Kalbant apie tikras dujas – dujas, kurių savybės priklauso nuo molekulių sąveikos, būtina atsižvelgti į tarpmolekulinės sąveikos jėgas. Jie pasirodo per atstumą< 10-9 м и быстро убывают при увеличении расстояния между молекулами. Такие силы называются короткодействующими.
XX amžiuje, kaip idėjos apie atomo struktūrą ir kvantinė mechanika, buvo nustatyta, kad traukos ir atstumiančios jėgos vienu metu veikia tarp medžiagos molekulių. Fig. 88, a rodo kokybinę tarpmolekulinės sąveikos jėgų priklausomybę nuo atstumo r tarp molekulių, kur F0 ir Fп yra atitinkamai atstumiančios ir traukiančios jėgos, o F yra jų rezultatas. Atstumiančios jėgos laikomos teigiamomis, o abipusės traukos jėgos – neigiamomis.
Esant atstumui r = r0, susidaranti jėga yra F = 0, tai yra, traukos ir atstūmimo jėgos subalansuoja viena kitą. Taigi atstumas r0 atitinka pusiausvyros atstumą tarp molekulių, kurioje jos būtų, jei nebūtų šiluminio judėjimo. Prie g< г0 преобладают силы отталкивания (F >0), kai r > r0 – traukos jėga (F< 0). На расстояниях г >10-9 m praktiškai nėra tarpmolekulinės sąveikos jėgų (F = 0).
Elementarus darbas A jėgos F, padidėjus atstumui tarp molekulių dr, yra atliktas dėl molekulių tarpusavio potencialinės energijos sumažėjimo, t.y.
Iš molekulių sąveikos potencialios energijos kokybinės priklausomybės nuo atstumo tarp jų analizės (88 pav., b) matyti, kad jei molekulės yra viena nuo kitos tokiu atstumu, molekulinės jėgos sąveikos neveikia (g ), tada P = 0. Palaipsniui artėjant molekulėms tarp jų atsiranda traukos jėgos (F< 0), которые совершают положительную работу (A = Fdr >0). Tada pagal (60.1) potencialios sąveikos energija mažėja, pasiekdama minimumą, kai r = r0. Prie g< г0 с уменьшением г силы отталкивания (F >0) smarkiai padidėja, o prieš juos atliktas darbas yra neigiamas (A = Fdr< 0). Потенциальная энергия начинает тоже резко возрастать и становится положительной. Из данной потенциальной кривой следует, что система из двух взаимодействующих молекул в состоянии устойчивого равновесия (г = г0) обладает минимальной potenciali energija.
2. Realių dujų Van der Waalso lygtis
Atsižvelgdamas į vidinį molekulių tūrį ir tarpmolekulinės sąveikos jėgas, olandų fizikas I. van der Waalsas (1837-1923) išvedė būsenos lygtį. tikros dujos. Pagal van der Waals skaičiavimus vidinis slėgis yra atvirkščiai proporcingas molinio tūrio kvadratui, t.y.
kur a yra van der Waalso konstanta, apibūdinanti tarpmolekulinės traukos jėgas, Vm yra molinis tūris.
Įvedę šias pataisas, gauname van der Waalso lygtį dujų moliui (tikrųjų dujų būsenos lygtis):
Savavališkam medžiagos v dujų kiekiui (v = m/M), atsižvelgiant į tai, kad V = vVm, van der Waals lygtis įgauna tokią formą
kur pataisos a ir b yra pastovūs kiekvienos dujos dydžiai, nustatyti eksperimentiniu būdu (van der Waals lygtys parašytos dviem dujų būsenoms, žinomoms iš patirties ir išspręstos a ir b).
Išvedant van der Waals lygtį buvo padaryta nemažai supaprastinimų, todėl ji taip pat labai apytikslė, nors geriau (ypač šiek tiek suslėgtoms dujoms) sutampa su patirtimi nei būsenos lygtis idealios dujos.
3.Perėjimas iš dujinės būsenos į skystą ir kietą
Kondensacija yra vandens perėjimas iš dujinės būsenos į skystą. Kai atmosferoje susidaro kondensatas, susidaro mažyčiai kelių mikrometrų skersmens lašeliai. Didesni lašeliai susidaro susiliejus mažesniems lašeliams arba tirpstant ledo kristalams.
Kondensacija prasideda, kai oras pasiekia prisotinimą, o tai dažniausiai atsiranda atmosferoje, kai temperatūra nukrenta. Temperatūrai nukritus iki rasos taško, vandens garai pasiekia prisotinimo būseną. Toliau mažėjant temperatūrai, vandens garų perteklius, viršijantis tai, ko reikia prisotinimui, virsta skysta būsena.
