Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
шпора из дома.doc
Скачиваний:
2
Добавлен:
06.08.2019
Размер:
160.77 Кб
Скачать

I вопрос Молекулярно-кинетическая теория вещества.

Основные положения МКТ. Молекулярная физика представляет собой раздел физики, изучающий строение и свойства вещества с точки зрения молекулярно-кинетических представлений. Основоположником молекулярно-кинетической теории (МКТ) является М.В. Ломоносов (1711-1765 г.г.), который сформулировал ее основные положения и применил их к объяснению различных явлений. Основные положения МКТ заключаются в следующем:

  1. все тела в природе состоят из мельчайших частиц (атомов и молекул). Наши органы чувств воспринимают их как сплошные или непрерывные;

  2. эти частицы находятся в непрерывном хаотическом движении;

  3. между частицами вещества существуют силы притяжения и отталкивания, зависящие от расстояния между частицами.

Наиболее яркими экспериментальными подтверждениями этих положений являются:

  • броуновское движение - хаотическое движение макрочастицы, происходящее в результате одновременного действия на нее большого количества микрочастиц);

  • диффузия - направленное движение частиц из области с большей концентрации в область с меньшей концентрацией);

  • стремление газов занять весь объем сосуда, в котором они находятся;

  • наличие определенной формы у твердых тел, обусловленное силами притяжения между атомами и молекулами.

Молекулы разных веществ по-разному взаимодействуют между собой. Взаимодействие зависит от типа молекул и расстояния между ними. Этим объясняется наличие различных агрегатных состояний веществ (жидкое, твердое, газообразное).

Предметом молекулярной физики является изучение свойств вещества, которые обусловлены тем, что они являются совокупностью огромного числа движущихся молекул. Грандиозность числа молекул делает не нужным рассмотрение каждой молекулы в отдельности. Возможно ограничиваться значением средних величин, характеризующих их движение: средних скоростей, средних энергий и т.д.

Термодинамические параметры состояния.

Термодинамика имеет дело с термодинамической системой – совокупностью микроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией как между собой, так и с другими телами (внешней средой). Примером может служить жидкость и находящийся в соприкосновении с ней пар или газ. В частности, система может состоять из одного твердого, жидкого или газообразного тела.

Состояние системы задается термодинамическими параметрами – совокупностью физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы. Обычно в качестве параметров состояния выбирают температуру, давление и удельный объем.

Температура T – физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы. Градирование идет в кельвинах (К) и градусах Цельсия (С).

Удельный объем  – объем единицы массы. Когда тело однородно, т.е. его плотность  = const, то v = V/m = 1/. Так как при постоянной массе удельный объем пропорционален общему объему, то макроскопические свойства однородного тела можно характеризовать объемом тела.

Все эти параметры связаны между собой. Эта связь называется уравнением состояния. Для нее справедливо уравнение Клапейрона: P1V1/T1 = P2V2/T2.

Параметры состояния не всегда имеют определенные значения для любой области системы. Например, у тела, подогреваемого с одной стороны и охлаждаемого с другой, температура в разных точках будет различной и телу, как целому, нельзя приписать определенное значение температуры. 

Состояние, в котором хотя бы один из параметров не имеет определенного значения при неизменных внешних воздействиях, называется неравновесным.

Состояние термодинамической системы будет равновесным, если все параметры состояния имеют равные значения для любых областей системы, не изменяющиеся с течением времени, т.е. сохраняющиеся бесконечно долго при неизменных внешних воздействиях.

Термодинамические системы, которые не могут обмениваться с внешней средой веществом, называются закрытыми. Термодинамические системы, которые не могут обмениваться с внешней средой ни энергией, ни веществом, называются изолированными.  Среди них выделяют замкнутые системы, для которых не возможет обмен энергией с внешней средой путем совершения работы и адиабатные системы, для которых невозможен теплообмен.

Если систему, находящуюся в неравновесном состоянии, изолировать от внешней среды, т.е. предоставить самой себе, то она перейдет в равновесное состояние. Такой переход называется процессом релаксации или просто релаксацией. Время, за которое первоначальное отклонение какой-либо величины от равновесного значения уменьшается в е (e = 2,718) раз, называется  временем релаксации. Для каждого параметра состояния время релаксации свое. Наибольшее из этих времен является временем релаксации системы.

Количественные характеристики атомов и молекул.

Атомная и молекулярная массы. Число Авогадро. Для характеристики масс атомов и молекул применяются величины, получившие название относительной массы атома и относительной молекулярной массы вещества.

Атомной массой А химического элемента называется отношение массы атома этого элемента к 1/12 массы атома углерода C612 (изотоп углерода с массовым числом 12).

А=Матома эл./mед, где mед = 1,66 10-27 кг - атомная единица массы (а.е.м.). 

Молекулярной массой М вещества называется отношение массы молекулы этого вещества к 1/12 массы атома углерода C612.

M=Mмолекулы/mед

Количество вещества, в котором содержится число частиц (атомов или молекул), равное числу атомов в 0,012 кг изотопа углерода C612, называется молем.

Массу одного моля называют молярной массой -  [кг/моль].

Число частиц, содержащееся в моле или киломоле вещества называется числом Авогадро.

NA= 6,0221023 моль-1 = 6,0221026 кмоль-1

На основе опытов с различными газами было установлено, что при одинаковых давлении и температуре один киломоль любого газа занимает одинаковый объем -  закон Авогадро. Значение этого объема при нормальных условиях (t = 0 С и р = 1,013 105 Па) составляет VA= 22,4 м3/кмоль.

Оценка массы и диаметра молекул. Оценим параметры молекулы воды. Предположим, что в воде молекулы располагаются вплотную друг к другу. Для расчета объема одной молекулы V0 разделим объем, занимаемый киломолем воды, на число молекул, содержащихся в нем, т.е. на число Авогадро.

V0 = V / NA; V =  /  (H2O) = 18 кг/кмоль;  = 103 кг/м3       V = 0,018 м3/кмоль.

Следовательно,  V0 = 0,018 / 6  1026 = 3  10-29 м3;

l0 =  3 10-10 м  3 Å - диаметр молекулы воды.

Масса молекулы воды равна отношению молярной массы к числу молекул, содержащихся в ней. Следовательно, (H2O) = (H2O)/NA =  3·10-26 кг.