав би кожен з газів, що складають суміш, якщо видалити з посудини інші гази. Позначається р, вимірюється в паскалях (Па).

Абсолютна вологість - це щільність водяної пари, яка знаходиться в повітрі при даній температурі. Позначається ρ, вимірюється в (кг/м³). Відносна вологість повітря показує, як близько даний водяний пар до насичення. Позначається φ, вимірюється в (%).

Точкою роси називається температура, при якій даний водяний пар стає насиченим (з’являється роса).

Відносна вологість – відношення абсолютної вологості до її максимального значення при даній температури. Відношення парціального тиску водяної пари p, що міститься в повітрі за певної температури, до тиску p₀ насиченої пари (за такої самої температури), виражена у відсотках При 100% відносній вологості в повітрі може відбутися конденсація водяних пар з утворенням туману, випаданням води. Температура, при якій це трапляється, називається точкою роси. Оптимальна для людини вологість 40-60%

Прилади для вимірювання відносної вологості повітря:

Психрометр - прилад, дія якого заснована на залежності температури рідини від вологості навколишнього повітря. Складається з сухого і вологого термометрів. Визначивши різницю показань термометрів, за допомогою психрометричної таблиці знаходять відносну вологість.

Гігрометр - прилад, дія якого заснована на залежності певних фізичних параметрів від вологості навколишнього середовища.

Дія волосного гігрометра заснована на властивості знежиреного волоса змінювати свою довжину при зміні вологості повітря, що дозволяє вимірювати відносну вологість від 30 до 100%. Волос натягують на металеву рамку. Зміна довжини волосся передається стрілці, що переміщається уздовж шкали.

Конденсаційний гігрометр визначає точку роси по температурі охолоджуваного металевого дзеркальця у момент появи на ньому слідів води (або льоду), що конденсується з навколишнього повітря.

Плавлення тіл - перехід речовини з кристалічного (твердого) стану в рідкий; відбувається з поглинанням теплоти.

Температура плавлення температура, при якій тверде кристалічне тіло переходить у рідкий стан; відбувається з поглинанням теплоти.

  Твердіння тіл - перехід речовини з рідкого стану в твердий; відбувається з виділенням теплоти.

Температура твердіння - температура, при якій рідина перетворюється на тверду речовину.

Температура плавлення дорівнює температурі твердіння.

Питома теплота плавлення - це скалярна фізична величина, чисельно рівна кількості теплоти Q, яка необхідна для перетворення 1 кг кристалічної речовини, взятої при температурі плавлення, в рідину тієї ж температури. Позначається λ, вимірюється в джоулях на кілограм (Дж / ​​кг).

Питома теплота згоряння палива - це кількість теплоти Q,

яка виділяється при повному згорянні 1 кг палива. Позначається q,

вимірюється в джоулях на кілограм (Дж / ​​кг).

Питома теплота плавлення - це скалярна фізична величина, яка чисельно дорівнює кількості теплоти Q, яка необхідна для перетворення 1 кг кристалічної речовини, взятої при температурі плавлення, в рідину тієї ж температури. Позначається λ, вимірюється в джоулях на кілограм (Дж / ​​кг).

Питома теплота згоряння палива - це кількість теплоти, яка виділяється при повному згорянні 1 кг палива. Позначається q, вимірюється в джоулях на кілограм (Дж / ​кг).

Рівняння теплового балансу Якщо між двома або кількома тілами, які входять до ізольованої системи, відбувається теплообмін, то кількість тепла, відданого усіма тілами, які остивають, дорівнює кількості тепла, отриманого усіма тілами які нагріваються.

Поверхневий натяг рідини — фізичне явище, суть якого в прагненні рідини скоротити площу своєї поверхні при незмінному об'ємі. Мінімальну поверхню серед тіл певного об'єму має куля. Тому за відсутності (або дуже малій) дії сил рідина набуває форми кулі.

Сила поверхневого натягу - це сила, що діє на молекули, які знаходяться на поверхні розділу, по дотичній до поверхні рідини. Позначається F_п.н., вимірюється в (Н).

Коефіцієнт поверхневого натягу дорівнює відношенню сили поверхневого натягу F_п.н до довжини лінії l, що обмежує поверхню розділу і вздовж якої вона діє по дотичній в кожній точці, перпендикулярно до будь-якого елемента лінії розділу середовищ. Позначається σ, вимірюється в (н /м).

Коефіцієнт поверхневого натягу залежить від:

- Роду речовини;

- Температури (зменшується з підвищенням температури і

  при критичній температурі звертається в нуль);

- Наявності домішок у рідині (домішки зменшують ко-коефіцієнт поверхневого натягу, виняток становлять сіль і цукор вони його збільшують.)