Oro aušinimas dažniausiai vyksta adiabatiškai dėl jo išsiplėtimo, neperduodant šilumos į aplinkinį orą. Šis išsiplėtimas pirmiausia vyksta orui kylant.
Yra žinoma, kad nors oras nėra prisotintas, jis adiabatiškai atvėsta 1 C kas 100 m pakilimo. Mėlynam orui, kuris nėra labai toli nuo soties, visiškai pakanka pakilti kelis šimtus metrų ir kaip paskutinė priemonė nuo vieno iki dviejų tūkstančių metrų, kad jame prasidėtų kondensatas.
Susidarius rūkams, pagrindinė oro aušinimo priežastis yra nebe adiabatinis kilimas, o šilumos perdavimas iš oro žemės paviršiaus.
Atmosferos sąlygomis vyksta ne tik kondensacija, bet ir sublimacija – kristalų susidarymas, vandens garų perėjimas į kietą būseną. Šis procesas vyksta labai žemoje temperatūroje – žemesnėje nei -40°C temperatūroje. Kietieji krituliai, krentantys iš debesų, paprastai turi aiškiai apibrėžtą kristalinę struktūrą; Visi žino sudėtingas snaigių formas - šešiakampes žvaigždes su daugybe šakų. Daugiau randama debesyse ir krituliuose paprastos formos kristalai, taip pat sušalę lašai. Kristalai atsiranda ir žemės paviršiuje esant minusinei temperatūrai (šerkšnas, šerkšnas ir kt.).
Molekulinės jėgos. Tarp medžiagos molekulių yra sąveikos jėgos, vadinamos molekulinėmis jėgomis. Jei tarp molekulių nebūtų traukos jėgų, visos medžiagos bet kokiomis sąlygomis būtų tik viduje dujinė būsena. Tik traukos jėgų dėka molekulės laikomos šalia viena kitos ir sudaro skystus ir kietus kūnus.
Tačiau vien patrauklios jėgos negali užtikrinti egzistavimo tvarūs dariniai iš atomų ir molekulių. Esant labai mažiems atstumams tarp molekulių, veikia atstumiančios jėgos.
Atomų ir molekulių sandara. Atomas, o ypač molekulė, yra sudėtinga sistema, susidedantis iš atskirų įkrautų dalelių – elektronų ir atomų branduolių. Nors molekulės paprastai yra elektriškai neutralios, tarp jų nedideliais atstumais veikia didelės jėgos. elektros jėgos. Sąveika vyksta tarp elektronų ir kaimyninių molekulių branduolių. Dalelių judėjimo atomų ir molekulių viduje ir molekulių sąveikos jėgų aprašymas yra labai sunki užduotis. Ji svarstoma atominė fizika. Pateiksime tik rezultatą: apytikslę dviejų molekulių sąveikos jėgos priklausomybę nuo atstumo tarp jų.
Atomai ir molekulės susideda iš įkrautų dalelių, turinčių priešingą krūvį. Tarp vienos molekulės elektronų ir atomų branduoliai kita – gravitacinės jėgos. Tuo pačiu metu tarp abiejų molekulių elektronų ir tarp jų branduolių veikia atstumiančios jėgos.
Dėl atomų ir molekulių elektrinio neutralumo molekulinės jėgos yra trumpo nuotolio. Atstumais, kelis kartus viršijančiais molekulių dydį, sąveikos jėgos tarp jų praktiškai neturi jokios įtakos.
Molekulinių jėgų priklausomybė nuo atstumo tarp molekulių. Panagrinėkime, kaip kinta jų tarpusavio sąveikos jėgos projekcija tiesėje, jungiančioje molekulių centrus, priklausomai nuo atstumo tarp molekulių. Atstumais, viršijančiais 2-3 molekulių skersmenis, atstūmimo jėga praktiškai lygi nuliui. Pastebima tik traukos jėga. Mažėjant atstumui, traukos jėga didėja ir tuo pačiu pradeda veikti atstūmimo jėga. Ši jėga labai greitai didėja, kai atomų elektronų apvalkalai pradeda persidengti. Dėl to, palyginti dideli atstumai molekulės traukia, o mažos molekulės atstumia.
