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

6 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

56024. Синергетичний підхід до викладання предметів суспільно-політичних наук 123.5 KB
  Водночас духовне відродження суспільства вимагає конкретних змін у діяльності загальноосвітніх шкіл які викликані необхідністю формування суспільно активної творчої особистості що на відміну від людинивиконавця здатна самостійно мислити генерувати нові ідеї приймати сміливі нестандарті рішення. Відомо що реформа освіти одним із завдань має формування творчо мислячої особистості а не стисненої рамками приписів циркулярів наказів тощо. Існує протиріччя між обсягом інформації та можливістю особистості її засвоїти. І тому головною...
56025. Синквейн на уроках математики (на примере работ учащихся 7 класса) 156.5 KB
  Для прочного усвоения знаний, отработки умений и приобретения конкретных навыков учащимся необходимо иметь способность резюмировать информацию, излагать сложные идеи, чувства и представления в нескольких словах. Но как развить такие важные умения? Ответ на данный вопрос: создание математических синквейнов.
56026. Іван Сірко 2.93 MB
  Література: історичні пісні перекази про Івана Сірка повість М. Мотивація навчальної діяльності учнів Загудів степ запорозький Як Чорнеє море Понеслися запорожці Облавою в поле Ой не вітер в полі грає Не орел літає Ото ж Сірко з товариством...
56027. Система усних вправ як засіб реалізації проблеми дидактичної підтримки процесу навчання математики 122.5 KB
  Поряд із підготовкою учнів які в подальшому у своїй професійній діяльності будуть користуватися математикою важливим стає забезпечення деякого гарантованого рівня підготовки усіх школярів незалежно від спеціальності яку вони оберуть в майбутньому. Вони розвивають в учнів уважність спостережливість ініціативу підвищують дисципліну і викликають інтерес до роботи. Усні вправи дають можливість без великих затрат часу багаторазово програвати типові ситуації та прийоми міркувань проводити роботу з формування логічної та мовної культури...
56028. Виды упражнений по совершенствованию техники чтения учащихся начальной школы 72.5 KB
  Умения и навыки чтения формируются не только как важнейший вид речевой и умственной деятельности как средство самовоспитания и саморазвития но и как сложный комплекс умений и навыков имеющий...
56029. Скандинавія 57 KB
  Нормани з’являлися біля европейського узбережжя на своїх кораблях під червоними або полосатими парусами зі страшними головами змій чи драконів на кормі. Учні працюють зі слайдом № 5 та відповідають на питання вчителя : Де знаходиться Скандинавський півострів Хто такі нормани Які народи виокремлилися від норманів Чим займалися нормани і чому Як у різних країнах називали цей народ Робота з текстом підручника с. Які були...
56030. Брейн-ринг «Знання – це скарб» 48.5 KB
  Саме для цього потрібно частіше відступати від стандартного методу викладання і шукати нові форми подання навчального матеріалу. Представлення команд супроводжувались презентацією кожного з учасників а щоб раціонально розрахувати людські ресурси ми обрали лише одного ведучого.
56031. Здоров’я – найдорожчий скарб 53.5 KB
  Мета: поглибити поняття про те, що для людини головне – це здоровя. Створити умови для закріплення знань учнів з питань здорового способу життя; розширити поняття про те, що від здоровя дітей залежить здоровя нації, а значить благополуччя і добробут всієї України, її майбутнє.
56032. Здоров`я - це скарб 44 KB
  Unser Zeil ist heute tiber die Rolle des Sportes und tiber die Rolle des Sportes und tiber die gesunde Lebensweise zu sprechen und am Ende der Stunde unseren kleinem Schulem die Vorschl ge zu diesem Thema zu prasentieren.