Pagrindinės IRT nuostatos

Molekulinė-kinetinė teorija yra materijos struktūros ir savybių doktrina, pagrįsta idėja apie atomų ir molekulių, kaip mažiausių dalelių, egzistavimą. cheminė medžiaga.

Molekulinės kinetinės teorijos pagrindas yra trys pagrindiniai principai:

1. Visos medžiagos – skystos, kietos ir dujinės – susidaro iš smulkiausių dalelių – molekulių, kurios pačios susideda iš atomų („elementariųjų molekulių“). Cheminės molekulės gali būti paprastos arba sudėtingos ir sudarytos iš vieno ar daugiau atomų. Molekulės ir atomai yra elektriškai neutralios dalelės. Tam tikromis sąlygomis molekulės ir atomai gali įgyti papildomą elektros krūvį ir virsti teigiamais arba neigiamais jonais.

2. Atomai ir molekulės nuolat chaotiškai juda.

3. Dalelės sąveikauja viena su kita jėgomis, turinčiomis elektrinis pobūdis. Gravitacinė sąveika tarp dalelių yra nereikšmingas.

3.1.1 pav.

Brauno dalelės trajektorija. Ryškiausias eksperimentinis molekulinės-kinetinės teorijos idėjų apie atsitiktinį atomų ir molekulių judėjimą patvirtinimas yra Brauno judesys . Tai mažų mikroskopinių dalelių, pakibusių skystyje ar dujose, terminis judėjimas. Jį atrado anglų botanikas R. Brownas (1827). Brauno dalelės juda veikiamos atsitiktinių molekulių susidūrimų. Dėl chaotiško šiluminio molekulių judėjimo šie poveikiai niekada nesubalansuoja vienas kito. Dėl to Brauno dalelės greitis dydžiu ir kryptimi kinta atsitiktinai, o jos trajektorija yra kompleksinė zigzago kreivė (3.1.1 pav.). teorija Brauno judesys sukūrė A. Einšteinas (1905 ᴦ.). Einšteino teorija buvo eksperimentiškai patvirtinta eksperimentais prancūzų fizikas

J. Perrinas (1908–1911). Jėgos, veikiančios tarp dviejų molekulių, priklauso nuo atstumo tarp jų. Molekulės yra sudėtingos kuriuose yra tiek teigiamų, tiek neigiamų krūvių. Jei atstumas tarp molekulių yra pakankamai didelis, tada vyrauja tarpmolekulinės traukos jėgos. Mažais atstumais vyrauja atstumiančios jėgos. Iš to kylančios jėgos priklausomybės F ir potenciali energija E p sąveikos tarp molekulių, priklausomai nuo atstumo tarp jų centrų, kokybiškai pavaizduotos Fig. 3.1.2. Tam tikru atstumu r = r 0 sąveikos jėga tampa lygi nuliui. Šis atstumas paprastai gali būti laikomas molekulės skersmeniu. Potenciali sąveikos energija ties r = r 0 yra minimalus. Norėdami pašalinti dvi molekules, esančias viena nuo kitos atstumu r 0 , turime suteikti jiems papildomos energijos E 0 . Didumas E 0 paprastai vadinamas potencialaus šulinio gylis arba surišimo energija .

Molekulės yra labai mažo dydžio. Paprasta monatominės molekulės 10–10 m dydžio sudėtingos daugiaatomės molekulės gali būti šimtus ir tūkstančius kartų didesnės.

Atsitiktinis chaotiškas molekulių judėjimas paprastai vadinamas šiluminis judėjimas . Šiluminio judėjimo kinetinė energija didėja didėjant temperatūros. At žemos temperatūros vidutinė molekulės kinetinė energija gali būti mažesnė už potencialo šulinio gylį E 0 . Šiuo atveju molekulės kondensuojasi į skystą arba kietą medžiagą; šiuo atveju vidutinis atstumas tarp molekulių bus maždaug lygus r 0 . Kylant temperatūrai, didėja vidutinė molekulės kinetinė energija E 0, molekulės skrenda ir susidaro dujinė medžiaga.

Kietosiose medžiagose molekulės patiria atsitiktinius virpesius aplink fiksuotus centrus (pusiausvyros padėtis). Šie centrai erdvėje išsidėstę netaisyklingai ( amorfiniai kūnai) arba suformuoti tvarkingas tūrines struktūras ( kristaliniai kūnai) (žr. §3.6).