8 paveiksle pavaizduota apytikslė atstūmimo jėgos projekcijos priklausomybė nuo atstumo tarp molekulių centrų (viršutinė kreivė), traukos jėgos projekcija (apatinė kreivė) ir susidarančios jėgos projekcija (vidurinė kreivė). Atstūmimo jėgos projekcija yra teigiama, o traukos jėgos – neigiama. Plonas vertikalios linijos atliekami dėl patogumo atlikti jėgos projekcijų pridėjimą.
Esant atstumui r 0, apytikriai lygus molekulių spindulių sumai, susidariusios jėgos projekcija F r = 0, nes traukos jėga savo dydžiu lygi atstumiamosios jėgos (9 pav., a). Kai r > r 0, traukos jėga viršija atstūmimo jėgą ir susidariusios jėgos projekcija (stora rodyklė) yra neigiama (9 pav., b).
Jei r → ∞, tai F r → 0. Atstumais r< r 0 сила отталкивания превосходит силу притяжения (рис. 9, в).Tamprių jėgų kilmė. Sąveikos jėgų tarp molekulių priklausomybė nuo atstumo tarp jų paaiškina tamprumo jėgos atsiradimą kūnų suspaudimo ir tempimo metu. Jei bandote priartinti molekules prie atstumo, mažesnio nei r0, tada pradeda veikti jėga, kuri neleidžia priartėti. Priešingai, kai molekulės tolsta viena nuo kitos, veikia patraukli jėga, kuri, pasibaigus išoriniam poveikiui, grąžina molekules į pradinę padėtį.
Mažai maišant molekules iš pusiausvyros padėčių, traukos arba atstūmimo jėga didėja tiesiškai didėjant poslinkiui. Mažame plote kreivę galima laikyti tiesia atkarpa (8 pav. pastorinta kreivės atkarpa). Štai kodėl, esant mažoms deformacijoms, galioja Huko dėsnis, pagal kurį tamprumo jėga yra proporcinga deformacijai. Esant dideliems molekuliniams poslinkiams, Huko dėsnis nebegalioja.
Kadangi atstumai tarp visų molekulių keičiasi deformuojant kūną, kaimyniniai molekulių sluoksniai sudaro nereikšmingą visos deformacijos dalį. Todėl Huko dėsnis tenkinamas, kai deformacijos yra milijonus kartų didesnės už molekulių dydį.
3!DUJINĖ BŪKLĖ.
SKYSTĖ SUDĖTIS
KIETOS BŪKLĖS
4! GAZ (pranc. gaz, iš graikų chaosas – chaosas), fizinę būseną medžiaga, kurioje ją sudarantys atomai ir molekulės juda beveik laisvai ir chaotiškai intervalais tarp susidūrimų, kurių metu staigus pokytis jų judėjimo pobūdis. Dujinė materijos būsena yra labiausiai paplitusi materijos būsena Visatoje. Saulė, žvaigždės, tarpžvaigždinės medžiagos debesys, ūkai, planetų atmosferos ir kt. susideda iš neutralių arba jonizuotų dujų (plazmos). Dujos yra plačiai paplitusios gamtoje: jos sudaro Žemės atmosferą, reikšmingus kiekius randamas kietose žemės uolienose, ištirpusios vandenynų, jūrų ir upių vandenyje. Rasta į gamtinės sąlygos dujos, kaip taisyklė, yra chemiškai atskirų dujų mišiniai. Dujos tolygiai užpildo joms skirtą erdvę ir, skirtingai nei skysčiai ir kietosios medžiagos, nesusidaro laisvas paviršius. Jie daro spaudimą apvalkalui, kuris apriboja jų užpildomą erdvę. Dujų tankis esant normaliam slėgiui yra kelių dydžių eilės mažesnis tankis skysčių. Skirtingai nuo kietųjų medžiagų ir skysčių, dujų tūris labai priklauso nuo slėgio ir temperatūros. Daugumos dujų savybės – skaidrumas, bespalvis ir lengvumas – apsunkino jų tyrimą, todėl dujų fizika ir chemija vystėsi lėtai.
