Микро- и макропараметры состояния газа

Система, состоящая из большого числа молекул, называется макросистемой. Макросистема, отделенная от внешних тел стенками с постоянными свойствами, после длительного промежутка времени приходит в равновесное состояние. Это состояние можно описать рядом параметров, называемых параметрами состояния. Различают микропараметры и макропараметры состояния.

К микропараметрам состояния можно отнести следующие физические величины: массу m ₀ молекул, их скорость, среднюю квадратичную скорость молекул, среднюю кинетическую энергию молекул, среднее время между соударениями молекул, длину их свободного пробега и др. Это такие параметры, которые можно отнести и к одной молекуле макросистемы.

Макропараметры состояния характеризуют только равновесную систему в целом. К ним относятся объем V, давление p, температура T, плотность à, концентрация n, внутренняя энергия U, электрические, магнитные и оптические параметры. Значения этих параметров могут быть установлены с помощью измерительных приборов.

Молекулярно-кинетическая теория идеального газа устанавливает соответствие между микропараметрами и макропараметрами газа.

Таблица. Mикропараметры состояния

Параметр	Обозначение	Единицы в СИ
Масса молекулы	m 0	кг
Скорость молекулы		м/c
Cредняя квадратичная скорость движения молекул		м/c
Средняя кинетическая энергия поступательного движения		Дж

 

Таблица. Макропараметры состояния

Параметр	Обозначение	Единицы в СИ	Способ измерения (косвенный способ)
Масса газа	m	кг	Весы
Объем сосуда	V	м^3	Мерный цилиндр с водой; измерение размеров и расчет по формулам геометрии
Давление	p	Па	Манометр
Температура	T	К	Термометр
Плотность	à	кг/м^3	Измерение массы, объема и расчет
Концентрация	n	1/м^3 = м^-3	Измерение плотности и расчет с учетом молярной массы
Cостав (молярная масса и соотношение количеств)	М 1, М 2, ñ1: ñ2	кг/моль безразмерная	Приготовление газа смешением заданных масс или объемов

Простейшей моделью молекулярно-кинетической теории является модель идеального газа. В кинетической модели идеального газа молекулы рассматриваются как идеально упругие шарики, взаимодействующие между собой и со стенками только во время упругих столкновений. Суммарный объем всех молекул предполагается малым по сравнению с объемом сосуда, в котором находится газ. Модель идеального газа достаточно хорошо описывает поведение реальных газов в широком диапазоне давлений и температур.

Задача молекулярно-кинетической теории состоит в том, чтобы установить связь между микроскопическими (масса, скорость, кинетическая энергия молекул) и макроскопическими параметрами (давление, газ, температура). В результате каждого столкновения между молекулами и молекул со стенкой скорости молекул могут изменяться по модулю и по направлению; на интервалах между последовательными столкновениями молекулы движутся равномерно и прямолинейно.

В основе молекулярно-кинетической теории лежат три основных положения:

1. Все вещества – жидкие, твердые и газообразные – образованы из мельчайших частиц – молекул, которые сами состоят из атомов («элементарных молекул»). Молекулы химического вещества могут быть простыми и сложными, т.е. состоять из одного или нескольких атомов. Молекулы и атомы представляют собой электрически нейтральные частицы. При определенных условиях молекулы и атомы могут приобретать дополнительный электрический заряд и превращаться в положительные или отрицательные ионы.

2. Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении.

3. Частицы взаимодействуют друг с другом силами, имеющими электрическую природу. Гравитационное взаимодействие между частицами пренебрежимо мало.

4. Итак, средняя энергия приходящаяся на одну степень свободы:

 

ВОПРОС