Skysčiuose molekulės turi daug daugiau laisvėsšiluminiam judėjimui. Jie nėra susieti su konkrečiais centrais ir gali judėti per visą skysčio tūrį. Tai paaiškina skysčių sklandumą. Arti esančios skystos molekulės taip pat gali sudaryti tvarkingas struktūras, kuriose yra keletas molekulių. Šis reiškinys paprastai vadinamas uždaryti tvarką skirtingai nei ilgalaikis užsakymas, būdingas kristaliniams kūnams.

Dujose atstumai tarp molekulių paprastai yra daug didesni nei jų dydžiai. Molekulių sąveikos jėgos ant tokių dideli atstumai yra mažos, ir kiekviena molekulė juda tiesia linija iki kito susidūrimo su kita molekule arba su talpyklos sienele. Vidutinis atstumas tarp oro molekulių ties normaliomis sąlygomis apie 10–8 m, t.y., dešimtis kartų didesnis už molekulių dydį. Silpna sąveika tarp molekulių paaiškina dujų gebėjimą plėstis ir užpildyti visą indo tūrį. Riboje, kai sąveika linkusi į nulį, mes ateiname į idėją idealios dujos.

Molekulinėje-kinetinėje teorijoje medžiagos kiekis laikoma proporcinga dalelių skaičiui. Medžiagos kiekio vienetas paprastai vadinamas melstis(mol).

Molis – ϶ᴛᴏ medžiagos kiekis, turintis tiek pat dalelių (molekulių), kiek yra atomų 0,012 kg anglies 12 C. Anglies molekulė susideda iš vieno atomo.

Tačiau viename molyje bet kurios medžiagos yra tiek pat dalelių (molekulių). Šiuo numeriu paprastai skambinama Avogadro konstanta N A:

Avogadro konstanta yra viena iš svarbiausių molekulinės kinetinės teorijos konstantų.

Medžiagos kiekis ν apibrėžiamas kaip skaičiaus santykis N medžiagos dalelių (molekulių) iki Avogadro konstantos N A:

Molinė masė išreiškiama kilogramų vienam moliui(kg/mol). Medžiagoms, kurių molekulės susideda iš vieno atomo, šis terminas dažnai vartojamas atominė masė.

Laikoma, kad atomų ir molekulių masės vienetas yra 1/12 anglies izotopo 12 C (masės skaičius 12) atomo masės. Ji paprastai vadinama atominės masės vienetas (a.u.m.):

Ši vertė beveik sutampa su protono arba neutrono mase. Tam tikros medžiagos atomo ar molekulės masės santykis su 1/12 anglies atomo masės 12 C paprastai vadinamas santykinė masė .

Norėdami paaiškinti dujų slėgio ant indo sienelės formulę, tarkime, kad visos molekulės, esančios tūrio vienete, yra suskirstytos į grupes, kuriose yra n 1 , n 2 , n 3 ir tt molekulės, kurių greičio projekcijos atitinkamai υ x1, υ x2, υ x3 ir kt. Šiuo atveju kiekviena molekulių grupė prisideda prie dujų slėgio. Dėl susidūrimų su molekulių sienele su skirtingos reikšmės projekcijos υ xi greičiai, atsiranda bendras slėgis

Dabar dujų slėgio formulę galima parašyti kaip

Paskutinė lygybė išplaukia iš formulės:

Formoje bus parašyta vidutinio dujų slėgio ant indo sienelės formulė

Ši lygtis nustato ryšį tarp slėgio p idealios dujos, molekulinė masė m 0, molekulinė koncentracija n, vidutinė greičio kvadrato reikšmė ir vidutinė kinetinė energija judėjimas į priekį molekulių. Jie jį vadina pagrindinė lygtis molekulinė-kinetinė dujų teorija.

Kitaip tariant, dujų slėgis yra lygus dviem trečdaliams vidutinės molekulių, esančių tūrio vienete, transliacinio judėjimo kinetinės energijos.

Pagrindinė dujų molekulinės-kinetinės teorijos lygtis apima molekulių koncentracijos sandaugą n iki vidutinės transliacinio judėjimo kinetinės energijos. Jei manytume, kad dujos yra pastovaus tūrio inde V, tai ( N– molekulių skaičius inde). Šiuo atveju slėgio pokytis Δ p proporcingas vidutinės kinetinės energijos pokyčiui.

