Основи молекулярно-кінетичної теорії будови речовини. Положення.

1. Усі тіла складаються з атомів та молекул (підтвердженням цього

є розширення тіл при нагріві і стискання при охолодженні).

2. Молекули (атоми) речовини перебувають в неперервному русі.

Цей рух називають тепловим. Характер теплового руху залежить

від їхнього агрегатного стану. Цим рухам відповідає певна кінетична

енергія. (Підтвердженням цього є дифузія та факт існування атмосфери

Землі, Броунівський рух).

3. Між молекулами існують сили притягання і відштовхування. У

4. рівноважному стані відстані між атомами і молекулами такі, що

5. сили скомпоновані і потенціальна енергія системи мінімальна.

Маса атомів і молекул. Одинична атомна маса. Відносна

Атомна або молекулярна маса. Кількість речовини.

Атомна маса (m_a), є масою одного атома ізотопу, вираженою

в атомних одиницях маси, а.о.м., в яких ізотоп вуглець-12 має

атомну масу, яка точно дорівнює 12. Маса жодного іншого

ізотопу не дорівнює цілому числу внаслідок впливу енергії

зв'язку ядер.

Молярна маса — маса 1 моля речовини, тобто такої кількості

структурних одиниць цієї речовини (атомів чи молекул), що

міститься в 0,012 кг вуглецю ¹²С.

Одинична маса – 1/12 маси нукліда вуглецю ¹²С

Відносна атомна/молекулярна маса пока­зує, у скільки разів масса

атома/молекули елемента більше 1/12 маси ато­ма ¹²С і є

Безрозмірною величиною.

Кількість речовини — фізична величина, що характеризує

кількість специфічних однотипних структурних

одиниць-елементів (частинок), з котрих складається речовина.

 

 

4. Основні положення молекулярно-кінетичної теорії газів.

На основі прийнятих положень МКТ речовини та експериментальних

результатів досліджень газів створено МКТ газів. Для побудови цієї теорі

ї використано модель ідеального газу. На основі цієї моделі і законів

класичної механіки виведено основне рівняння МКТ газів (p = nkT).

Його називають основним, бо з нього виводяться інші газові закони,

зокрема рівняння Клапейрона-Менделєєва, з якого випливають газові

закони Авогадро, Бойля-Маріотта, Гей-Люссака, Дальтона, Шарля.

Ідеальний газ - це газ, в якому молекули можна вважати матеріальними

точками, а силами притягання й відштовхування між молекулами можна

знехтувати. У природі такого газу не існує, але близькими за властивостями

можна вважати реальні розріджені гази, тиск в яких не перевищує 200 атм і

які перебувають при не дуже низькій температурі, оскільки відстань за таких

умов між молекулами набагато перевищує їх розміри.

 

 

Основні положення МКТ газів:

1.Газ складається з однакових за масою сферичних молекул, розмірами

яких можна нехтувати,вони є недеформовані,між ними немає притягання

і відштовхування.

2.В довільному, досить малому об’ємі газу, до якого можна застосувати МКТ,

міститься досить велика к-сть молекул. В таких системах виникають нові

статичні імовірносні закономірності. Їх суть зводиться до того, що в

ідеальному газі встановлюється певний найбільш імовірний розподіл

молекул за швидкостями.

3.Зіткненнямолекул між собою та зі стінками посудини відбувається за

законами пружних ударів.

4.Інтервали часу між зіткненнями значно більші ніж час самих зіткнень.

Молекули рухаються рівномірно і прямолінійно в проміжках між зіткненнями.

5.Якщо немає зовнішніх сил, молекули газу розподілені рівномірно у

всьому об’ємі.

6.Напрями швидкості молекул в рівноважному стані розподілені

хаотично, тобто всі напрями в газі є рівномірними.Це положення

називають молекулярним хаосом.

7.Система не зберігає інформацію про своє минуле.При сталих

параметрах системи,

Тиск газу. Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії газів.

Мікроскопічні і макроскопічні параметри газу

Індивідуальні характеристики молекул газу називають мікроскопічними

параметрами. До них належать маса молекул, їхня швидкість і кінетична

енергія хаотичного поступального руху.

Параметри газу як фізичного тіла, що вивчають за допомогою звичайних

методів механіки, називають макроскопічними параметрами. До них належать

об'єм і тиск газу.

Одним з найважливіших завдань молекулярно-кінетичної теорії було

встановлення зв'язку між мікроскопічними та макроскопічними параметрами

газу. Для розв'язання цього завдання в молекулярно-кінетичній теорії

використовують модель ідеального газу.

