45987

Молекулярная физика и термодинамика. Основные положения молекулярно-кинетической теории

Лекция

Физика

Давление Р – силовая характеристика, оно численно равно отношению силы нормального давления, действующей на поверхность со стороны частиц системы в результате столкновения их с поверхностью, к площади этой поверхност

Русский

2015-01-16

234 KB

7 чел.

ЛЕКЦИЯ № 10

Раздел III. Молекулярная физика и термодинамика

– молекулярная (статистическая) физика;

– термодинамика.

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ):

1) все вещества состоят из частиц (молекулы, атомы, ионы);

2) все частицы участвуют в непрерывном хаотическом (броуновском) движении;

3) частицы взаимодействуют друг с другом.

Демонстрация №15. Модель Броуновского движения.

1. Термодинамические параметры.

Основное уравнение МКТ

  1.  Объем V – область пространства, занимаемая системой частиц.

[V] = м3 (см3, мм3, …), 1 л = 1 дм3 = 103 м3.

  1.  Давление Р – силовая характеристика, оно численно равно отношению силы нормального давления, действующей на поверхность со стороны частиц системы в результате столкновения их с поверхностью, к площади этой поверхности:

            [P] = Па.

1 мм. рт. ст = 1 торр = 133 Па

1 атм = 1 бар = 760 мм рт. ст. = 105 Па

1 кГс/м2 = 9,8 Па    манометр

             барометр

При абсолютно упругом столкновении с поверхностью каждая частица передает ей двойной импульс.

Суммируя все переданные поверхности импульсы можно получить  следующее уравнение для давления:

     (10-1)

где m0 – масса одной частицы, кг;

  – концентрация частиц – количество частиц N в единице объема V, м3;

среднее значение квадрата скорости частицы, м22.

Уравнение (10-1) называют основным уравнением МКТ.

Вывод основного уравнения МКТ.

 

и

тогда

основное уравнение МКТ.

Так как  плотность вещества, кг/м3, тогда

.       (10-2)

И еще, зная, что  средняя кинетическая энергия части-цы, получим

или       (10-3)

3) Абсолютная температура Т. 

Исторически: при нагревании все вещества расширяются, при охлаждении – сжимаются. Степень нагретости тела термометр температура t.

термометр Цельсия  tC

0C – точка плавления льда,

100C – точка кипения воды;

термометр Фаренгейта  tF

0F – точка замерзания смеси воды, льда и нашатыря или поваренной соли,

32F – точка плавления льда,

212F – точка кипения воды.

Томсон (Кельвин) предложил использовать газовый термометр со шкалой, имеющей абсолютный ноль.

 если

Тогда

но, если Р  0   при   V = const,

или, если V  0   при   Р = const,

Т. о. абсолютный ноль температуры – это такая температура, при которой давление газа (объем) стремится к нулю при фиксированном объеме (давлении).

Но из (10-3) следует , тогда

         (10-4)

где   число степеней свободы частицы.

 

 Дж/К – постоянная Больцмана.

Т. о. абсолютная температура Т – это энергетическая характеристика системы частиц, т.к. она пропорциональна средней кинетической энергии теплового движения частиц.

При  Т  0    0   (в классической физике), т. е. при абсолютном нуле по шкале Кельвина Т = 0 K – это такая температура, при которой  = 0.

[T] = K, T, K = t,C + 273.

4) Энтропия S – количественная мера упорядоченности системы частиц.

H2O   H2O   H2O

лед  вода   пар

S1        <             S2         <           S3

2. Идеальный газ.

Уравнение состояния идеального газа

Идеальный газ – газ, состоящий из молекул, размерами которых можно пренебречь по сравнению с расстоянием до других молекул, и для которых потенциальная энергия взаимодействия между молекулами во много раз меньше их кинетической энергии теплового движения (т. е. частицы такого газа – это материальные точки, участвующие только в упругих столкновениях между собой и со стенками сосуда).

Для м.т. i = iпост = 3, тогда из (10-3) и (10-4) имеем:

или         (10-5)

Наряду с массой используют понятие количества вещества .

[] = моль.

1 моль вещества – это такое количество любого вещества, в котором содержится 6,021023 молекул.

NA = 6,021023 моль1  число Авогадро.

М – молярная масса вещества = масса 1 моля вещества.

[M] = кг/моль.

Количество вещества :

     (10-6)

где N – количество частиц в веществе;

m – масса вещества.

Тогда для 1 моля газа  универсальная газовая постоянная и из (10-5) получим:

PV = RT,

а для любого количества вещества

получим

         (10-7)

уравнение состояния идеального газа  уравнение Клапейрона-Менделеева.

Так как  тогда

       (10-8)

Нормальные условия (Н.У.):

Р = 1 атм. = 760 мм рт.ст. = 105 Па,

t = 0C, Т = 273 К.