Kyla klausimai: kaip galima eksperimentiškai pakeisti vidutinę kinetinę molekulių judėjimo energiją pastovaus tūrio inde? Kokį fizikinį dydį reikia pakeisti, kad pasikeistų vidutinė kinetinė energija Šis dydis fizikoje yra temperatūros .

Temperatūros sąvoka yra glaudžiai susijusi su sąvoka šiluminė pusiausvyra. Kūnai, besiliečiantys vienas su kitu, gali keistis energija. Šiluminio kontakto metu iš vieno kūno į kitą perduodama energija paprastai vadinama šilumos kiekis.

Šiluminė pusiausvyra- ϶ᴛᴏ – šiluminio kontakto kūnų sistemos būsena, kurioje nevyksta šilumos perdavimas iš vieno kūno į kitą, o visi kūnų makroskopiniai parametrai išlieka nepakitę. Temperatūra yra fizinis parametras, vienodas visiems kūnams šiluminė pusiausvyra. Galimybė įvesti temperatūros sąvoką išplaukia iš patirties ir yra vadinama nulinis termodinamikos dėsnis.

Už temperatūros matavimai naudojami fiziniai įrenginiai – termometrai , kuriame temperatūros reikšmė vertinama pagal bet kurio fizikinio parametro pokytį. Svarbu pažymėti, kad norint sukurti termometrą, labai svarbu pasirinkti termometrinė medžiaga(pavyzdžiui, gyvsidabris, alkoholis) ir termometrinė vertė, apibūdinantis medžiagos savybę (pavyzdžiui, gyvsidabrio ar alkoholio stulpelio ilgį). IN įvairaus dizaino termometrai naudoja įvairias fizikines medžiagos savybes (pavyzdžiui, kietųjų kūnų linijinių matmenų pokyčius arba pokyčius elektrinė varža laidininkai kaitinant).

Termometrai turi būti sukalibruoti. Norėdami tai padaryti, jie yra termiškai kontaktuojami su kūnais, kurių temperatūra laikoma nurodyta. Dažniausiai naudojamos paprastos natūralios sistemos, kuriose temperatūra išlieka nepakitusi, nepaisant šilumos mainų aplinką- ϶ᴛᴏ ledo ir vandens mišinys bei vandens ir garų mišinys verdant esant normaliam atmosferos slėgiui. Pagal temperatūrą Celsijaus skalė Ledo lydymosi temperatūrai priskiriama 0 °C temperatūra, o vandens virimo temperatūrai – 100 °C. Skysčio stulpelio ilgio pokytis termometro kapiliaruose viena šimtąją ilgio tarp 0 °C ir 100 °C žymių prilyginamas 1 °C. Plačiai naudojamas daugelyje šalių (JAV) Farenheito (T F), kuriame laikoma, kad vandens užšalimo temperatūra yra 32 ° F, o vandens virimo temperatūra yra 212 ° F. Vadinasi,

Norėdami kalibruoti pastovaus tūrio dujų termometrą, galite išmatuoti slėgį esant dviem temperatūroms (pavyzdžiui, 0 °C ir 100 °C), nubraižyti taškus. p 0 ir p 100 grafike, o tada tarp jų nubrėžkite tiesią liniją (3.2.5 pav.). Naudojant gautą kalibravimo kreivę, galima nustatyti kitas slėgio vertes atitinkančias temperatūras. Ekstrapoliavus grafiką į žemo slėgio sritį, galima nustatyti tam tikrą „hipotetinę“ temperatūrą, kuriai esant dujų slėgis taptų lygus nuliui. Patirtis rodo, kad ši temperatūra yra –273,15 °C ir nepriklauso nuo dujų savybių. Neįmanoma eksperimentiškai gauti nulinio slėgio dujų aušinant, nes labai žemoje temperatūroje visos dujos virsta skystomis arba kietomis būsenomis.

Anglų fizikas W. Kelvinas (Thomsonas) 1848 m. pasiūlė naudoti nulinio dujų slėgio tašką naujai temperatūros skalei sukurti ( Kelvino skalė). Šioje skalėje temperatūros vienetas yra toks pat kaip ir Celsijaus skalėje, tačiau nulinis taškas yra perkeltas:

SI sistemoje temperatūros vienetas, išmatuotas pagal Kelvino skalę, vadinamas kelvinas ir žymimas raide K. Pavyzdžiui, kambario temperatūra T C = 20 °C pagal Kelvino skalę yra lygus T K = 293,15 K.

