Статистична фізика

2.1

Основні положення молекулярно-кінетичіюї теорії.

Сучасним вченням про будову речовини є атомно-молекулярна теорія. Суть атомно-молекулярного вчення зводиться до таких основних положень.

1. Усі тіла складаються з атомів або певних з’єднань атомів – молекул.

2. Атоми і молекули в тілах перебувають у безперервному хаотич­ному русі. Рухами цих частинок зумовлюються явища дифузії, внутрішнього тертя, теплопровідності, тиску газу, броунівського руху.

Дифузія - це явищче самовільного проникнення однієї речовини в іншу. Дуже швидко дифундують гази. Внесена в кімнату дифундуюча речовина за короткий час відчувається в усіх куточках кімнати. Дещо повільніше дифундують рідини. Якщо в мензурку поверх мідного ку­поросу обережно налити воду. то через одну-дві доби за голубим забарвленням стовпчика води виявляємо дифузію мідного купоросу у воду. Дифундують також і тверді тіла. але дуже повільно.

Дифузія відбувається швидше з підвищенням температури. Отже з підвищенням тнмператури швидкість руху молекул збільшується.

3. Між молекулами речовини одночасно проявляються сили взаємного притягання (зчеплення) і сили взаємного відштовху­вання.

За своєю природою – це електромагнітні сили.

Основне рівняння мкт.

Р озглянемо газ у посудині за умови температурної рівноваги між газом і стінками посудини, зіткнення молекул з стінками вважати ідеально пружними.

Нехай газ міститься в посудині у вигляді куба, ребро якого дорівнює 1 м.

тиск газу чисельно дорівнює двом третинам кінетичної енергії поступального руху молекул одиниці об'єму газу. Такий статистичний результат дії молекул газу на стінки посудини. Якщо газ однорідний, тобто маси всіх молекул однакові, т₁=т₂=... =m, то вираз для тиску (6) можна записати так:

Ввівши у вираз (7) середню квадратичну швидкість молекул, , яка визначається із співвідношення

дістанемо

де n_o – кількість молекул в одиниці об’єму газу, - середня кінетична енергія поступального руху молекул. Цей вираз називають основним рівнянням кінетичної теорії газів.

Рівняння стану ідеального газу.

Ідеальним називають газ, рівняння стану якого має вигляд pV = νRT (1.7)

його називають рівнянням Клапейрона. Тут ν - кількість речовини, вимірюване числом молей, R - універсальна газова постійна: R = 8,314 Дж/(моль ∙ К)

Моль - це кількість речовини, що містить число рівне постійною Авогадро: N_A = 6,022  1023 моль^-1

Молю відповідає маса - молярна маса, - різна для різних газів. Ці маси приведені в періодичній системі елементів, де в кожного елементу перше число - порядковий номер, а друге - молярна маса в г/моль.

З молекулярної точки зору ідеальний газ складається з молекул, взаємодія між якими нехтує мало. Це властиво всім газам при достатньо великій розрядці.

2.2

Температура.

Це величина, що характеризує стан термодинамічної рівноваги макросистеми. Якщо при встановленні теплового контакту між тілами одне з тіл передає енергію іншому за допомогою теплопередачі, то вважають, що перше тіло має більшу температуру, ніж друге.

Будь-який метод вимірювання температури вимагає встановлення температурної шкали. Для цього використовують деякі особливі точки. За міжнародною угодою температурну шкалу будують по одній реперній точці, так званій тройній точці води (T_тр). В термодинамічній шкалі температур (шкалі Кельвіна) приймається по визначенню, що T_тр = 273,16 К.

При такому значенні T_тр інтервал між точками плавлення льоду і кипіння води практично рівний 100 кельвін, і температури цих точок рівні приблизно 273,15 і 373,15 К. Нагадаємо, 1 К = 1°С. Температура t за шкалою Цельсія пов'язана з температурою за шкалою Кельвіна рівністю t=T- 273,15.

Температуру Т = 0 називають абсолютним нулем, йому відповідає t = - 273,15°С.

Надалі (§ 1.5) ми з'ясуємо фізичне значення температури Т.

Температура - це одна з макроскопічних характеристик макросистеми. Вона не має сенсу для систем, що складаються з декількох молекул (втім, при певній домовленості умовно говорять про температуру навіть однієї частинки).