Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Физика. В 2 частях. Ч.2. Молекулярная физика. Термодинамика. Электродинамика. Учебное пособие
.pdf
Е. А. Бондарь, О. В. Стадник
Ф и з и к а
Часть 2
Молекулярная физика.Термодинамика
Электродинамика
Учебное пособие
Белгород
2022
2
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Белгородский государственный технологический университет
им. В. Г. Шухова
Е. А. Бондарь, О. В. Стадник
Ф и з и к а
Часть 2
Молекулярная физика.Термодинамика
Электродинамика
Утверждено учёным советом университета
в качестве учебного пособия для слушателей
подготовительных факультетов для иностранных граждан
Белгород
2022
3
Б81
Бондарь, Е. А.
Физика: в 2 ч. Часть 2. Молекулярная физика. Термодинамика.
Электродинамика: учебное пособие / Е. А. Бондарь,
О. В. Стадник – Белгород: Изд-во БГТУ, 2022. – 90 с.
УДК 539.19(07)+536(07)
ББК 22.317я7+22.36я7
Б81
Рецензенты:
Кандидат физико-математических наук, доцент Белгородского государственного
технологического университета им. В. Г. Шухова Ю. С. Некрасова
Доктор педагогических наук, профессор Белгородского государственного
национального исследовательского университета
(НИУ «БелГУ») Т. В. Самосенкова
ISBN 978-5-361-00966-4(ч.2)
ISBN 978-5-361-00964-0
Учебное пособие «Физика. Часть 2. Молекулярная физика. Термодинамика.
Электродинамика» является продолжением учебного пособия «Физика. Часть 1.
Механика», изданного в 2022 г.
В части 2 пособия содержится необходимый объём учебной информации,
обеспечивающий усвоение основ курса физики (Молекулярная физика.
Термодинамика. Электродинамика) на русском языке и углубление знаний в
области тех явлений и законов физики, которые необходимы иностранным
студентам при обучении на первом курсе в вузах Российской Федерации по
инженерно-техническому и естественно-научному профилям.
Для обеспечения доступности усвоения учебный материал адаптирован в
соответствии с программой по русскому языку для иностранных студентов.
Учебное пособие содержит большое количество рисунков, графиков, что
делает изложение материала доступным и наглядным.
Публикуется в авторской редакции.
УДК 539.19(07)+536(07)
ББК 22.317я7+22.36я7
ISBN 978-5-361-00966-4(ч.2)
ISBN 978-5-361-00964-0 ©Белгородский государственный
технологический университет
(БГТУ) им. В. Г. Шухова, 2022
4
Введение
Структура и содержание учебного пособия соответствует
программе по физике для подготовительных факультетов вузов, в
которой конкретизация целей и задач преподавания представлена на
основе учёта специфических особенностей системы обучения
иностранных студентов, преемственности в обучении на
подготовительных факультетах и первых курсах высших учебных
заведений.
В пособии содержится необходимый объём информации,
обеспечивающий усвоение основ курса физики (Молекулярная
физика. Термодинамика. Электродинамика) на русском языке и
углубление знаний в области тех явлений и законов, которые
необходимы иностранным студентам при обучении на первом курсе в
вузах Российской Федерации.
Учебное пособие является продолжением первой части
«Механика» и адаптировано в соответствии с программой по
русскому языку для иностранных студентов.
5
РА ЗДЕ Л 1. МОЛ ЕКУЛЯ РНА Я ФИЗИК А .
ТЕРМО ДИ НАМИК А
Молекулярная физика и термодинамика изучают поведение
качественно нового материального объекта: системы, состоящей из
большого числа частиц (молекул и атомов), новую, присущую именно
этому объекту форму движения (тепловую) и соответствующий ей вид
энергии (внутреннюю), закономерности тепловых явлений или
тепловой формы движения материи.
Молекулярная физика – это раздел физики, изучающий
физические свойства тел в различных агрегатных состояниях на
основе рассмотрения их молекулярного строения, взаимодействия и
движения большого количества частиц. Молекулярная физика
рассматривает связь между экспериментально измеренными
макроскопическими величинами (давление, объём, температура и т.д.)