Kelvino temperatūros skalė paprastai vadinama absoliuti skalė temperatūros . Pasirodo, tai patogiausia kuriant fizines teorijas.

Ne itin svarbu susieti Kelvino skalę su dviem fiksuotais taškais – ledo lydymosi temperatūra ir vandens virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui, kaip įprasta Celsijaus skalėje.

Be nulinio dujų slėgio taško, kuris paprastai vadinamas absoliutus nulis temperatūros , pakanka paimti kitą fiksuotą atskaitos tašką. Kelvino skalėje šis taškas naudojamas Trijų taškų vandens temperatūra(0,01 ° C), kurioje visos trys fazės yra šiluminėje pusiausvyroje – ledas, vanduo ir garai.
Paskelbta ref.rf
Kelvino skalėje trigubo taško temperatūra laikoma 273,16 K.

Dujų termometrai yra nepatogūs ir nepatogūs praktiškai: jie naudojami kaip tikslumo standartas kalibruojant kitus termometrus.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, išretintų dujų slėgis pastovaus tūrio inde V kinta tiesiogiai proporcingai jo absoliučiai temperatūrai: p ~ T. Kita vertus, patirtis rodo, kad esant pastoviam garsui V ir temperatūra T dujų slėgis kinta tiesiogiai proporcingai medžiagos kiekio ν tam tikrame inde ir tūrio santykiui V laivas

Kur k– universalus visoms dujoms pastovus. Jie jai skambina Boltzmanno konstanta , austrų fiziko L. Boltzmanno (1844–1906), vieno iš molekulinės kinetinės teorijos kūrėjų, garbei. Boltzmanno konstanta yra viena iš pagrindinių fizinės konstantos. Ji skaitinė reikšmė SI lygus:

Santykių palyginimas p = nkT naudojant pagrindinę dujų molekulinės-kinetinės teorijos lygtį, galima gauti:

Vidutinė kinetinė dujų molekulių chaotiško judėjimo energija yra tiesiogiai proporcinga absoliučiai temperatūrai.

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, temperatūra yra vidutinės molekulių transliacinio judėjimo kinetinės energijos matas.

Reikia pažymėti, kad vidutinė molekulės transliacinio judėjimo kinetinė energija nepriklauso nuo jos masės. Skystyje ar dujose suspenduotos Brauno dalelės vidutinė kinetinė energija yra tokia pati kaip ir atskiros molekulės, kurios masė yra daug dydžių mažesnė už Brauno dalelės masę. Ši išvada tinka ir tuo atveju, kai inde yra chemiškai nesąveikaujančių dujų mišinys, kurių molekulės turi skirtingą masę. Pusiausvyros būsenoje skirtingų dujų molekulės turės vienodą vidutinę kinetinę šiluminio judėjimo energiją, kurią nulems tik mišinio temperatūra. Dujų mišinio slėgis ant indo sienelių susideda iš dalinis slėgis kiekvienos dujos:

Šiuo santykiu n 1 , n 2 , n 3, ... – įvairių dujų molekulių koncentracijos mišinyje. Šis ryšys išreiškiamas molekulinės-kinetinės teorijos kalba, eksperimentiškai nustatyta m pradžios XIXšimtmečius Daltono dėsnis :slėgis chemiškai nesąveikaujančių dujų mišinyje lygus jų dalinių slėgių sumai.

Pagrindinės IKT nuostatos – samprata ir rūšys. Kategorijos „Pagrindinės IRT nuostatos“ klasifikacija ir ypatumai 2017, 2018 m.

Straipsnio turinys

MOLEKULINĖ KINETINĖ TEORIJA- skyrius molekulinė fizika, tiriant medžiagos savybes, remiantis idėjomis apie jų molekulinę struktūrą ir tam tikrus sąveikos tarp atomų (molekulių), iš kurių medžiaga susideda, dėsniais. Manoma, kad materijos dalelės nuolat, atsitiktinai juda ir šis judėjimas suvokiamas kaip šiluma.

