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

51525. ВИЗУАЛИЗАЦИЯ РЕШЕНИЙ МОДЕЛЕЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ДИФФУЗИИ 194 KB
  Для одномерного случая если глубина диффузии значительно меньше поперечных размеров площади на которой она происходит первый закон Фика имеет вид: где J x плотность потока примеси число атомов вещества переносимых в единицу времени через единичную площадь Nx концентрация примесей D=D0expE kT коэффициент диффузии; D0 постоянная диффузии E энергия активации. Согласно второму закону Фика скорость изменения числа примесных атомов в единичном объеме равна разности между потоками примеси входящих и выходящих из этого...
51526. Диференціальні рівняння у частинних похідних 52.85 KB
  Проведемо дискретизацію крайових умов отримаємо: Початкову матрицю обираємо як нульову. На кожній ітерації перераховуємо значення елементів матриці за попередніми формулами. Умова завершення
51528. Определение удельного сопротивления проводника 222 KB
  Цель работы: определение удельного сопротивления нихромовой проволоки изучение методов обработки результатов эксперимента. Приборы и принадлежности: прибор для измерения удельного сопротивления резистивного провода F PM01. Единица удельного сопротивления есть Омметр .
51530. Определить горизонтальную составляющую индукции магнитного поля Земли 532.5 KB
  В этом случае к генератору подсоединяются последовательно только амперметр и магазин сопротивлений Rдоб. Установили на магазине сопротивлений какоелибо значение Rдоб например Rдоб = 3000 Ом и получите на экране осциллографа устойчивую картину изображенную на рис. Измерили величину =0 и определили разность фаз колебаний входного напряжения и напряжения на активном сопротивлении Rдоб φ=0 А=04 В. Δа=0049 кОм Rдоб=34 кОм ΔR=003 кОм χ2=356.
51531. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА 3.44 MB
  При этом в цепи возникает переменный электрический ток. С помощью переключателя К катушка индуктивности может быть отключена от цепи. Замыкание кнопочного переключателя К4 приводит к отключению емкости от цепи. Для определения действующего значения силы тока в цепи используется вольтметр универсальный цифровой на котором должен быть установлен режим измерения силы переменного тока m.
51532. ИЗУЧЕНИЕ СЛОЖЕНИЯ ГАРМОНИЧЕСКИХ КОЛЕБАНИЙ С ПОМОЩЬЮ ОСЦИЛЛОГРАФА 2.12 MB
  Устройство и принцип работы электронного осциллографа рассмотрены в Приложении 1. Электронный осциллограф С1137 может работать в двух основных режимах: а Исследуемый сигнал подается на вход канала вертикального отклонения осциллографа вход I или II а на вход канала горизонтального отклонения подается пилообразное напряжение с генератора развертки встроенного в осциллограф. При этом на экране осциллографа наблюдается график зависимости исследуемого сигнала от времени.