Бақылау сұрақтары

1. Инерция моменті деген не?

2. Айналмалы қозғалыс үшін кинетикалық энергияның формуласы.

3. Қозғалмайтын нүктеге қатысты күш моменті деген не? Күш

моментінің бағыты қалай анықталады?

4. Материалдық нүктенің, қатты дененің импульс моменті деген не?

5. Импульс моментінің сақталу заңын түсіндіріңіз.

5 –тақырып. МОЛЕКУЛАЛЫҚ ФИЗИКА МЕН

ТЕРМОДИНАМИКА

Негізгі анықтамалар мен ұғымдар

Авогадро саны 6,02×10²³ моль^-1 – заттардың 1 молін құрайтын атомдар (молекулалар немесе басқа құрылымдық бірліктер) саны.

Атом – химиялық элементтің қасиетін анықтайтын ең кішкентай бөлігі.

Зат мөлшері – затты құрайтын құрылымдық элементтердің санымен анықталатын физикалық шама.

Идеал газ моделі – газ молекулаларының меншікті көлемі елеусіз өте аз, яғни материалдық нүктелер; - арасында өзара әрекеттестік жоқ; - өзара және ыдыс қабырғаларымен соқтығысы абсолют серпімді.

Мольдік газ тұрақтысы R= 8.31 Дж/(моль×К) – қалыпты жағдайда 1моль идеал газдың температурасын 1 К-ге қыздыруға қажет энергияға тең.

Молекулалар концентрациясы–заттың бірлік көлеміндегі молекулалар саны:

Нақты газ – негізгі қасиеттері молекулааралық өзара әсерлесуге тәуелді, сәйкесінше потенциалдық энергиясы бар газ.

Термодинамика макроскопиялық жүйелердің термодинамикалық тепе-теңдік күйдегі жалпы қасиеттерін, күйаралық ауысу процестерін зерт-тейді. Термодинамика тәжірибелік екі бастамаға және Нернстің жылу-лық теориясына (термодинамиканың үшінші бастамасы) негізделген.

Температура – жүйенің термодинамикалық тепе-теңдік күйін сипаттай-тын және денелердің арасындағы жылу алмасуды анықтайтын шама.

Термодинамикалық жүйе (ТД) – өзара және сыртқы ортамен әрекеттесе-тін және энергия мен зат алмасатын макроскопиялық денелер жиыны.

Тұйық термодинамикалық жүйе – сыртқы ортамен энергия және зат алмасуы орындалмайтын жүйе.

Термодинамикалық параметрлер – жүйенің қасиеттерін сипаттайтын физикалық шамалар. Күй параметрлері ретінде температура, қысым және көлем (меншікті көлем) қарастырылады.

Термодинамикалық процесс – термодинамикалық жүйеде кем дегенде бір параметрдің өзгеруімен байланысты кез келген құбылыс.

Термодинамикалық тепе-теңдік – уақытқа қатысты термодинамикалық жүйенің күйі өзгермейтін жағдай.

Термодинамикалық температуралық шкала (Кельвин шкаласы) судың үштік нүктесіне қатысты бір реперлік нүктемен анықталады.

Температураның практикалық шкаласы (Цельсий шкаласы) екі реперлік нүктемен (1,01310⁵ Па қысымда судың қату температурасы 0⁰С және судың қайнау температурасы 100⁰С) анықталады.

Үштік нүкте – мұздың, судың және қаныққан будың 609 Па қысымда термодинамикалық тепе-теңдікте болатын температурасы. Кельвин шкаласы бойынша 273,16К.

Идеал газдың молекулалы-кинетикалық теориясы негіздері

Жүйенің күй параметрлері ішкі және сыртқы болып бөлінеді. Зертте-летін жүйеге қатысты сыртқы денелердің қасиеттері мен кеңістіктегі орнына тәуелді физикалық шамалар жүйенің сыртқы параметрлері деп аталады. Жүйенің құрамдас бөліктерінің координаттары мен жылдам-дықтарына тәуелді шамалар жүйенің ішкі параметрлері деп аталады.