За основами МКТ, тиск газу на стінки посудини обумовлений ударами

молекул цього об стінки посудини.В результаті удару, кожна молекула

діє на неї з певною, дже малою, силою. В свою чергу стінка діє на молекулу

з такою ж силою але в протилежному напрямі.

Нескінченно малі дії окремих молекул доаються і результуюча дія

сприймається як практично постійна діюча сила.Усереднена за часом

результуюча сила молекул на одиницю площі посудини і є тиском газу.

Основне р-ня МКТ газу:

p=1/3 nm_0 (v^2) ̅

Де n=N/V – концентрація молекул, m_0 -маса молекул у посудині, (v^2) ̅ – середній

квадрат швидкості молекул.

Температура. Термодинамічна рівновага. Релаксація; час релаксації.

Нульовий закон термодинаміки. Співвідношення між термодинамічною

Температурою та одиницями енергії. Стала Больцмана.

Температура — скалярна фізична величина, яка характеризує середню кінетичну

енергію частинок макроскопічної системи, що припадає на одну ступінь свободи

, що перебуває в стані термодинамічної рівноваги.У Міжнародній системі одиниць

(СІ) для вимірювання температури застосовується шкала Кельвіна і символ K (при

цьому знак градусу ° відсутній). Широкий вжиток також мають системи Цельсія і

Фаренгейта.

Термодинамічна рівновага— стан макроскопічної фізичної системи, в який вона

завжди переходить сама собою, якщо перебуває в незмінних зовнішніх умовах або

є замкненою. Процес переходу в стан Т. р. наз. релаксацією. При Т. р. в системі

припиняються такі необоротні процеси, як дифузія, теплопровідність, хімічні

реакції тощо. Необхідними умовами Т. р. є однаковість у всіх точках системи

температури, тиску, хімічних потенціалів кожної її компоненти. Проте ці

параметри не є абсолютно фіксованими і можуть в невеликих об'ємах зазнавати

малих коливань біля своїх серед. значень.

Час релаксації - період часу, за який збурення у виведеній із рівноваги

фізичній системі зменшується в e разів (e - основа натуральних логарифмів)

.Здебільшого позначається τ й має розмірність часу.

Нульовий закон термодинаміки: Для кожної статичної системи (системи

макро тіл) існує стан термодинам. Рівноваги, якої вона з часом самовільно

сягає при фіксованих зовнішніх умовах.

Стала Больцмана (k або kB) — фізична стала, що визначає зв'язок між

температурою та енергією. Названа на честь австрійського фізика Людвіга

Больцмана, який зробив великий вклад встатистичну фізику, у якій ця стала

займає ключову позицію. Її експериментальне значення в системі СІ дорівнює

Дж/К[1].

Числа у круглих дужках вказують стандартну похибку в останніх цифрах

значення величини. В принципі, сталу Больцмана можна отримати з

визначення

абсолютної температури та іншихфізичних констант (для цього потрібно

вміти розрахувати з перших принципів температуру потрійної точки води).

Але визначення сталої Больцмана за допомогою основних принципів занадто

складне і

нереальне при сучасному розвитку знань у цій галузі.

Стала Больцмана — зайва фізична стала, якщо вимірювати температуру в

одиницях енергії,

що дуже часто робиться в фізиці. Вона є, власне, зв'язком між добре визначеною

величиною

— енергією і градусом, значення якого склалося історично.

Підтвердження молекулярно-кінетичної теорії: Броунівський рух,

Дифузія, молекулярні пучки.

Безпосереднім підтвердженням МКТ є броунівський рух, дифузія і т.д.

Броунівський рух – невпорядкований хаотичний рух дрібних частинок

речовини в розчинах. Названий на честь англ. ботаніка Р.Броуна, який

спостерігав це явище у 1827 р. Теорію Броунівського руху побудував у

1905 р. А.Ейнштейн. Відкриття і пояснення Броунівського руху мало

велике значення для фізики оскільки було свідченням теплового руху руху

молекул. Ще одним підтвердженням МКТ є явище дифізії.

Дифузія – прцес випадкового невпорядкованого переміщення частинок під

впливом хаотичних сил, зумовлених тепловим рухом і взаємодією з іншими

частками. Прикладом дифузії може бути поширення запаху легких ароматичних

речовин. Дифузія характерна для газів, рідин і твердих тіл.

Молекулярні пучки – це потік діафрагмових молекул або атомів, які випаровуються

з поверхні металів і поширюються у вакуумній камері практично без зіткнень.