Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

11.08.2015

Тема 5. «Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії».

Речовина може перебувати в трьох агрегатних станах: твердому, рідкому і газоподібному. Молекулярна фізика — розділ фізики, в якому вивчаються фізичні властивості тіл у різних агрегатних станах на основі їх молекулярної будови.

Теплове рух — безладне (хаотичне) рух атомів або молекул речовини.

ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ

Молекулярно-кінетична теорія — теорія, що пояснює теплові явища в макроскопічних тілах і властивості цих тіл на основі їх молекулярної будови.

Основні положення молекулярно-кінетичної теорії:

  1. речовина складається з частинок — молекул і атомів, розділених проміжками,
  2. ці частинки хаотично рухаються,
  3. частинки взаємодіють один з одним.

МАСА І РОЗМІРИ МОЛЕКУЛ

Маси молекул і атомів дуже малі. Наприклад, маса однієї молекули водню дорівнює приблизно 3,34*10 -27 кг, кисню — 5,32*10 -26 кг. Маса одного атома вуглецю m0C =1,995*10 -26 кг

Відносної молекулярної (або атомної) масою речовини Mr називають відношення маси молекули (або атома) даної речовини до 1/12 маси атома вуглецю:(атомна одиниця маси).

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Кількість речовини — це відношення числа молекул N в даному тілі до числа атомів у 0,012 кг вуглецю NA :

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Моль — кількість речовини, що містить стільки молекул, скільки міститься атомів у 0,012 кг вуглецю.

Число молекул або атомів в 1 молі речовини називаютьпостійної Авогадро:

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Молярна маса — маса 1 моля речовини:

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Молярна і відносна молекулярна маси речовини пов’язані співвідношенням: М = Mr *10 -3 кг/моль.

ШВИДКІСТЬ РУХУ МОЛЕКУЛ

Незважаючи на безладний характер руху молекул, їх розподіл по швидкостям носить характер певної закономірності, яка називається розподілом Максвелла.

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Графік, що характеризує цей розподіл, називають кривою розподілу Максвелла. Вона показує, що в системі молекул при даній температурі є дуже швидкі й дуже повільні, але більша частина молекул рухається з певною швидкістю, яка називається найбільш вірогідною. При підвищенні температури ця найбільш ймовірна швидкість збільшується.

ІДЕАЛЬНИЙ ГАЗ В МОЛЕКУЛЯРНО-КІНЕТИЧНОЇ ТЕОРІЇ

Ідеальний газ — це спрощена модель газу, в якій:

  1. молекули газу вважаються матеріальними точками,
  2. молекули не взаємодіють між собою,
  3. молекули, соударяясь з перешкодами, відчувають пружні взаємодії.

Іншими словами, рух окремих молекул ідеального газу підкоряється законам механіки. Реальні гази поводяться подібно ідеальним при досить великих разрежениях, коли відстані між молекулами у багато разів більше їх розмірів.

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії можна записати у вигляді

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Швидкість Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.
називають середньою квадратичною швидкістю.

ТЕМПЕРАТУРА

Будь-яке макроскопічне тіло або група макроскопічних тіл називається термодинамічною системою.

Теплове або термодинамічна рівновага — такий стан термодинамічної системи, при якому всі її макроскопічні параметри залишаються незмінними: не змінюються об’єм, тиск, не відбувається теплообмін, відсутні переходи з одного агрегатного стану в інший і т. д. При незмінних зовнішніх умовах будь-яка термодинамічна система мимовільно переходить в стан теплової рівноваги.

Температура — фізична величина, що характеризує стан теплової рівноваги системи тел: всі тіла системи, що знаходяться один з одним в тепловому рівновазі, мають одну і ту ж температуру.

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Абсолютний нуль температури — гранична температура, при якій тиск ідеального газу при постійному обсязі має бути одно нулю або повинен бути дорівнює нулю об’єм ідеального газу при постійному тиску. а М — молярна маса газу. За визначенням, концентрація молекул газу: n = N/V. де N -число молекул.

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Підставимо це вираження в основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії:

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Величину R називають універсальною газовою сталою, а рівняння, записане у вигляді

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

називають рівнянням стану ідеального газу або рівнянням Менделєєва-Клапейрона. Нормальні умови — тиск газу дорівнює атмосферному (р = 101,325 кПа) при температурі танення льоду (Т = 273,15 ).

1. Ізотермічний процес

Процес зміни стану термодинамічної системи при постійній температурі називаютьізотермічним.

Якщо Т =const, то

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Закон Бойля-Маріотта

Для даної маси газу добуток тиску газу на його об’єм постійно, якщо температура газу не змінюється: p1 V1 =p2 V2 Т = const

Графік процесу, що відбувається при постійній температурі, називається ізотермою.

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

2. Ізобарний процес

Процес зміни стану термодинамічної системи при постійному тиску називають изобарным.

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Закон Гей-Люссака

Об’єм даної маси газу при постійному тиску прямо пропорційний абсолютній температурі:

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Якщо газ, маючи обсяг V0 знаходиться при нормальних умовах: Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.
а потім при постійному тиску переходить в стан з температурою Т і об’ємом V, то можна записати

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Позначивши

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

отримаємоV=V0 Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.
T

Коефіцієнт Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.
називають температурним коефіцієнтом об’ємного розширення газів. Графік процесу, що відбувається при постійному тиску, називається ізобарою .

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

3.Ізохорний процес

Процес зміни стану термодинамічної системи при постійному обсязі називають изохорным. ЯкщоV = const. то

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Закон Шарля

Тиск даної маси газу при постійному обсязі прямо пропорційно абсолютній температурі:

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Якщо газ, маючи обсяг V0 ,знаходиться при нормальних умовах:

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

а потім, зберігаючи обсяг, переходить у стан з температурою Т і тиском р. то можна записати

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Графік процесу, що відбувається при постійному обсязі, називається изохорой .

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Приклад. Яке тиск стисненого повітря, що знаходиться в балоні місткістю 20 л при 12°С, якщо маса цього повітря 2 кг?

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

З рівняння стану ідеального газу

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

визначимо величину тиску:

Тема 5. Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії.

Відповідь: тиск стисненого повітря дорівнює 8,2 *10 6 Па.

Рекомендації до теми

У роботі 2 представлені теми «Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії» і » Основи термодинаміки», які вивчають одне і те ж явище з різних точок зору. Молекулярно-кінетична теорія вивчає явища з точки зору мікропараметрів (маси молекули, швидкості молекули), а термодинаміка вивчає теплові явища з точки зору макропараметрів (тиску, температури, об’єму).

Не забувайте грамотно визначати молярную масу газу, не плутаючи її з відносною. Зверніть увагу, що гази, як правило, двоатомні молекули (О2, Cl2, N2), отже, при розрахунках маса молекули газу збільшується в 2 рази.

При розрахунках не забувайте переводити температури з оС (за шкалою Цельсія) температуру До (по школі Кельвіна), так як в формулах використовується температура за шкалою Кельвіна, а умови в шкільних завданнях, як правило, задаються за Цельсієм.

Забувши перевести температуру з однієї шкали в іншу, Ви ризикуєте не отримати відповіді на завдання.

Короткий опис статті: кінетична енергія Урок по темі Тема 5. «Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії».. Теоретичні матеріали Середня школа, Фізика, Архів

Джерело: Тема 5. «Молекулярна фізика. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії».. Фізика, Архів

Також ви можете прочитати