Tik XVII a. buvo įrodyta, kad oras turi svorį (E. Torricelli ir B. Pascal). Tuo pat metu J. van Helmontas įvedė terminą dujos, kad apibūdintų į orą panašias medžiagas. Ir tik iki XIX amžiaus vidurio. buvo nustatyti pagrindiniai dėsniai, kuriems paklūsta dujos. Tai apima Boyle'o dėsnį - Mariotte, Charleso dėsnį, Gay-Lussac dėsnį, Avogadro dėsnį. Pakankamai išretintų dujų savybės, kuriose atstumai tarp molekulių ties normaliomis sąlygomis apie 10 nm, o tai yra reikšminga didesnis už spindulį tarpmolekulinės sąveikos jėgų veikimas. Dujos, kurių molekulės laikomos nesąveikaujančiomis materialūs taškai, vadinamas idealiosiomis dujomis. Idealios dujos griežtai paklūsta Boyle - Mariotte ir Gay-Lussac dėsniams. Beveik visos dujos elgiasi kaip idealios dujos aukšto slėgio ir ne per daug žemos temperatūros. Lygtis pV=RT vadinama idealiųjų dujų būsenos lygtimi. Jį 1834 metais gavo B. Clapeyronas, o D. I. Mendelejevas apibendrino bet kokiai dujų masei. Į šią lygtį įtraukta dujų konstanta R yra 8,31 J/mol. kruša Clapeyrono-Mendelejevo lygtis galioja tik idealios dujos. Daltono dėsnis galioja ir jiems. Molekulinė kinetinė dujų teorija mano, kad dujos yra silpnai sąveikaujančių dalelių (molekulių ar atomų) rinkinys, esantis nuolatiniame chaotiškame (šiluminiame) judėjime. Remiantis šiais paprastos reprezentacijos kinetinė teorija sugeba paaiškinti pagrindinį fizines savybes dujos, ypač pilnos – išretintų dujų savybės. Pakankamai retų dujų atveju vidutiniai atstumai tarp molekulių yra žymiai didesni nei tarpmolekulinių jėgų veikimo spindulys. Pavyzdžiui, normaliomis sąlygomis 1 cm3 dujų yra ~ 1019 molekulių ir vidutinis atstumas tarp jų yra ~ 10-6 cm Molekulinės kinetinės teorijos požiūriu dujų slėgis yra daugelio dujų molekulių poveikio rezultatas. ant indo sienelių, skaičiuojant pagal laiką ir išilgai indo sienelių. Esant normalioms sąlygoms ir esant makroskopiniams laivo matmenims, smūgių skaičius 1 cm2 paviršiaus yra maždaug 1024 per sekundę. Bet kuri medžiaga gali būti paversta į dujinę būseną, tinkamai parinkus slėgį ir temperatūrą. Todėl galima dujinės būsenos egzistavimo sritis grafiškai pavaizduota kintamaisiais: slėgis p - temperatūra T (p-T diagramoje). Egzistuoja kritinė temperatūra Tk, žemiau kurios šią sritį riboja sublimacijos (sublimacijos) ir garavimo kreivės5! Avogadro numeris:
6.02214129(27)·10²³ mol⁻¹
6!Vakuuminis(iš lat. vakuumas- tuščia) - erdvė be materijos. Inžinerinėje ir taikomojoje fizikoje vakuumas suprantamas kaip terpė, kurios slėgis gerokai mažesnis už atmosferos slėgį. Vakuumui būdingas ryšys tarp laisvo dujų molekulių kelio λ ir būdingo terpės dydžio d. Pagal d Atsižvelgiant į santykio λ/ reikšmę, galima paimti atstumą tarp vakuuminės kameros sienelių, vakuuminio vamzdyno skersmenį ir kt. d Yra žemas (), vidutinis () ir didelis () vakuumas.
7! Idealios dujos - matematinis modelis dujos, kuriose daroma prielaida, kad potenciali molekulių energija gali būti nepaisoma, palyginti su jų kinetine energija. Tarp molekulių nėra traukos ar atstūmimo jėgų, dalelių susidūrimai tarpusavyje ir su indo sienelėmis yra absoliučiai elastingi, o sąveikos laikas tarp molekulių yra nereikšmingas, palyginti su vidutiniu laiku tarp susidūrimų.
Modelis plačiai naudojamas sprendžiant dujų termodinamikos ir aerogasdinamikos problemas. Pavyzdžiui, oro at atmosferos slėgis ir kambario temperatūra šiuo modeliu aprašyta labai tiksliai. Esant ekstremalioms temperatūroms ar slėgiams, reikalingas tikslesnis modelis, pavyzdžiui, van der Waals dujų modelis, kuriame atsižvelgiama į trauką tarp molekulių.
Egzistuoja klasikinės idealios dujos (jų savybės išvedamos iš dėsnių klasikinė mechanika ir yra aprašomos Boltzmanno statistikos) ir kvantinės idealios dujos (savybes lemia kvantinės mechanikos dėsniai, aprašyti Fermi-Dirac arba Bose-Einstein statistikos).
Klasikinės idealios dujos.
