2.1 Молекулярно-кінетична теорія речовини
Кінети́чна тео́рія або молекуля́рно-кінети́чна тео́рія — фізична теорія, що пояснює термодинамічні явища, виходячи з атомістських уявлень. Теорія постулює, щотепло є наслідком хаотичного руху надзвичайно великої кількості мікроскопічних частинок (атомів та молекул). Успішне пояснення багатьох законів термодинаміки, виходячи з положень кінетичної теорії, стало одним із факторів на шляху до підтвердження атомарної будови речовин у природі. В сучасній фізиці молекулярно-кінетична теорія розглядається як складова частина статистичної механіки.
Атомно-молекулярна будова речовини
Молекула складається з атомів, а якщо точніше, то з атомних ядер, оточених певним числом внутрішніх електронів, та зовнішніх валентних електронів, які утворюють хімічні зв'язки. Внутрішні електрони атомів, зазвичай, не беруть участі в утворенні хімічних зв'язків. Склад та будова молекул речовини не залежать від способу її отримання. У випадку одноатомних молекул (наприклад, інертних газів) поняття молекули й атома збігаються.
Статистичний та термодинамічний методи дослідження
Молекулярна фізика вивчає будову і властивості речовини, зважаючи на молеку-лярно-кінетичні уявлення про те, що всі тіла складаються з атомів і молекул, які перебувають у неперервному тепловому русі.
Термодинаміка – розділ фізики, що вивчає загальні властивості макроскопіч-них систем, що знаходяться в стані тер-модинамічної рівноваги, і процеси переходу між цими станами.
На основі термодинамічного методу вивчаються умови перетворення енергії з одного виду в інший і ті самі перетворення з кількісного боку.
Термодинамічна система – сукуп-ність макроскопічних тіл, які взаємодіють і обмінюються енергією як між собою, так і з іншими тілами.
Макроскопічні
стани та параметри
.
Термодинаміка вивчає процеси, які відбуваються в тілах, що перебувають у тепловій рівновазі з іншими тілами. Важливою характеристикою теплової рівноваги є температура. Рівняння стану пов'язує між собою такі характеристики тіл, як тиск, об'єм та температуру.
Рівняння стану ідеального газу
Рівня́ння ста́ну — співвідношення між тиском P, об'ємом V і температурою Т фізично однорідної системи, що перебуває в стані термодинамічної рівноваги. Рівняння стану одержують експериментально або визначають теоретично методами статистичної фізики, виходячи з молекулярно-кінетичних уявлень про будову даної речовини.
Розрізняють:
термічні рівняння стану, що їх описують співвідношенням f(P, V, Т) = 0 та
калоричні рівняння стану, в яких внутрішня енергія U залежить від двох із трьох параметрів P, V, Т.
Термічне рівняння стану дозволяє виразити тиск через об'єм і температуру P = P(V, T) і визначити елементарну роботу δA = PδV при нескінченно малому розширенні системи δV.
Зв'язок між двома типами рівнянь стану встановлюється з другого закону термодинаміки:
Це рівняння підтверджує те, що для ідеального газу внутрішня енергія не залежить від об'єму:
.
Кінетична енергія молекул, її розподіл по ступенях свободи
Закон
рівнорозподілу -
твердження класичної
фізики про
те, що в стані термодинамічної
рівноваги на
кожен ступінь
вільності молекули
припадає в середньому однакова енергія 
,
де 
- стала
Больцмана,
T -температура.
Одноатомний ідеальний газ складається з атомів, які мають три ступені вільності, пов'язані з поступальним рухом у трьох напрямках, тому за законом рівнорозподілу на кожен атом в середньому припадає енергія
.
Теплоємність одноатомного газу дорівнює, відповідно:
,
де N - кількість атомів.
Для твердого тіла при високих температурах справедливий закон Дюлонга-Пті, за яким
,
де N - кількість атомів. Це означає, що на кожен атом, який здійснює коливання навколо положення рівноваги, припадає 6 ступенів вільності, зв'язаних із коливальним рухом — три компоненти зміщення і три компоненти швидкості.