Молекулярная физика

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ)

I. Все вещества состоят из мельчайших частиц -молекул и атомов, которые, в свою очередь, состоят из более мелких элементарных частиц

Доказательство - наблюдение больших белковых молекул в электронных микроскопах

II. Молекулы и атомы находятся в непрерывном хаотическом движении

Доказательства:

• броуновское движение;

• диффузия;

• осмос

III. Между молекулами и атомами существуют силы притяжения и отталкивания.

При сближении двух атомов или молекул сначала преобладают силы притяжения (до равновесного значения), затем - силы отталкивания

Броуновское движение - беспорядочное движение взвешенных в жидкости частиц за счет соударения с молекулами жидкости

Наблюдение в микроскоп капли воды с цветочной пыльцой

Диффузия - явление проникновения молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого

Наблюдается:

• в газах - запахи;

• в жидкостях;

• в твердых телах

Осмос — явление проникновения жидкостей и растворов через пористую перегородку

Питание растений, животных, человека

Моль - единица количества вещества в системе СИ. / Моль - количество вещества, содержащее столько же структурных элементов, сколько содержится атомов в 0,012 кг изотопа углерода ₆¹²С

В одном моле любого вещества содержится одно и то же число молекул (или атомов) - постоянная Авогадро

Эффективный диаметр молекул а - минимальное расстояние, на которое они могут сблизиться

Молярная масса - масса одного моля,

Внутренняя энергия тела — сумма кинетических энергий движения молекул тела Е_k и потенциальной энергии их взаимодействия Е_n

Количество вещества, н- число молей вещества.

 

В зависимости от соотношения Е_k и Е_n все вещества делятся на:

• Е_n >> Е_k - твердые тела, отличающиеся постоянством формы и объема;

• Е_n = Е_k - жидкости, имеющие постоянный объем, но не имеющие своей формы; они принимают форму того сосуда, в котором они находятся, и не сопротивляются изменению этой формы => текучесть и малая сжимаемость;

• Е_n << Е_k - газы, легко сжимающиеся под действием внешнего давления

Идеальный газ:

• силы молекулярного взаимодействия полностью отсутствуют;

• молекулы движутся направленно: одноатомные молекулы совершают только поступательное движение вдоль осей OX, OY, OZ;

• собственный объем молекул газа мал по сравнению с объемом газа;

• при соударении молекул между собой и со стенками сосуда они ведут себя как абсолютно упругие шарики конечных, но весьма малых размеров;

• в элементарном курсе физики рассматривают идеальные газы, молекулы которых состоят из одного атома

Газ:

• не имеет постоянной формы:

• занимает весь предоставленный ему объем; •обладает большим запасом внутренней энергии, поэтому может взрываться;

• имеет большие промежутки между молекулами => силы сцепления практически отсутствуют

Постоянная Авогадро

Количество вещества

Молярная масса

Постоянная Больцмана

Масса одной молекулы

Основное уравнение МКТ

Концентрация молекул

Средняя кинетическая энергия

Средняя длина свободного пробега

Давление идеального газа

Плотность газов

Средняя квадратичная скорость движения молекул

При одинаковой температуре средние квадратичные скорости движения молекул обратно пропорциональны корням квадратным из масс молекул:

Закон Авогадро:один моль любого газа при нормальных условиях (Т₀ = 273 К, р₀ = 1,013 • 10⁵ Па) занимает один и тот же объем

называемый молярным объемом

Объединенный газовый закон

Закон Бойля-Мариотта

p₀V₀ = p₁V₁ = const, T = const, m = const.

Закон Гей-Люссака

Закон Шарля

Графики изобарного процесса представлены на рисунке 36 и называются изобарами:

Рис. 36

Графики изотермического процесса представлены на рисунке 37 и называются изотермами:

Рис. 37

Графики изохорного процесса представлены на рисунке 38 и называются изохорами:

Рис. 38

Закон Дальтона:

давление смеси газов равно сумме парциальных давлений:

Парциальное давление - давление, которое бы занимал газ, входящий в состав газовой смеси, если бы он один занимал объем, равный объему смеси при данной температуре.

Уравнение Менделеева-Клапейрона (уравнение состояния идеального газа) для произвольной массы газа с молярной массой ):

число молей

Если v = 1 => уравнение состояния идеального газа для одного моля:

- молярный объем

Внутренняя энергия одного моля одноатомного идеального газа

Изменение внутренней энергии идеального одноатомного газа