Idealių dujų savybės, pagrįstos molekulinėmis kinetinėmis sąvokomis, nustatomos remiantis fizinis modelis idealios dujos, kai daromos šios prielaidos:
dujų dalelių tūris lygus nuliui(tai yra, molekulės skersmuo yra nereikšmingas, palyginti su vidutiniu atstumu tarp jų);
impulsas perduodamas tik susidūrimų metu (tai yra, neatsižvelgiama į traukos jėgas tarp molekulių, o atstūmimo jėgos atsiranda tik susidūrimo metu);
bendra dujų dalelių energija yra pastovi (ty nėra energijos perdavimo dėl šilumos perdavimo ar spinduliavimo)
Šiuo atveju dujų dalelės juda nepriklausomai viena nuo kitos, dujų slėgis sienoje lygus impulsų sumai per laiko vienetą, perduodamų dalelėms susidūrus su siena, o energija yra dujų energijų suma. dalelių. Idealių dujų savybės apibūdinamos Mendelejevo-Klapeirono lygtimi
kur yra slėgis, yra dalelių koncentracija, - Boltzmanno konstanta, - absoliuti temperatūra.
Klasikinių idealių dujų dalelių pusiausvyros pasiskirstymas tarp būsenų apibūdinamas Boltzmanno skirstiniu:
kur yra vidutinis dalelių, turinčių energiją, skaičius, o konstanta nustatoma pagal normalizavimo sąlygą:
kur - visas numeris dalelių.
Boltzmann skirstinys yra ribinis atvejis ( kvantiniai efektai yra nežymiai maži) Fermio – Dirako ir Bose – Einšteino skirstiniuose, todėl klasikinės idealios dujos yra ribinis Fermio dujų ir Bose dujų atvejis.
Bet kokioms idealioms dujoms galioja Mayerio santykis:
kur yra universali dujų konstanta, yra molinė šiluminė talpa pastovus slėgis, - molinė šiluminė talpa esant pastoviam tūriui.
9!Charleso įstatymas arba antrasis Gay-Lussac dėsnis – vienas pagrindinių dujų įstatymai, apibūdinantis ryšį tarp slėgio ir temperatūros idealioms dujoms. Eksperimentiškai dujų slėgio priklausomybę nuo temperatūros esant pastoviam tūriui 1787 m. nustatė Charlesas, o 1802 m. išgrynino Gay-Lussac. Paprasčiau tariant, jei didėja dujų temperatūra, didėja ir jų slėgis, jei dujų masė ir tūris įstatymas yra ypač paprastas matematinė forma, jei temperatūra matuojama pagal absoliuti skalė, pavyzdžiui, in Kelvino laipsnių. Matematiškai įstatymas parašytas taip:
P- dujų slėgis,
T- dujų temperatūra (kelvino laipsniais),
k- pastovus.
Šis dėsnis yra teisingas, nes temperatūra yra medžiagos vidutinės kinetinės energijos matas. Jeigu kinetinė energija padaugėja dujų, jų dalelės greičiau susiduria su indo sienelėmis, taip sukurdamos didesnį slėgį.
Palyginti tą pačią medžiagą dviem skirtingos sąlygos, įstatymas gali būti parašytas forma.
Medžiagos atomų ir molekulių sąveika. Tarp medžiagos molekulių vienu metu veikia patrauklios ir atstumiančios jėgos. Šios jėgos įeina stiprus laipsnis priklauso nuo atstumų tarp molekulių. Remiantis eksperimentiniais ir teoriniai tyrimai, tarpmolekulinės sąveikos jėgos yra atvirkščiai proporcingos atstumo tarp molekulių n-tajai laipsnei. kur traukos jėgoms n=7, o atstumiančioms jėgoms n=9...15.
Atstumiančių jėgų yra daug daugiau jėgų patrauklumas nedideliais atstumais (r 
Dujose atstumas tarp molekulių yra daug kartų didesnis nei pačių molekulių dydis. Dėl to sąveikos jėgos tarp dujų molekulių yra mažos. Kiekviena molekulė laisvai juda nuo kitų molekulių milžinišku greičiu (šimtais metrų per sekundę), patiria retus susidūrimus ir keičia kryptį bei greičio modulį. Vidutinis laisvas dujų molekulių kelias priklauso nuo dujų slėgio ir temperatūros. Normaliomis sąlygomis "~10-7 m. Skysčiuose atstumas tarp molekulių yra daug mažesnis nei dujose. Sąveikos jėgos tarp molekulių yra didelės, dėl to skysčio molekulės svyruoja aplink tam tikrą pusiausvyros padėtį, tada atlieka šuolį, svyruoja naujoje aplinkoje, tada vėl atlieka šuolį ir pan.
