Российский университет дружбы народов

В.А. Туриков

Конспект лекций по молекулярной физике для специальностей «физика» и «радиофизика и электроника» Москва 2006

Лекция 1. Эмпирические законы идеальных газов.

Термодинамические параметры (параметры состояния): - давление, - объем, - температура.

Температура – мера нагретости тела. Для измерения температуры используют различные свойства тел при нагревании. Например, в ртутном термометре используется свойство ртути расширяться при нагревании. Другой метод измерения температуры, термопара, основан на явлении возникновения термоэлектродвижущей силы в цепи из двух различных спаянных проводников, концы которых находятся при различной температуре. Существует множество других методов измерения температуры.

Шкала температур определяется заданием двух основных температурных точек (реперные точки). В шкале Цельсия такими точками являются температура плавления льда (0⁰ С) и температура кипения воды (100⁰ С) при нормальном атмосферном давлении. Абсолютная шкала температур (шкала Кельвина) связана со шкалой Цельсия соотношением . Физический смысл абсолютной шкалы температур будет рассмотрен далее.

За единицу давления в системе СИ принимается 1 паскаль (Па), равный давлению, при котором на 1 м² поверхности нормально к ней действует сила в 1 ньютон. Используется также внесистемная единица измерения – 1 атмосфера (атм), равная давлению столба ртути высотой 760 мм (1 атм = 101325 Па). Часто давление измеряется просто в мм ртутного столба. При низких давлениях используют единицу 1 тор, равную 1 мм ртутного столба.

Идеальным газом будем называть газ, строго подчиняющийся эмпирическим законам Бойля-Мариотта, Шарля и Гей-Люссака. С молекулярно-кинетической точки зрения в таком газе можно пренебречь энергией взаимодействия молекул по сравнению с кинетической энергией их теплового движения. Эмпирические законы идеальных газов описывают изопроцессы, в которых один из трех термодинамических параметров остается постоянным. Во всех этих законах масса газа считается неизменной.

1. Изотермический процесс ().

(закон Бойля-Мариотта).

2. Изохорический процесс ().

(закон Шарля).

Здесь - давление газа при , град^–1.

3. Изобарический процесс ().

(закон Гей-Люссака),

- объем газа при .

Два последних закона можно записать в другом виде. Например, из закона Шарля следует

.

Отсюда становится понятным возникновение слагаемого 273,15 в определении абсолютной температуры. Таким образом законы Шарля и Гей-Люссака принимают вид

, .

Можно объединить эти три закона и записать их в виде уравнения Клапейрона

при постоянной массе газа.

Относительная молекулярная масса вещества

,

где - масса молекулы данного вещества, - масса атома изотопа углерода .

1 моль – количество вещества, масса которого выраженная в граммах численно равна его относительной молекулярной массе.