8.2 Внутренняя энергия молекул.

Молекулы сталкиваются друг с другом, изменяют скорость как по величине, так и по направлению. При этом происходит перераспределение их общей кинетической энергии. Состоящее из молекул тело рассматривается как система движущихся и взаимодействующих частиц. Такая система молекул обладает энергией, состоящей из потенциальной энергии взаимодействия частиц и из кинетической энергии движения частиц. Эту энергию и называют внутренней энергией тел. Количество внутренней энергии, передаваемой между телами при теплообмене, называется количеством теплоты (Джоуль, кал). Джоуль – СИ. Калория (кал) – есть изменения внутренней энергии 1г. Чистой воды при повышении ее температуры на 1 С в пределах от 19,5 до 20,5 С. 1 кал = 4,18 Дж. Атомы и молекулы находятся в непрерывном движении, которое называется тепловым. Основным свойством теплового движения является его бесперебойность (хаотичность).

Для количественной характеристики интенсивности теплового движения вводится понятие температуры тела. Чем интенсивнее тепловое движение молекул в теле, тем выше его температура. При соприкосновении двух тел энергия переходит от более нагретого тела к менее нагретому и в конце концов устанавливается состояние теплового равновесия.

С точки зрения молекулярно-кинетических представлений температура есть величина, характеризующая среднюю кинетическую энергию поступательного движения молекул или атомов. За единицу измерения температуры тепла принят градус. (Сотая часть разности между температурами кипения и замерзания чистой воды при атмосферном давлении). В физику введена абсолютная температурная шкала Кельвина. Градус Цельсия равен градусу Кельвина.

Шкала Цельсия 0 - 100 С

Шкала Фаренгейта 32 - 212 Ф.

Шкала Кельвина - 273 С – нулевая точка

При температуре - 273 С должно прекратиться поступательное движение молекул газа (абсолютный нуль), т. е. система (тело) обладает наименьшей возможной энергией.

Температура тел измеряется с помощью термометров (ртутные и спиртовые для низких температур, электротермометры - в медицине, термометры сопротивления и термопары).

Положение устойчивого равновесия соответствует минимуму их потенциальной энергии

Скорость движения молекул связана с температурой тела – чем больше скорость, тем больше температура. Это определяет внутреннюю энергию тела – совокупность кинетической энергии молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Таким образом, скорость движения молекул определяет тепловое состояние тела – его внутреннюю энергию. По мере увеличения интенсивности теплового движения среднее расстояние между молекулами возрастает, а силы сцепления уменьшаются, что соответствует переходу тела из твердого состояния в жидкое. При еще более интенсивном движении среднее расстояние между молекулами может превысить силы молекулярного взаимодействия (1,*10^-9м) и тело перейдет в газообразное состояние. То есть от интенсивности теплового движения молекул зависит агрегатное состояние вещества.

Статистический метод исследования применим как для идеального и реального газов, так и для жидкостей.

Для идеализацированной модели идеального газа характерно:

1. Собственный объем молекул пренебрежимо мал;

2. Между молекулами отсутствуют силы взаимодействия;

3. Столкновения между молекулами абсолютно упругие.

Различные соединения твердых тел (сварка, спайка, склеивание) основаны на действии сил сцепления.

Хаотичное движение молекул подтверждается различными экспериментами.

На основе молекулярно-кинетической теории можно объяснить многие свойства тел: теплопроводность, внутреннее трение, диффузию и другие.

За единицу измерения количества вещества в СИ принят один моль (киломоль).

Моль – количество вещества, масса которого в граммах равна его относительной молекулярной массе.(относительная молекулярная масса – отношение массы данной молекулы к 1/12 массы изотопа атома углерода ¹²С).

В одном моле содержится N_A = 6,02252•10²³ молекул. Это число Авогадро.

Как отмечалось тепловое состояние определяется интенсивностью хаотичного движения молекул и характеризуется температурой тела.

Для измерения температуры применяют термометры – жидкостные и электрические.

В жидкостном термометре температуру определяют по объему жидкости. Крайние ее положения в капилляре соответствуют точке таяния льда и точке кипения воды. Это расстояние разделено на 100 частей, одна из которых принята за 1⁰С, что соответствует 1 кельвину.Количество теплоты выражается в единицах энергии

, (79)

где с - удельная теплоемкость.

.

В электрических термометрах используется зависимость сопротивления проводника или полупроводника от температуры, а также термоэлектрические явления.