ОГЛАВЛЕНИЕ.

Лекция №1. Основные положения молекулярно – кинетической теории. Масса и размеры молекул. 2

Лекция № 2. Идеальный газ. Основное уравнение МКТ. 4

Лекция № 4. Уравнение Менделеева-Клапейрона. Общий газовый закон и его следствия. 9

Лекция № 5. Внутренняя энергия и способы её изменения. 11

Лекция № 6. Первый закон термодинамики и его применение к изопроцессам. Адиабатический процесс. 14

Лекция № 7. Принцип действия тепловой машины. Второй закон термодинамики. 17

Лекция № 8. Фазовые переходы. Испарение и насыщенный пар. 20

Лекция № 9. Влажность воздуха. Взаимодействие атмосферы и гидросферы. 23

Лекция № 10. Кипение жидкости. Критическое состояние вещества. 25

Лекция № 11. Свойства жидкостей. 28

Лекция № 12. Твёрдые тела. Виды кристаллических структур. 31

Лекция № 13. Электрический заряд. Закон кулона. 33

Лекция № 14. Электрическое поле. Напряжённость электрического поля. 36

Лекция № 15. Работа электрического поля при перемещении заряда. 38

Лекция № 16. Проводники и диэлектрики в электрическом поле. 41

Лекция № 17. Электроёмкость проводника. Конденсатор. 44

Лекция № 18. Способы соединения конденсаторов. Энергия электрического поля конденсатора. 46

Лекция № 19. Постоянный электрический ток. 47

Лекция № 20. Закон Ома для участка цепи. Сопротивление. 50

Лекция № 21. Способы соединения проводников. Работа и мощность тока. 52

Лекция №23. Ток в электролитах. Электролиз и его законы. 55

Лекция № 24 Электрический ток в газах. 58

Лекция №25. Ток в вакууме. Электровакуумные приборы. 61

Лекция № 26 Ток в полупроводниках. Примесная проводимость. 63

Лекция №27. Электронно-дырочный переход и его свойства”. 65

Лекция №1. Основные положения молекулярно – кинетической теории. Масса и размеры молекул. Основные положения мкт.

Вся молекулярная физика построена на предположении о том, что все вещества состоят из молекул. Вещества, с которыми мы встречаемся, отличаются чрезвычайным многообразием, поэтому и количество молекул очень велико. Молекулы в свою очередь состоят из атомов, число которых гораздо меньше и равно числу химических элементов. Молекулярная физика изучает физические свойства тел (газообразных, жидких, твёрдых), состоящих из большого числа молекул, а также процессы, обусловленные их тепловым движением и взаимодействием. Физические тела, состоящие из молекул или атомов, часто называют макроскопической системой. В основе молекулярной физики лежит молекулярно – кинетическая теория (сокращённо МКТ). Её основные положения могут быть сформулированы так:

1. Всякое вещество состоит из молекул, между которыми имеются промежутки. Размеры атомов и молекул составляют 10 ^-9 – 10 ^-10 м.¹

2. Все молекулы вещества непрерывно и хаотично движутся.

3. На небольших расстояниях (меньше 10^-9 м), меньших размера атома между молекулами действуют как силы притяжения, так и силы отталкивания. Природа этих сил электромагнитная. Она связана со строением атома, с существованием положительно заряженного ядра и отрицательно заряженных электронов, вращающихся вокруг ядра.

Рассмотрим явления, подтверждающие положения МКТ.

Первое положение подтверждается непосредственным наблюдением атомов и молекул с помощью электронных микроскопов. Наличие промежутков между молекулами доказывается сжимаемостью физических тел. Газы сжимаются в большей степени, а твёрдые тела в меньшей. Это говорит о том, что межмолекулярные промежутки у газов больше, а у жидкостей и твёрдых тел меньше.