Iki pat XIX a Labai populiarus šilumos doktrinos pagrindas buvo teorija apie kalorijų ar kokios nors skystos medžiagos tekėjimą iš vieno kūno į kitą. Kūnų šildymas buvo paaiškintas padidėjusį kalorijų kiekį, o vėsinimą - sumažėjusiu juose esančiu kalorijų kiekiu. Atomų sąvoka ilgą laiką atrodė nereikalinga šilumos teorijai, tačiau daugelis mokslininkų jau tada intuityviai susiejo šilumą su molekulių judėjimu. Taigi, visų pirma, manė rusų mokslininkas M. V. Lomonosovas. Praėjo daug laiko iki molekulinės kinetinė teorija pagaliau laimėjo mokslininkų mintyse ir tapo neatsiejama fizikos savybe.

Daugelis reiškinių dujose, skysčiuose ir kietose medžiagose randa paprastą ir įtikinamą paaiškinimą pagal molekulinės kinetikos teoriją. Taigi spaudimas, kurį dujos veikia indo, kuriame jis yra, sieneles, yra laikomas bendru daugelio greitai judančių molekulių susidūrimų su siena rezultatu, dėl kurio jos perkelia savo impulsą į sieną. (Prisiminkime, kad būtent impulso pokytis per laiko vienetą pagal mechanikos dėsnius lemia jėgos atsiradimą, o jėga, tenkanti sienos paviršiaus vienetui, yra slėgis). Dalelių judėjimo kinetinė energija, apskaičiuota per didžiulį jų skaičių, lemia tai, kas paprastai vadinama temperatūros medžiagų.

Atomistinės idėjos ištakos, t.y. idėja, kad visi gamtos kūnai susideda iš mažyčių nedalomos dalelės-atomai, grįžkime prie senovės graikų filosofų Leukipo ir Demokrito. Prieš daugiau nei du tūkstančius metų Demokritas rašė: „... atomų yra nesuskaičiuojamo dydžio ir skaičiaus, bet jie veržiasi aplink visatą, sukdamiesi sūkuryje, ir taip gimsta viskas, kas sudėtinga: ugnis, vanduo, oras, žemė. Lemiamas indėlis į molekulinės kinetinės teorijos raidą buvo įneštas XIX amžiaus antroje pusėje. žymių mokslininkų J.C.Maxwell ir L.Boltzmann darbai, padėję pamatus statistiniam (tikimybiniam) medžiagų (daugiausia dujų) savybių aprašymui, susidedančiam iš didžiulis skaičius chaotiškai judančių molekulių. Statistinis požiūris buvo apibendrintas (atsižvelgiant į bet kokią materijos būseną) XX amžiaus pradžioje. amerikiečių mokslininko J. Gibbso darbuose, kuris laikomas vienu iš įkūrėjų statistinė mechanika arba statistinė fizika. Galiausiai pirmaisiais XX amžiaus dešimtmečiais. fizikai suprato, kad atomų ir molekulių elgesys paklūsta ne klasikiniams dėsniams, o kvantinė mechanika. Tai davė galingą postūmį statistinės fizikos raidai ir leido aprašyti visą seriją fiziniai reiškiniai, kurios anksčiau nebuvo galima paaiškinti įprastų sąvokų rėmuose klasikinė mechanika.

Dujų molekulinė kinetinė teorija.

Kiekviena molekulė, skrendanti link sienos, susidūrusi su ja, perduoda savo impulsą sienai. Kadangi molekulės greitis ties elastinis susidūrimas su siena skiriasi priklausomai nuo dydžio vį – v, perduodamo impulso dydis yra 2 mv. Jėga, veikianti sienos paviršių D S laiku D t, nustatomas pagal viso per šį laikotarpį sieną pasiekiančių molekulių perduodamo bendro impulso dydį, t.y. F= 2mv n c D S/D t, kur n c apibrėžta išraiška (1). Dėl slėgio vertės p = F/D Sšiuo atveju randame: p = (1/3)nmv 2.

Norėdami gauti galutinį rezultatą, galite atsisakyti to paties molekulių greičio prielaidos, nustatydami nepriklausomas molekulių grupes, kurių kiekviena turi savo maždaug tokį patį greitį. Tada vidutinė vertė slėgis randamas apskaičiuojant visų molekulių grupių greičio kvadratą arba

Ši išraiška taip pat gali būti pavaizduota formoje

Šiai formulei patogu suteikti kitokią formą skaitiklį ir vardiklį po kvadratinės šaknies ženklu padauginus iš Avogadro skaičiaus

N a= 6,023·10 23.

Čia M = mN A– atominis arba molekulinė masė, reikšmė R = kN A= 8.318·10 7 erg vadinama dujų konstanta.