и микроскопическими характеристиками частиц, входящих в состав
системы (масса, импульс, энергия и т.д.).
Термодинамика – это раздел физики, изучающий условия
превращения различных видов энергии в тепловую и обратно, а также
количественные соотношения, наблюдаемые при этом.
ГЛАВА 1. МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА
§ 1. Основные положения молекулярно-кинетической теории
Молекулярно-кинетической теорией (МКТ) называется научная
теорию, которая объясняет тепловые явления, физические свойства
тела и веществ в различных агрегатных состояниях на основе их
молекулярного взаимодействия и движения частиц.
В основе МКТ лежат три основных положения:
1. Все вещества (жидкие, твёрдые, газообразные) имеют
дискретное строение, т.е. состоят из мельчайших частиц (молекул,
атомов, ионов), разделённых промежутками.
6
Строение атома напоминает
структуру Солнечной системы.
Например, строение атома водорода
показано на рис. 1.
Молекула – это наименьшая устойчивая частица вещества,
которая обладает его основными химическими и физическими
свойствами. Например, наименьшая частица воды – это молекула
воды.
Молекулы разных веществ имеют разные размеры. Например,
размер молекулы водорода равен 3
примерно (
молекулы воды 3
10-7 м. Масса молекул очень маленькая, так масса
)
-26
10
кг.
-10
10
м, а размер молекулы белка
Молекулы состоят из атомов. Например, молекула воды (H2O)
состоит из трёх атомов – одного атома кислорода и двух атомов
водорода. Молекула водорода (H2) состоит из двух атомов водорода.
Молекула может состоять из нескольких атомов одинаковых или
различных химических элементов.
Атом – наименьшая частица вещества, которая не делится при
химических реакциях. Атом имеет сложную структуру, состоит из
ядра и вращающихся вокруг ядра электронов. Ядро состоит из
нуклонов – протонов и нейтронов.
Рис. 1
Молекулы и атомы представляют собой электрически
нейтральные частицы. При определённых условиях молекулы и атомы
приобретают дополнительный электрический заряд и превращаются в
положительные или отрицательные ионы. Ион – одноатомная или
многоатомная электрически заряженная частица, образующаяся в
результате потери или присоединения атомом в составе молекулы
7
C
12
6
C
12
6
c
m
12
6
12
1
C
12
6
12
1
c
m
12
6
27
1066,1
23
1002,6
23
1002,6
одного или нескольких электронов. Положительно заряженные ионы
называются катионами, отрицательно заряженные – анионами.
Массу атомов и молекул принято измерять в атомных единицах
массы. Атомная единица массы (а. е. м.) – средняя масса нуклона в
атоме углерода
поэтому
= 12 а. е. м.. Значит, атомная единица массы равна
массы атома углерода
. В ядре атома
: 1 а. е. м =
содержится 12 нуклонов,
1,66·10
-27
кг.
Масса любого атома может быть выражена в атомных единицах
массы или в килограммах:
ma = Ar а. е. м. = A
r
кг,
где Ar – относительная атомная масса.
Относительной атомной массой называется число атомных
единиц массы, содержащихся в массе данного атома. Является
безразмерной величиной. Относительные атомные массы всех
химических элементов указаны в Периодической системе химических
элементов. Запись значения относительных атомных масс химических
элементов должна выглядеть следующим образом: Ar(H) = 1;
Ar(O) = 16; Ar(Fe) = 56 и т.д. Масса молекулы складывается из суммы
масс атомов, составляющих эту молекулу.
Количеством вещества
(«ню») называется физическая
величина, определяемая числом специфических структурных
элементов – молекул, атомов или ионов. Масса не является мерой
количества вещества. Единицей количества вещества является моль.
Моль – это количество однородного вещества, которое содержит
столько же частиц (атомов, молекул или ионов), сколько содержится
атомов в углероде массой 12 г.