Kietose medžiagose atstumas tarp molekulių yra dar mažesnis, dėl to sąveikos jėgos tarp molekulių yra tokios didelės, kad molekulės svyruoja tik maža amplitude aplink tam tikrą pastovią pusiausvyros padėtį – mazgą. kristalinė gardelė.
Molekulinės jėgos. Tarp medžiagos molekulių yra sąveikos jėgos, vadinamos molekulinėmis jėgomis. Jei tarp molekulių nebūtų traukos jėgų, tai visos medžiagos bet kokiomis sąlygomis būtų tik dujinės būsenos. Tik traukos jėgų dėka molekulės laikomos šalia viena kitos ir sudaro skystus ir kietus kūnus.
Tačiau vien patrauklios jėgos negali užtikrinti stabilių atomų ir molekulių darinių egzistavimo. Įjungta
Esant labai mažiems atstumams tarp molekulių, veikia atstumiančios jėgos.
Atomų ir molekulių sandara. Atomas, o juo labiau molekulė, yra sudėtinga sistema, susidedanti iš atskirų įkrautų dalelių – elektronų ir atomo branduolių. Nors molekulės paprastai yra elektriškai neutralios, tarp jų nedideliais atstumais veikia didelės elektrinės jėgos. Sąveika vyksta tarp elektronų ir kaimyninių molekulių branduolių. Apibūdinti dalelių judėjimą atomuose ir molekulėse bei molekulių sąveikos jėgas yra labai sudėtinga užduotis. Tai laikoma atomų fizikoje. Pateiksime tik rezultatą: apytikslę dviejų molekulių sąveikos jėgos priklausomybę nuo atstumo tarp jų.
Atomai ir molekulės susideda iš įkrautų dalelių, turinčių priešingą krūvį. Tarp vienos molekulės elektronų ir kitos molekulės atomų branduolių yra patrauklios jėgos. Tuo pačiu metu tarp abiejų molekulių elektronų ir tarp jų branduolių veikia atstumiančios jėgos.
Dėl atomų ir molekulių elektrinio neutralumo molekulinės jėgos yra trumpo nuotolio. Atstumais, kelis kartus viršijančiais molekulių dydį, sąveikos jėgos tarp jų praktiškai neturi jokios įtakos.
Molekulinių jėgų priklausomybė nuo atstumo tarp molekulių. Panagrinėkime, kaip kinta jų tarpusavio sąveikos jėgos projekcija tiesėje, jungiančioje molekulių centrus, priklausomai nuo atstumo tarp molekulių. Atstumais, viršijančiais 2-3 molekulių skersmenis, atstūmimo jėga praktiškai lygi nuliui. Pastebima tik traukos jėga. Mažėjant atstumui, traukos jėga didėja ir tuo pačiu pradeda veikti atstūmimo jėga. Ši galia yra labai
sparčiai didėja, kai atomų elektronų apvalkalai pradeda persidengti. Dėl to gana dideliais atstumais molekulės pritraukiamos, o nedideliais atstumais jos atstumia.
8 paveiksle pavaizduota apytikslė atstūmimo jėgos projekcijos priklausomybė nuo atstumo tarp molekulių centrų (viršutinė kreivė), traukos jėgos projekcija (apatinė kreivė) ir susidarančios jėgos projekcija (vidurinė kreivė). Atstūmimo jėgos projekcija yra teigiama, o traukos jėgos – neigiama. Plonos vertikalios linijos nubrėžtos, kad būtų patogiau pridėti jėgos projekcijas.
Esant atstumui, lygiam apytiksliai molekulių spindulių sumai, susidarančios jėgos projekcija yra , nes traukos jėga yra lygi atstumiamosios jėgos dydžiui (9 pav., a). Kai traukos jėga viršija atstūmimo jėgą ir susidariusios jėgos projekcija (stora rodyklė) yra neigiama (9 pav. 6). Jei tada Atstumais atstumiamoji jėga viršija traukos jėgą (9 pav., c).
Tamprių jėgų perėjimas. Priklausomybė Raumenų sąveikos jėgos ir atstumas tarp jų paaiškina elastingumo jėgos atsiradimą kūnų suspaudimo ir tempimo metu. Jei bandote suartinti molekules iki mažesnio atstumo, pradeda veikti jėga, kuri neleidžia priartėti. Priešingai, kai molekulės tolsta viena nuo kitos, veikia patraukli jėga, kuri, pasibaigus išoriniam poveikiui, grąžina molekules į pradinę padėtį.