Второе положение наиболее наглядно обнаруживается в явлениях диффузии и броуновского движения. Диффузия – это процесс выравнивания концентрации различных веществ в пространстве за счёт хаотического движения молекул. Если на поверхность воды осторожно налить окрашенный спирт, то через некоторое время вся жидкость станет равномерно окрашенной. Спирт легче воды, поэтому перемешивание жидкостей нельзя объяснить действием силы тяжести. Перемешивание жидкостей можно объяснить только хаотическим движением их молекул. Диффузия наблюдается не только в газах и в жидкостях, но и в твёрдых телах нагретых до температуры в несколько сот градусов. В 1827 г. английский ботаник Р. Броун, исследуя под микроскопом жидкие препараты, случайно обнаружил беспорядочные движения твёрдых частиц². Эти частицы находились в жидкости. Скорость их движения зависела от их размеров и температуры. С ростом температуры интенсивность движения возрастала. Причина броуновского движения кроется в столкновении молекул жидкости с твёрдыми частицами. В результате хаотичного движения молекул их удары о частицу оказываются нескомпенсированными: с разных сторон в частицу ударяется разное число молекул. Поэтому частица получает преимущественно то одно направление движения, то другое.

Третье положение отчётливо обнаруживается в свойстве твёрдых тел сохранять свою форму. Даже для небольшой деформации твёрдого тела необходимо затратить значительное усилие. Понятно, что растяжению тела препятствуют силы притяжения, а сжатию силы отталкивания между молекулами. Поднимание и опускание жидкости в капиллярах, стремление капель ртути принять шарообразную форму также является следствием межмолекулярного взаимодействия. Межмолекулярные силы действуют на очень малых расстояниях. Радиус действия межмолекулярных сил имеет порядок равный 10 ^-9 м (R_М=10 ^-9 м). Невозможно восстановить разломанное тело путём простого составления его частей по поверхностям излома потому, что расстояние между молекулами гораздо больше чем 10^-9 м. С другой стороны опыт показывает, что две тщательно отполированные стеклянные пластинки, приложенные одна к другой, слипаются настолько прочно, что для их разъединения требуется большое усилие.

Взаимодействие молекул в веществе носит довольно сложный характер, но рассмотрение этого взаимодействия позволяет нам понять, почему вещество может находиться в различных агрегатных состояниях. На рис. 1.2 А) показана примерная зависимость силы межмолекулярного взаимодействия F от расстояния между молекулами r. Пусть одна молекула находится в точке О, а другая в любой точке на оси r. Положительная сила соответствует отталкиванию молекул, отрицательная  притяжению молекул друг к другу. Расстояние r₀ отвечает устойчивому равновесному (ненапряженному) состоянию тела. При отклонении r от значения r₀ возникают силы, стремящиеся восстановить равновесное состояние. Из рисунка видно, что при смещении от значения r₀ в сторону больших r между молекулами возникает сила притяжения, сначала резко возрастающая по модулю до значения F_max,, a затем постепенно убывающая по мере увеличения r. При смещении от значения r₀ в сторону меньших r возникает сила отталкивания, очень быстро возрастающая при уменьшении r. Становится ясно, что вследствие теплового движения молекулы могут совершать малые колебания около равновесных положений, в процессе которых силы притяжения сменяются силами отталкивания и наоборот. Чтобы сжать жидкость (например, сдавить воду в цилиндре поршнем), нужно уменьшить средние расстояния между молекулами. При этом возникают все возрастающие силы отталкивания между молекулами. У жидкостей ничтожное уменьшение объема связано с очень большим увеличением внешнего давления. Эти рассуждения можно отнести также и к твердым телам.

На рисунке 1.2 Б) показана зависимость потенциальной энергии взаимодействия двух молекул Е от расстояния r между ними. По мере сближения двух молекул до расстояния r₀ из-за сил притяжения кинетическая энергия налетающей молекулы увеличивается, а потенциальная энергия взаимодействия становится минимальной Е_min. При дальнейшем сближении молекул (r<r₀) начинают действовать силы отталкивания, кинетическая энергия молекул уменьшается до нуля, а потенциальная энергия взаимодействия увеличивается. Далее молекулы начинают удаляться друг от друга. Если при обратном движении кинетическая энергия оказывается:

1. больше потенциального минимума Е_К > E_min,то молекулы расходятся на значительные расстояния и вещество будет находиться в газообразном состоянии;

2. равна потенциальному минимуму Е_К = E_min, то вещество, скорее всего, будет находиться в жидком состоянии;

3. меньше потенциального минимума Е_К < E_min, то молекулы не могут удалиться друг от друга и вещество находится в твёрдом состоянии.