Тогда из (10-5)

n = 2,681025 м3  число Лошмидта

(для любого газа).

При Н.У. 1 моль любого газа занимает одинаковый объем

V = 22,4 л.

Масса одной молекулы

кг.

3. Изопроцессы

– равновесное состояние

– равновесный процесс

– изопроцессы

1) V = const – изохорный процесс  P ~ T

  уравнение изохорного процесса.

2) Р = const – изобарный процесс  V ~ T

  уравнение изобарного процесса.

3) T = const – изотермический процесс   PV = const

  уравнение изотермического процесса.

Уравнение состояния идеального газа

– газовые законы Шарля, Гей-Люссака и Бойля-Мариотта.

– круговой процесс (замкнутый цикл)


Если в каком-то объеме находится смесь газов, то каждый из газов произведет на стенки свое отдельное давление, которое называют
парциальным давлением .

        

        

Закон Дальтона.

    (10-9)

общее давление в смеси газов равно сумме парциальных давлений отдельных газов.

PAGE   \* MERGEFORMAT1


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

15897. Природа художественной целостности комедий А.П. Чехова Чайка и Вишнёвый сад 87 KB
  О.С. Рощина Природа художественной целостности комедий А.П. Чехова Чайка и Вишнёвый сад Olga Roschina in her work The Nature of Artistic Integrity of Chekhov`s Comedies Seagull and Cherry Orchard treats them from the point of aesthetic analises of the text. The ironical nature of Chekhov`s texts is proved which are often interpreted in a pseudoChekhov`s elegical way. В чеховедении доста
15898. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ПОЭТИКА: понятия и определения 2.04 MB
  Цель предлагаемой хрестоматии — предоставить в распоряжение преподавателя и студента отобранные из различных, не связанных друг с другом источников и в то же время систематизированные определения основных понятий теоретической поэтики
15899. Методическое пособие по определению сметной стоимости капитального ремонта зданий и сооружений жилищно-гражданского назначения 4.23 MB
  А.И. Барабанов. Методическое пособие по определению сметной стоимости капитального ремонта зданий и сооружений жилищногражданского назначения Руководитель разработки: П.В. Горячкин В пособии приводятся: действующий и перспективный порядок определения сметной...
15900. ВВЕДЕНИЕ В СОВРЕМЕННУЮ ГАРМОНИЮ 1.44 MB
  Н.Гуляницкая ВВЕДЕНИЕ В СОВРЕМЕННУЮ ГАРМОНИЮ ПРЕДИСЛОВИЕ. Глава первая вводная. 1. Искусство XX века как предмет искусствознания. 2. Стилевой анализ. 11 3. Понятие гармонии. 14 4. Гармония и музыкальная композиция. 17 5. К вопросу об интерпретации и оценк...
15901. Стилевые метаморфозы рока (издание первое) 800.5 KB
  Музыка, родившаяся тогда, наряду с поэзией, философией и другими мировоззренческими формами молодежного движения, стала частью некоего духовного процесса, в своей основе неоднородного. В русле единого жанрового и стилевого течения сформировались резко полярные явления.
15902. ГАРМОНИЯ ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ КУРС 15.27 MB
  Настоящая книга, являясь теоретическим курсом, одновременно представляет собой научное исследование фундаментальных проблем гармонии. Автор рассматривает многие коренные вопросы гармонии в виде целостной структуры, в контексте музыкальной формы. Главная задача данного исследования - дать на современном научном уровне по возможности исчерпывающее изложение основополагающих теоретических проблем гармонии, вводящее музыку XX века в общий музыкально-гармонический контекст так же естественно, как и само искусство прошлого перешло к нашему времени.
15903. Теоретические основы современной гармонии 15.56 MB
  Сегодняшний курс гармонии в средних и высших музыкальных учебных заведениях нуждается в постоянном расширении своей тематики, ее активном приближении к новым художественным явлениям музыкального искусства XX столетия. Необходимость в этом продиктована все более нарастающим интересом будущих музыкантов к произведениям нашего времени, к тайнам творческих лабораторий композиторов разных школ и направлений.
15904. Физическое воспитание начинающего боксёра 639.5 KB
  В.А.Чудинов Физическое воспитание начинающего боксёра Предисловие Физическое воспитание способствует укреплению здоровья и гармоническому развитию организма. В его задачу входит развитие быстроты силы ловкости гибкости выносливости воспитание волев
15905. Расчет цифровых тропосферных радиорелейных линий 5.87 MB
  Курсовой проект по теме Расчет цифровых тропосферных радиорелейных линий Введение Эффект дальнего тропосферного распространения радиоволн дециметрового и сантиметрового диапазонов волн был открыт в начале 50х годов. Его практическое применение дало возможность