Mažiems molekulių poslinkiams iš pusiausvyros padėties traukos arba atstumiančios jėgos didėja tiesiškai didėjant poslinkiui. Mažame plote kreivę galima laikyti tiesia atkarpa (8 pav. pastorinta kreivės atkarpa). Štai kodėl, esant mažoms deformacijoms, galioja Huko dėsnis, pagal kurį tamprumo jėga yra proporcinga deformacijai. Esant dideliems molekuliniams poslinkiams, Huko dėsnis nebegalioja.
Kadangi atstumai tarp visų molekulių keičiasi deformuojant kūną, kaimyniniai molekulių sluoksniai sudaro nereikšmingą visos deformacijos dalį. Todėl Huko dėsnis įvykdomas esant deformacijoms, kurios yra milijonus kartų didesnės už molekulių dydį.
Dujų, skysčių ir kietųjų medžiagų struktūra.
Pagrindiniai molekulinės kinetinės teorijos principai:
Visos medžiagos sudarytos iš molekulių, o molekulės – iš atomų,
atomai ir molekulės nuolat juda,
Tarp molekulių yra traukos ir atstūmimo jėgos.
IN dujų molekulės juda chaotiškai, atstumai tarp molekulių dideli, molekulinės jėgos mažos, dujos užima visą joms suteiktą tūrį.
IN skysčių molekulės tvarkingai išdėstytos tik nedideliais atstumais, o dideliais atstumais pažeidžiama išdėstymo tvarka (simetrija) - „trumpojo nuotolio tvarka“. Molekulinės traukos jėgos išlaiko molekules arti viena kitos. Molekulių judėjimas yra „šokinėjimas“ iš vienos stabilios padėties į kitą (dažniausiai vieno sluoksnio viduje. Šis judėjimas paaiškina skysčio sklandumą. Skystis neturi formos, bet turi tūrį.
Kietosios medžiagos yra medžiagos, išlaikančios savo formą, skirstomos į kristalines ir amorfines. Kristalinės kietosios medžiagos kūnai turi kristalinę gardelę, kurios mazguose gali būti jonų, molekulių ar atomų. Jie svyruoja stabilių pusiausvyros padėčių atžvilgiu teisinga struktūra visame tome – išdėstymo „ilgojo nuotolio tvarka“.
Amorfiniai kūnai išlaiko savo formą, bet neturi kristalinės gardelės ir dėl to neturi ryškios lydymosi temperatūros. Jie vadinami užšaldytais skysčiais, nes jie, kaip ir skysčiai, turi „trumpojo nuotolio“ molekulinio išdėstymo tvarką.
Molekulinės sąveikos jėgos
Visos medžiagos molekulės sąveikauja viena su kita per traukos ir atstūmimo jėgas. Molekulių sąveikos įrodymai: drėkinimo reiškinys, atsparumas gniuždymui ir įtempimui, mažas kietųjų medžiagų ir dujų suspaudžiamumas ir kt. Molekulių sąveikos priežastis – įkrautų dalelių elektromagnetinė sąveika medžiagoje. Kaip tai paaiškinti? Atomas susideda iš teigiamai įkrauto branduolio ir neigiamai įkrauto elektronų apvalkalo. Branduolio krūvis lygus bendram visų elektronų krūviui, todėl visas atomas yra elektriškai neutralus. Molekulė, susidedanti iš vieno ar daugiau atomų, taip pat yra elektriškai neutrali. Panagrinėkime molekulių sąveiką naudodami dviejų nejudančių molekulių pavyzdį. Gamtoje tarp kūnų gali egzistuoti gravitacinės ir elektromagnetinės jėgos. Kadangi molekulių masės yra labai mažos, galima nepaisyti nereikšmingų molekulių gravitacinės sąveikos jėgų. Labai dideliais atstumais tarp molekulių taip pat nėra elektromagnetinės sąveikos. Tačiau, mažėjant atstumui tarp molekulių, molekulės pradeda orientuotis taip, kad jų pusės, esančios viena prieš kitą, turės skirtingų ženklų krūvius (apskritai molekulės išlieka neutralios), o tarp molekulių atsiranda patrauklios jėgos. Dar labiau sumažėjus atstumui tarp molekulių, dėl neigiamo krūvio sąveikos atsiranda atstūmimo jėgos. elektroniniai apvalkalai molekulių atomai. Dėl to molekulę veikia traukos ir atstūmimo jėgų suma. Dideliais atstumais vyrauja traukos jėga (2-3 molekulės skersmenų atstumu trauka maksimali), nedideliais atstumimo jėga. Tarp molekulių yra atstumas, kuriame patrauklios jėgos tampa lygios atstumiančioms jėgoms. Tokia molekulių padėtis vadinama stabilios pusiausvyros padėtimi. Molekulės, esančios viena nuo kitos ir sujungtos elektromagnetinėmis jėgomis, turi potencialią energiją. Stabilioje pusiausvyros padėtyje molekulių potenciali energija yra minimali. Medžiagoje kiekviena molekulė vienu metu sąveikauja su daugybe gretimų molekulių, o tai taip pat turi įtakos molekulių minimalios potencialios energijos vertei. Be to, visos medžiagos molekulės yra nuolatiniame judėjime, t.y. turi kinetinę energiją. Taigi medžiagos sandarą ir jos savybes (kietųjų, skystųjų ir dujinių kūnų) lemia santykis tarp minimalios potencialios molekulių sąveikos energijos ir molekulių šiluminio judėjimo kinetinės energijos rezervo.
