ОСНОВЫ МОЛЕКУЛЯРНОЙ ФИЗИКИ И ТЕРМОДИНАМИКИ.

Статистические и термодинамические методы, опытные законы идеальных газов.

Молекулярная физика и термодинамика – это разделы физики, в которых изучаются макроскопические процессы в телах, связанные с огромным числом содержащихся в них атомов и молекул. Для исследования этих процессов применяют два количественно различных и взаимно дополняющих друг друга метода – статистический и термодинамический.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Молекулярная физика – это раздел физики, изучающий строение и свойства вещества исходя из молекулярно-кинетических представлений, основывающихся на том, что все тела состоят из молекул, находящихся в непрерывном хаотическом движении.

Процессы, изучаемые молекулярной физикой, являются результатом совокупного действия огромного числа молекул. Законы поведения огромного числа молекул, являясь статистическими закономерностями, изучаются с помощью статистического метода. Этот метод основан на том, что свойства макроскопической системы, в конечном счете, определяются свойствами частиц системы, особенностями их движения и усредненными значениями динамических характеристик этих частиц.

Например, температура тела определяется скоростью движения его молекул, но так как в любой момент времени различные молекулы имеют различные скорости, то температура может быть выражена через усредненное значение скорости движения молекул.

Таким, образом, макроскопические характеристики имеют физический смысл только в случае большого числа молекул.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Термодинамика – это раздел физики, изучающий общие свойства макроскопических систем, находящихся в состоянии термодинамического равновесия, и процессы перехода между этими состояниями.

Термодинамика не рассматривает микропроцессы, которые лежат в основе этих превращений – этим термодинамический метод отличается от статистического. Термодинамический метод несколько ограничен, т.к. термодинамика ничего не говорит о микроскопическом строении вещества, о механизме явлений, а лишь устанавливает связи между макроскопическими свойствами вещества.

Молекулярно-кинетическая теория (МКТ) и термодинамика взаимно дополняют друг друга, образуя единое целое, но отличаясь различными методами исследования. Термодинамика имеет дело с термодинамической системой – это совокупность макроскопических тел, которые взаимодействуют и обмениваются энергией, как между собой, так и с другими телами, т.е. внешней средой. Основа термодинамического метода – это определить состояние термодинамической системы в любой момент времени. Состояние системы задается термодинамическими параметрами, или параметрами состояния, – это совокупность физических величин, характеризующих свойства термодинамической системы (температуру, давление, объем).

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Температура – это физическая величина, характеризующая состояние термодинамического равновесия макроскопической системы.

В соответствии с решением 11ой Генеральной конференции по «мерам и весам» (1960 год), в настоящее время можно применять только две температурные шкалы – термодинамическую и международную практическую, градуированные соответственно в Кельвинах и в градусах Цельсия.

В международной практической, в качестве основных, взяты точки замерзания и кипения воды при давлении 1,013105 Па соответственно 0C и 100C (реперные точки). Термодинамическая температурная шкала определяется по одной реперной точке, в качестве которой взята тройная точка воды (температура, при которой лед и насыщенный пар при давлении 609 Па находятся в термодинамическом равновесии). Температура этой точки по термодинамической шкале равна 273,16 К. Градус Цельсия равен Кельвину

T = 273 + t.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Любое изменение в термодинамической системе, связанное с изменением хотя бы одного из ее термодинамических параметров, называется термодинамическим процессом.

Макроскопическая система находится в термодинамическом равновесии, если ее состояние с течением времени не меняется (предполагается, что внешние условия рассматриваемой системы при этом тоже не изменяются). В молекулярно-кинетической теории пользуются идеализированной моделью идеального газа, согласно которой считают, что:

1) собственный объем молекул газа пренебрежимо мал по сравнению с объемом сосуда;

2) между молекулами газа отсутствует сила взаимодействия;

3) столкновение молекул газа между собой и стенками сосуда абсолютно упругие.

Модель идеального газа можно использовать при изучении реальных газов, т.к. они в условиях близких к нормальным, а также при низких давлениях и высоких температурах близки по своим свойствам к идеальному газу. Кроме того, внеся поправки, учитывающие собственный объем молекул газа и действующие молекулярные силы, модно перейти к теории реальных газов.

Рассмотреть законы, описывающие поведение идеальных газов (закон Бойля-Мариотта, закон Гей-Люссака), самостоятельно.

Закон Авогадро: 1 моль любых газов при одинаковой температуре и давлении занимают одинаковые объемы (при нормальных условиях этот объем равен 22,4110–3 м3/моль).

По определению в одном моле различных веществ содержится одно и то же число молекул, называемое постоянной Авогадро.

NA = 6,0221023 моль–1

Закон Дальтона: давление смеси идеальных газов равно сумме парциальных давлений входящих в эту смесь газов.

P = P1 + P2 + … + Pn.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ: Парциальное давление – это давление, которое производил бы газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем равный объему смеси при той же температуре.

Далее читайте в PDF, т.к. в тексте присутствую формулы и графики.

Читать онлайн:

Скачать с облака:

Облако.mail.ru: Запись только для зарегистрированных