Vidutinis molekulių greitis dujose net esant vidutinei temperatūrai pasirodo labai didelis. Taigi, vandenilio molekulėms (H2) kambario temperatūroje ( T= 293K) šis greitis yra apie 1900 m/s, ore esančioms azoto molekulėms – apie 500 m/s. Garso greitis ore tomis pačiomis sąlygomis yra 340 m/s.

Atsižvelgiant į tai n = N/V, Kur V– dujų užimamas tūris, N – visas numeris molekulių šiame tūryje, nesunku gauti pasekmes iš (5) žinomos formos dujų įstatymai. Norėdami tai padaryti, bendras molekulių skaičius pavaizduotas kaip N = VN A, Kur v yra dujų molių skaičius, o (5) lygtis įgauna formą

(8) pV = vRT,

kuri vadinama Clapeyrono – Mendelejevo lygtimi.

Atsižvelgiant į tai T= const dujų slėgio kitimas atvirkščiai proporcingas jų užimamam tūriui (Boyle-Mariotte dėsnis).

Fiksuoto tūrio uždarame inde V= const slėgio pokyčiai tiesiogiai proporcingi absoliučios dujų temperatūros pokyčiui T. Jei dujos yra tokiomis sąlygomis, kai jų slėgis išlieka pastovus p= const, bet temperatūra kinta (tokios sąlygos gali būti pasiektos, pavyzdžiui, jei į cilindrą, uždarytą judančiu stūmokliu, įdėsite dujas), tada dujų užimamas tūris keisis proporcingai jų temperatūros pokyčiui. (Gėjaus-Lussaco dėsnis).

Tegul inde būna dujų mišinys, t.y. Yra keletas skirtingų molekulių rūšių. Šiuo atveju kiekvieno tipo molekulių į sieną perduodamo impulso dydis nepriklauso nuo kitų tipų molekulių buvimo. Iš to išplaukia idealių dujų mišinio slėgis yra lygus dalinių slėgių, kuriuos kiekviena dujos sukurtų atskirai, jei užimtų visą tūrį, sumai. Tai dar vienas dujų dėsnis – garsusis Daltono dėsnis.

Molekulinio vidurkio laisvas kelias . Vienas pirmųjų, dar 1850-aisiais pagrįstus įvairių dujų molekulių vidutinio šiluminio greičio įvertinimus, buvo austrų fizikas Clausius. Tie, kuriuos jis gavo, buvo neįprasti didelės vertėsŠis greitis iš karto sukėlė prieštaravimų. Jei molekulių greičiai tikrai tokie dideli, tai bet kokios kvapiosios medžiagos kvapas turėtų beveik akimirksniu pasklisti iš vieno uždaros patalpos galo į kitą. Tiesą sakant, kvapas plinta labai lėtai ir, kaip dabar žinoma, vyksta per procesą, vadinamą dujų difuzija. Clausius ir vėliau kiti sugebėjo pateikti įtikinamą šio ir kitų dujų transportavimo procesų (pvz., šilumos laidumo ir klampumo) paaiškinimą, naudodami vidutinio laisvojo kelio sąvoką. molekules , tie. vidutinis atstumas, kurį molekulė nukeliauja nuo vieno susidūrimo iki kito.

Kiekviena dujų molekulė patiria labai daug didelis skaičius susidūrimai su kitomis molekulėmis. Intervale tarp susidūrimų molekulės juda beveik tiesia linija, patiria staigūs pokyčiai greitis tik paties susidūrimo momentu. Natūralu, kad tiesių atkarpų ilgiai palei molekulės kelią gali būti skirtingi, todėl prasminga kalbėti tik apie tam tikrą vidutinį laisvą molekulių kelią.

Per laiką D t molekulė eina sudėtingu zigzago keliu, lygiu v D t. Trajektorijoje šiuo keliu yra tiek vingių, kiek ir susidūrimų. Leiskite Z reiškia susidūrimų, kuriuos molekulė patiria per laiko vienetą, skaičių Vidutinis ilgis tada laisvas kelias yra lygus kelio ilgio N 2 santykiui, pavyzdžiui, a» 2,0·10 –10 m 1 lentelėje pateiktos l 0 vertės µm (1 µm = 10 –6 m), apskaičiuotos pagal (10) formulę kai kurioms dujoms normaliomis sąlygomis (. p= 1 atm, T=273 tūkst.). Šios vertės yra maždaug 100–300 kartų didesnės už vidinį molekulių skersmenį.