В одном моле любого вещества содержится
частиц
(молекул, атомов или ионов). Число NA =
моль-1 названо
8
A
N
N
OH
2
M
m
постоянной Авогадро. Число частиц данного вещества N и количество
вещества связаны соотношением:
.
Масса одного моля вещества называется молярной массой
вещества (M).
Молярную массу можно найти, умножив относительную атомную
массу на 10-3, и в системе СИ получают кг/моль. Например, молярная
масса воды
= (2 + 16)·10-3 кг/моль = 18·10-3 кг/моль.
Молярная масса вещества равна отношению массы вещества m к
соответствующему количеству вещества : M =
.
2. Частицы всех веществ находятся в непрерывном
хаотическом (беспорядочном) движении.
Непрерывное и хаотическое движение частиц вещества называется
тепловым движением. Вид теплового движения (поступательное,
колебательное, вращательное) частиц зависит от характера их
взаимодействия. Так, движение молекул твёрдых тел ограничено, они
совершают колебательное движение относительно положения
равновесия. В газах молекулы движутся прямолинейно равномерно
(движение по инерции) и изменяют направление движения только при
столкновении с другой молекулой или со стенкой сосуда,
перемещаясь по всему объёму, занятому газом. Тепловое движение
молекул в жидкостях является менее свободным, чем в газах, но более
свободным, чем в твёрдых телах, и соединяет беспорядочное
поступательное движение молекул с беспорядочным колебательным
движением около положения равновесия.
Интенсивность теплового движения зависит от температуры тела.
Чем выше температура, тем быстрее движутся молекулы.
Движение молекул подтверждается явлением диффузии и
броуновским движением.
9
Беспорядочное движение мелких твёрдых
частиц в жидкости или газе – это результат
случайных ударов молекул жидкости или газа
по этим частицам (рис. 2).
Броуновское движение было открыто
английским ботаником Р. Броуном в 1827 г.
Диффузией называется явление взаимного проникновения частиц
одного вещества в промежутки между частицами другого вещества
вследствие их теплового движения. Например, распространение
запаха, растворы разных веществ.
Диффузия имеет место для любого агрегатного состояния
вещества. При одинаковой температуре диффузия быстрее протекает
в газах, чем в жидкостях и твёрдых телах, так как молекулы газа более
подвижны и промежутки между молекулами больше.
Скорость диффузии во всех агрегатных состояниях вещества
зависит от температуры.
Броуновское движение – это тепловое движение мельчайших
твёрдых частиц вещества, взвешенных в жидкости или газе.
Взвешенные частицы – это частицы, плотность вещества
которых сравнима с плотностью среды, в которой они находятся.
Такие частицы находятся в равновесии, и малейшее внешнее
воздействие на них приводит к их движению.
Рис. 2
3. Между частицами любого вещества существуют силы
взаимодействия – силы притяжения и отталкивания.
Доказательством того, что частицы взаимодействуют друг с
другом является, например, сохранение формы твёрдых тел, наличие
промежутков между молекулами, упругость тел, сохранение объёма
жидкостями.
10
Задания
Выучите новые слова и словосочетания:
атом
ион
молекула
моль
диффузия
количество вещества
постоянная Авогадро
молярная масса
молекулярно-кинетическая теория
хаотическое движение
броуновское движение
??? Ответьте на вопросы.
1. Что называется молекулярно-кинетической теорией?
2. Назовите три основных положения МКТ.
3. Что называют количеством вещества?
4. Что называется молем?
5. Что называется молярной массой?
6. Как найти молярную массу вещества?
7. Что такое диффузия?
8. Что такое молекула? Атом? Ион?
9. Как зависит скорость диффузии от температуры?
10. Что такое броуновское движение?
Упражнение 1. Решите задачи.
1. Сколько молекул содержит 1 м3 воды (H2O)?
2. Вычислить массу железа (Fe), взятого количеством вещества
0,5 моль.
3. Вычислить массу 12,04·1023 молекул оксида кальция (CaО).
4. Сколько молекул содержится в углекислом газе (СO2) массой
1 г?
5. Определить количество вещества ν и число N молекул азота
массой 0,2 кг.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]