Жүйенің кез келген параметрін тәуелсіз айнымалы параметрлермен байланыстыратын теңдеу күй теңдеуі деп аталады. Жүйеде p қысым,

V көлем, T температура арасындағы функциялық тәуелділік термиялық күй теңдеуі болып саналады:. Жүйеде шексіз жақын термо-динамикалық тепе-тең күйлер өте баяу ауысып отырса, процесті тепе-тең деп атайды. Клапейрон-Менделеев теңдеуі массасы m кез келген идеал газдың күйін сипаттайды: . (57)

Идеал газ күйінің теңдеуін молекулалар концентрациясы арқылы өрнектеуге болады:

Массасы тұрақты жүйеде қандай да бір күй параметрі өзгермей орын-далатын процесс изопроцесс деп аталады. Изопроцестердің теңдеулері Клапейрон-Менделеев теңдеуінің дербес жағдайлары болып табылады:

Изотермдік процесс үшін Бойль-Мариотт заңы	Изобарлық процесс үшін Гей-Люссак заңы	Изохорлық процесс үшін Гей-Люссак заңы (Шарль заңы)
()	()	()

Молекулалы-кинетикалық теорияда (МКТ) қолданылатын шарттар:

● Зерттелетін идеал газ – біратомды;

● Газ молекулалары еркін ретсіз қозғалады, қозғалыс кеңістіктің барлық бағытында тең ықтималды. Газдың ыдыс қабырғасына түсіретін қысымы барлық бағытта бірдей болады;

● Газ молекулаларының өзара соқтығысуы олардың ыдыс қабырғасына соғылысу санымен салыстырғанда өте аз, жалпы жағдайда ескерілмейді;

● Молекулалардың ыдыс қабырғасына соқтығысы – абсолют серпімді;

Молекулалы-кинетикалық теорияның негізгі (МКТ) теңдеуі :

(58)

Молекулалардың орташа квадраттық жылдамдығы:

. (59)

Идеал газдың бір молекуласының ілгерілемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясын МКТ негізгі теңдеуі арқылы анықтауға болады.

,

–берілген көлемдегі барлық молекуланың кинетикалық энергиясы. Осыдан, бір молекуланың орташа кинетикалық энергиясы:

, (60)

Термодинамикалық температура - идеал газ молекулаларының ілгерілемелі қозғалысының орташа кинетикалық энергиясының өлшемі.

Идеал газ молекулаларының жылдамдықтары және энергиялары бойынша таралуы туралы Максвелл заңы

Тұрақты температурада тепе-тең күйдегі газ молекулаларының орташа квадраттық жылдамдығы өзгермейді. Бұл молекулалардың жылдамдық бойынша стационарлық таралуының қалыптасатынын білдіреді және Дж. Максвелл шығарған нақты статистикалық заңмен сипатталады.

Максвелл таралуына қолданылатын алғышарттар:

- газ өлшемдері бірдей өте көп молекулалардан құралған;- газ темпера-турасы тұрақты;- газ молекулалары үнемі жылулық қозғалыста болады;

- қозғалыс кеңістіктің барлық бағытында тең ықтималды; - газ молекула-ларына күштік өрістер әсер етпейді.

Молекулалардың жылдамдықтар бойынша таралуы

Жылдамдықтың шексіз аз интервалына жылдамдықтарыжәнеаралығындағымолекулалар сәйкес келеді,таралу функциясы олардың салыстырмалы санын анықтайды:. Яғни, молекулалар жылдамдығыныңжәнеаралығында болу ықтималдығы-ға тең болады.

Дж.Максвелдің идеал газ молекулаларының жылдамдықтар бойынша таралу функциясы газдың табиғатына және температурасына тәуелді:

. (61)

функциясы үшін нормалау шарты: кез келген молекуланың қандай да бір жылдамдығы бар, сондықтан жылдамдықтардың мүмкін мәндеріне ие болатын молекулалардың барлық үлесінің қосындысы бірге тең:

.

Молекуланың ең ықтимал жылдамдығы: , орташа жылдамдығы:, орташа квадраттық жылдамдығы: .

Молекулалардың жылулық қозғалыс энергиясы бойынша таралуы

Шамасы шексіз аз интервалға энергиясыжәнеаралығын-дағымолекулалар саны сәйкес келеді. Молекулалардың жылулық қозғалыс энергиясы бойынша таралу функциясы:

(62)

Идеал газдың бір молекуласының орташа кинетикалық энергиясы:

. (63)