Pagrindiniai molekulinės kinetinės teorijos principai.

Molekulinė kinetinė teorija (MKT) tiria medžiagų savybes, remdamasi idėjomis apie medžiagos daleles.

IRT remiasi trimis pagrindiniais principais:

1. Visos medžiagos susideda iš dalelių – molekulių, atomų ir jonų.

2. Medžiagos dalelės juda nuolat ir atsitiktinai.

3. Medžiagos dalelės sąveikauja viena su kita.

Atsitiktinis (chaotiškas) atomų ir molekulių judėjimas medžiagoje vadinamas terminiu judėjimu, nes didėjant temperatūrai didėja dalelių judėjimo greitis. Eksperimentinis nepertraukiamo atomų ir molekulių judėjimo materijoje patvirtinimas yra Brauno judėjimas ir difuzija.

Medžiagos dalelės.

Visos medžiagos ir kūnai gamtoje susideda iš atomų ir molekulių – atomų grupių. Tokie dideli kūnai vadinami makroskopiniais. Atomai ir molekulės priklauso mikroskopiniams kūnams. Šiuolaikiniai prietaisai (jonų projektoriai, tuneliniai mikroskopai) leidžia matyti vaizdus atskiri atomai ir molekules.
Medžiagos sandaros pagrindas yra atomai. Atomai taip pat turi sudėtinga struktūra, jie susideda iš elementariųjų dalelių – protonų, neutronų, sudarančių atomo branduolį, elektronų, taip pat kitų elementariųjų dalelių.
Atomai gali susijungti į molekules arba gali būti medžiagų, susidedančių tik iš atomų. Atomai paprastai yra elektriškai neutralūs. Atomai, kuriuose yra elektronų perteklius arba trūkumas, vadinami jonais. Yra teigiami ir neigiami jonai.

Sąveikos jėgos tarp molekulių.

Esant labai mažiems atstumams tarp molekulių, veikia atstumiančios jėgos. Dėl to molekulės neprasiskverbia viena į kitą ir medžiagos gabalėliai niekada nesuspaudžiami iki vienos molekulės dydžio. Molekulė yra sudėtinga sistema, susidedanti iš atskirų įkrautų dalelių: elektronų ir atomų branduoliai. Nors apskritai molekulės yra elektriškai neutralios, tarp jų nedideliais atstumais veikia didelės elektrinės jėgos: sąveikauja kaimyninių molekulių elektronai ir atominiai branduoliai. Jei molekulės yra kelis kartus didesniu atstumu nei jų dydis, sąveikos jėgos praktiškai neturi jokios įtakos. Jėgos tarp elektriškai neutralių molekulių yra trumpo nuotolio. Atstumais, viršijančiais 2–3 molekulių skersmenis, veikia patrauklios jėgos. Mažėjant atstumui tarp molekulių, traukos jėga pirmiausia didėja, o vėliau pradeda mažėti ir sumažėja iki nulio, kai atstumas tarp dviejų molekulių tampa lygus molekulių spindulių sumai. Toliau mažėjant atstumui elektronų apvalkalai atomai pradeda persidengti, o tarp molekulių atsiranda sparčiai didėjančios atstumiančios jėgos.

Idealios dujos. Pagrindinė MKT lygtis.

Yra žinoma, kad dalelės dujose, skirtingai nuo skysčių ir kietųjų medžiagų, yra viena kitos atžvilgiu atstumais, žymiai viršijančiais jų pačių dydį. Šiuo atveju sąveika tarp molekulių yra nereikšminga ir kinetinė energija tarp molekulių yra daug daugiau energijos molekulinė sąveika. Norėdami sužinoti kuo daugiau bendrosios savybės būdingas visoms dujoms, jose naudojamas supaprastintas tikrų dujų modelis – idealios dujos. Pagrindiniai idealių ir tikrų dujų skirtumai:

1. Idealios dujų dalelės yra labai mažo dydžio, beveik sferiniai kūnai materialūs taškai.
2. Nėra tarpmolekulinės sąveikos jėgų tarp dalelių.
3. Dalelių susidūrimai yra absoliučiai elastingi.