Kietųjų, skystųjų ir dujinių kūnų sandara ir savybės
Kūnų sandara paaiškinama kūno dalelių sąveika ir jų šiluminio judėjimo pobūdžiu.
Tvirtas
Kietosios medžiagos turi pastovią formą ir tūrį ir yra praktiškai nesuspaudžiamos. Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra didesnė už molekulių kinetinę energiją. Stipri dalelių sąveika. Molekulių šiluminis judėjimas kietajame kūne išreiškiamas tik dalelių (atomų, molekulių) virpesiais aplink stabilią pusiausvyros padėtį.
Dėl didelių traukos jėgų molekulės praktiškai negali pakeisti savo padėties medžiagoje, tai paaiškina kietųjų kūnų tūrio ir formos nekintamumą. Daugumoje kietųjų kūnų yra erdviškai išdėstytos dalelės, kurios sudaro taisyklingą kristalinę gardelę. Medžiagos dalelės (atomai, molekulės, jonai) yra kristalinės gardelės viršūnėse – mazguose. Kristalinės gardelės mazgai sutampa su stabilios dalelių pusiausvyros padėtimi. Tokios kietosios medžiagos vadinamos kristalinėmis.
Skystis
Skysčiai turi tam tikrą tūrį, bet neturi savo formos, jie įgauna indo, kuriame jie yra, formą. Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra panaši į molekulių kinetinę energiją. Silpna dalelių sąveika. Šiluminis molekulių judėjimas skystyje išreiškiamas vibracijomis aplink stabilią pusiausvyros padėtį tūryje, kurį molekulei suteikia jos kaimynai. Molekulės negali laisvai judėti per visą medžiagos tūrį, tačiau galimi molekulių perėjimai į gretimas vietas. Tai paaiškina skysčio sklandumą ir galimybę keisti jo formą.
Skysčiuose molekulės yra gana tvirtai surištos viena su kita traukos jėgomis, o tai paaiškina skysčio tūrio nekintamumą. Skystyje atstumas tarp molekulių yra maždaug lygus molekulės skersmeniui. Kai atstumas tarp molekulių mažėja (skysčio suspaudimas), atstumiančios jėgos smarkiai padidėja, todėl skysčiai yra nesuspaudžiami. Pagal savo struktūrą ir šiluminio judėjimo pobūdį skysčiai užima tarpinę padėtį tarp kietųjų medžiagų ir dujų. Nors skirtumas tarp skysčio ir dujų yra daug didesnis nei tarp skysčio ir tvirtas kūnas. Pavyzdžiui, lydymosi ar kristalizacijos metu kūno tūris kinta daug kartų mažiau nei garuojant ar kondensuojantis.
Dujos neturi pastovaus tūrio ir užima visą indo, kuriame jos yra, tūrį. Minimali potenciali molekulių sąveikos energija yra mažesnė už molekulių kinetinę energiją. Medžiagos dalelės praktiškai nesąveikauja. Dujoms būdingas visiškas molekulių išsidėstymo ir judėjimo sutrikimas.
Atstumas tarp dujų molekulių yra daug kartų didesnis nei molekulių dydis. Mažos patrauklios jėgos negali išlaikyti molekulių arti viena kitos, todėl dujos gali neribotai plėstis. Dujos lengvai suspaudžiamos veikiant išoriniam slėgiui, nes atstumai tarp molekulių yra dideli, o sąveikos jėgos yra nereikšmingos. Dujų slėgis ant indo sienelių susidaro dėl judančių dujų molekulių poveikio.
