Сила и энергия взаимодействия молекул

При рассмотрении реальных газов следует учитывать силы межмолекулярного взаимодействия. Они появляются на расстоянии, меньшем, чем 10^-9м. Между молекулами вещества одновременно действует силы притяжения и силы отталкивания (см. рисунок 1а). Силы отталкивания положительные, а силы притяжения – отрицательные. Результирующая сила этих двух сил является силой отталкивания на участке от 0 до и силой притяжения при 10^-9м> > . При расстоянии = равнодействующая сила =0. Таким образом, расстояние соответствует устойчивому состоянию молекулы. На этом расстоянии и находились бы молекулы в отсутствие теплового движения. На расстоянии >10^-9м межмолекулярные силы также практически отсутствуют.

Элементарная работа силы при увеличении расстояния между молекулами на совершается за счет уменьшения взаимной потенциальной энергии молекул: .

При >10^-9м силы отсутствуют и потенциальная энергия равна 0. взаимодействия молекул (см. рисунок 1б).

При сближении молекул на расстояние меньшее чем 10^-9м, появляется сила притяжения ( <0), которая совершает положительную работу ( >0). Поэтому потенциальная энергия уменьшается, достигая минимума при расстоянии = . определяет работу, которую нужно совершить против сил притяжения чтобы разъединить молекулы.

При расстоянии < действуют силы отталкивания и совершаемая против них работа отрицательна ( <0). Потенциальная энергия начинает резко возрастать. Таким образом, система из двух молекул в состоянии устойчивого равновесия

Рисунок 1. Силы и энергия взаимодействия молекул

 

(при = ) обладает минимальной потенциальной энергией (потенциальной ямой).

Критерием различных агрегатных состояний вещества является соотношение и произведением , где коэффициент – постоянная Больцмана ( =1,38 ), - абсолютная температура.

Произведение определяет удвоенную среднюю энергию, приходящуюся на одну степень свободы теплового движения молекулы.

Если << , то вещество находится в газообразном состоянии.

Если >> , то вещество находится в твердом состоянии.

Если » , то вещество находится в жидком состоянии, т.к. в результате теплового движения молекулы перемещаются в пространстве, обмениваясь местами, но, не расходясь на расстояние, превышающее r₀.

Внутренняя энергия тела является суммой кинетической энергии всех его молекул и потенциальной энергии их взаимодействия.

Контрольные вопросы:

1. Изложите основные положения молекулярно-кинетической теории.

2. Что такое температура, и какие температурные шкалы Вам известны?

3. Что такое диффузия? Приведите примеры диффузии в газах, жидкостях и твердых телах.

4. Расскажите о силе взаимодействия молекул.

5. Расскажите о кинетической и потенциальной энергии молекул.