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

29490. ФАКТОРЫ И ФАНТОМЫ ОБЩЕСТВЕННОГО ДОВЕРИЯ (постэлекторальные размышления) 87 KB
  Не дорожи любовию народной Показатель массового доверия или недоверия к политическим партиям деятелям социальным институтам один из наиболее употребительных обобщенных и как будто наиболее чутких индикаторов в опросах общественного мнения. Вот некоторые парадоксы общественного доверия выявленные в опросах упомянутой серии: рост показателей доверия к Б. Ельцину на протяжении избирательной президентской кампании при сохранении резко критических оценок его деятельности; значительное расхождение между рейтингами доверия и электоральной...
29491. СОЦИАЛЬНЫЕ ТИПЫ ПЕРЕХОДНОГО ПЕРИОДА: ПОПЫТКА ХАРАКТЕРИСТИКИ 103 KB
  Представляется общепризнанным что каждая социальная система в каждый значимый период ее существования формирует выдвигает некоторый специфический набор социальноантропологических типов. В условиях модернизационных процессов индустриализация НТР урбанизация образовательная революция в число значимых признаков социальноантропологических типов естественно попадают такие объективные индикаторы как род занятий тип расселения уровень образования и т д. Данные такого рода пригодны для описания внешних условий деятельности различных...
29492. МАССОВЫЙ ПРОТЕСТ: ПОТЕНЦИАЛ И ПРЕДЕЛЫ 95 KB
  Прежде всего это относится к характеру массовых выступлений протеста развернувшихся со второй половины 1996 г. и увенчавшихся пока организованной профсоюзным руководством акцией протеста 27 марта 1997 г. Кто заявляет о готовности протестовать Обратимся к показателям возможного декларативного участия в акциях протеста различных групп. Если как отмечалось ранее центральными фигурами в ожиданиях или опасениях протеста являются образованные люди то главный носитель настроений протеста малообразованные.
29494. ОБЩЕСТВЕННОЕ МНЕНИЕ НА ПЕРЕЛОМЕ ЭПОХ: ОЖИДАНИЯ, ОПАСЕНИЯ, РАМКИ (К социологии политического перехода) 147.5 KB
  Сама сложность такого перехода давно может считаться некой отечественной традицией: персонализация верховной власти при неразвитости формальных политических институтов в России неизменно в течении нескольких столетий приводила к тому что смена первых лиц означала смену политических эпох стилей и механизмов господства состава и роли определенных групп влияния и т. Очевидно при этом что соблюдение конституционных рамок и видимая бесконфликтность даже фактическое отсутствие конкуренции обеспечены смещением решающих политических и...
29495. Элита и «масса» в общественном мнении: проблема социальной элиты 76 KB
  Принято выделять элиты по их профессиональному месту по роду их занятий в обществе и соответственно говорить об интеллектуальных политических военных экономических культурных и т. Эта категория элиты действует преимущественно через системы и средства массовой информации. Поэтому кстати численность публичной элиты ограничена немногими десятками лиц это определяется возможностями самого поля массового внимания или фигурально выражаясь размерами подиума.
29496. КОМПЛЕКСЫ ОБЩЕСТВЕННОГО МНЕНИЯ (Статистика и социология в изучении общественного мнения) 174 KB
  При таком статистическом подходе существуют проблемы измерения общественного мнения но нет вопроса о его структуре и функциях2. но и так сказать изнутри в смысле самого языка общественного мнения символы стереотипы комплексы значений и средств выражения. Понятно что отечественный опыт последних лет питает сомнения и разочарования в отношении эффективности любых демократических институтов в том числе и общественного мнения в нынешнем российском обществе.
29497. ЧЕЛОВЕК, ТОЛПА И МАССА В ОБЩЕСТВЕННОМ МНЕНИИ 104.5 KB
  В частности это относится к пугающему одних и ободряющему других в зависимости от позиции представлению о всемогуществе масскоммуникативного влияния на массовую аудиторию на массового человека. В конечном счете это приводит к одной из граней извечной проблемы общественного человека: как и насколько может и желает человек поддаваться давлению коммуникативных средств массового поражения. О генезисе массового общества С.
29498. ВОЗВРАЩАЯСЬ К ПРОБЛЕМЕ СОЦИАЛЬНОЙ ЭЛИТЫ 141.5 KB
  Но каждое время то есть каждая социальная ситуация выбирает поддерживает пестует продвигает подходящий для нее тип человека. Если на поверхности советской системы находился человек послушнокарьерный то с ее распадом на переднем плане в политической жизни бизнесе медиа социальнонаучной сфере и около них оказался человек ловкий ориентированный на ближайший успех и не связанный ни ценностными ни социальногрупповыми рамками ответственности. Массовый человек ориентируется практически не на те звездные образцы политкумиров...