2.Молекулярная физика и термодинамика.

2.1.Основы молекулярно-кинетической теории.

Основные положения МКТ и их опытное обоснование.

1)Все вещества состоят из мельчайших частиц- молекул.

2)Молекулы находятся в беспрерывном хаотическом движении.

3)Между молекулами существуют силы взаимодействия- притяжения и отталкивания.

4)Молекулы любого вещества разделены промежутками.

Молекула- мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами.

Броуновское движение.

В 1827 г. английский ботаник Броун заметил движение пылинок в капле воды.

Масса и размер молекул.

Относительная молекулярная масса- число, показывающее во сколько раз масса молекулы данного вещества больше 1/12 массы молекулы углерода (1,66 10^-27). Количество вещества- физическая величина, пропорциональная числу структурных элементов системы. Молярная масса- масса вещества, взятого в количестве 1 моль. М=m₀N_А. n=m/M, n=N/N_A, N=N_Am/M

Моль вещества.

Моль- количество вещества, масса которого в граммах равна молекулярной массе. Число Лошмидта показывает сколько молекул при нормальных условиях находится в единице объема. Оно равно 2,7 10²⁵ м^-3.

Постоянная Авогадро.

N_А=6,02 10²³ моль^-1- число Авогадро. Оно показывает, какое число молекул содержится в моле. Опытным путем было доказано, что в моле любого вещества содержится одно и то же число молекул.

Характер движения молекул в газах, жидкостях и твердых телах.

В газах при нормальном атмосферном давлении молекула двигалась бы прямолинейно, если бы не было других молекул. В реалии это не так, поэтому направление и скорость молекул беспрерывно меняются. В жидкостях молекулы расположены практически вплотную друг к другу, и поэтому их движение напоминает «топтание на месте» в окружении тех же соседей. В твердых телах каждая молекула совершает колебательное движение около своего положения равновесия, причем направление, вдоль которого совершаются эти колебания, и их амплитуда беспрерывно меняются.

Тепловое равновесие.

Тепловое равновесие- состояние физической системы, при котором все ее компоненты имеют одинаковую температуру.

Температура и ее физический смысл.

Температура- важнейший микропараметр системы.

Свойства: 1)характеризует внутреннее состояние тела, 2)температура тел, находящихся в тепловом контакте выравнивается.

Термодинамическое равновесие- такое состояние, при котором все макропараметры остаются неизменными сколько угодно долго.

Измерение температуры:

1. тело необходимо привести в тепловой контакт с термометром;

2. масса термометра должна быть значительно меньше массы тела;

3. показания термометра следует отсчитывать после наступления теплового равновесия.

Физический смысл температуры: температура- мера средней кинетической энергии молекул (мера интенсивности движения молекул).

Шкала температур Цельсия.

Шкала Цельсия измеряет температуру, опираясь на температуру таяния льда при нормальном давлении и температуру кипения воды при том же давлении.

Идеальный газ.

1)Молекула не имеет собственного объема, то есть представляет собой материальную точку.

2)Время столкновения молекул друг с другом значительно меньше, чем время между двумя столкновениями.

3)взаимодействие молекул газа происходит только при столкновениях, которые являются упругими.

4)Межмолекулярные силы взаимодействия отсутствуют.

Основное уравнение МКТ идеального газа.

F=ma=m(v-v₀)/t Þ Ft=mDv

FDt=Dmv- закон импульса

FDt=D(m₀v_X)=v_Xm₀-(-v_Xm₀)=2m₀v_X, Dt=2L/v_X Þ F=m₀v_x²/L, F=Nm₀v²/3L, P=1/3nm₀v²

Это уравнение называется уравнение Клаузиса. Следствия: 1)P=1/3rv², 2)P=2/3E_kn.

Средняя кинетическая энергия молекул и температура.

Температура, выраженная в шкале Кельвина, пропорциональна средней кинетической энергии молекул P/n=const. P/n=2/3E_K. P/n=kT. 2/3E_K=kT, E_K=3/2kT. k=R/N_A. k- константа Больцмана.

Постоянная Больцмана.

k=R/N_A- константа Больцмана. k=1,38 10^-23Дж/К Она связывает температуру в энергетических единицах с температурой в Кельвинах. Физический смысл температуры: температура- мера средней кинетической энергии поступательного движения молекул.

P=2/3E_Kn=2/3*3/2kT=nkT- закон Авогадро.

Абсолютная температурная шкала.

В системе «си» принята так называемая термодинамическая шкала - шкала Кельвина. По ней за 0 принимается температура, при которой прекращается тепловое движение молекул. 0^оС=273 К.

Уравнение Клапейрона- Менделеева (уравнение состояния идеального газа)

Это уравнение, связывающее макропараметры между собой.

P=nkT=kTN/V

PV/T=kmN_A/M=kN_Am/M

Универсальная газовая постоянная.

kN_A- универсальная газовая постоянная R. R=8,31 Дж/Кмоль.

PV/T=Rm/M=Rn

R численно равна работе против внешних сил, которую совершает при изобарном расширении 1 моль идеального газа при нагревании на 1 К.

Изотермический, изохорический, изобарный процессы.

Еще до создания МКТ идеального газа его свойства изучались:

изотермический закон (Бойля- Мариотта): Т=const Þ PV=const

изохорический закон (Шарля): V=const Þ P/Т=const

изобарический закон (Гей Люссака): P=const Þ V/Т=const