Tikros retos dujos iš tikrųjų elgiasi kaip idealios dujos. Norėdami paaiškinti dujų slėgio kilmę, naudokime idealiųjų dujų modelį. Dėl šiluminio judėjimo dujų dalelės retkarčiais atsitrenkia į konteinerio sieneles. Su kiekvienu smūgiu molekulės tam tikra jėga veikia indo sienelę. Pridedant vienas kitą, smūgių jėgos atskiros dalelės sudaryti tam tikrą slėgio jėgą, nuolat veikiančią sieną. Akivaizdu, kad kuo daugiau dalelių yra inde, tuo dažniau jos atsitrenks į indo sienelę ir tuo didesnė bus slėgio jėga, taigi ir slėgis. Kuo greičiau dalelės juda, tuo stipriau jos atsitrenkia į konteinerio sienelę. Įsivaizduokime mintyse paprasčiausia patirtis: Riedantis kamuolys atsitrenkia į sieną. Jei rutulys rieda lėtai, jis atsitrenks į sieną su mažesne jėga, nei judėdamas greitai. Kaip daugiau masės dalelių, tuo didesnė smūgio jėga. Kuo greičiau dalelės juda, tuo dažniau jos atsitrenkia į konteinerio sieneles. Taigi jėga, kuria molekulės veikia indo sienelę, yra tiesiogiai proporcinga tūrio vienete esančių molekulių skaičiui (šis skaičius vadinamas molekulių koncentracija ir žymimas n), molekulės masei mo. , vidutinis jų greičių kvadratas ir kraujagyslės sienelės plotas. Dėl to gauname: dujų slėgis yra tiesiogiai proporcingas dalelių koncentracijai, dalelės masei ir dalelių greičio (arba jų kinetinės energijos) kvadratui. Idealiųjų dujų slėgio priklausomybė nuo dalelių koncentracijos ir vidutinės kinetinės energijos išreiškiama idealių dujų molekulinės kinetinės teorijos pagrindine lygtimi. Pagrindinę idealių dujų MKT lygtį gavome iš bendrų sumetimų, tačiau ją galima griežtai išvesti remiantis klasikinės mechanikos dėsniais. Štai viena pagrindinės MKT lygties rašymo forma:
P=(1/3)· n· m o · V 2.

Kartais pagal A.V. suprasti dalinį vandens garų slėgį. Šiuo atveju jis matuojamas paskaliais (Pa).

ABSOLIUTINĖ TEMPERATŪRA- temperatūra matuojama absoliučiai termodinaminė skalė, nepriklauso nuo termometrinės medžiagos savybių. Skaičiuojama nuo absoliutaus nulio. Vienetas A.t. SI Kelvinais (K).

ABSOLIUTUS NULIS- absoliučios temperatūros pradžia; yra 273,16 K žemesnė už vandens trigubo taško temperatūrą, kuriai priimtina reikšmė yra 0,01 o C. Esant A.n. atomų ir molekulių transliacinis ir sukamasis judėjimas sustoja, tačiau jie yra ne ramybės būsenoje, o „nulinių“ vibracijų būsenoje. Iš termodinamikos dėsnių išplaukia, kad A.N. praktiškai nepasiekiamas.

AVOGADRO ĮSTATYMAS- vienas iš pagrindinių idealių dujų dėsnių: in vienodos apimties yra skirtingų dujų esant tokiai pačiai temperatūrai ir slėgiui tas pats numeris molekulių. Atidarytas 1811 m. Italijoje. fizikas A. Avogadro (1776-1856).

AVOGADRO PASTATYMAS(skaičius) - dalelių skaičius medžiagos kiekio vienete (1 molis): N A =6,022. 10 23 mol -1 .

MEDŽIAGOS BŪKLĖS- tos pačios medžiagos būsenos, kurios skiriasi dalelių šiluminio judėjimo pobūdžiu. Paprastai yra 3 A.S.V.: dujinis, skystas ir kietas; kartais tai apima plazmos būseną. Medžiaga bet kurioje A.S. egzistuoja pagal tam tikrus išorinės sąlygos(temperatūra, slėgis), kurio pasikeitimas lemia perėjimą nuo vieno A.S. į kitą.

ADIABATINIS (ADIABATIS) PROCESAS– termodinaminio proceso modelis, kuriame nevyksta šilumos mainai tarp nagrinėjamos sistemos ir aplinkos. Tikras termodinaminis procesas gali būti laikomas A. jeigu jis vyksta arba šilumą izoliuojančiame apvalkale arba taip greitai, kad šilumos mainai nespėja įvykti.

Linija, vaizduojanti pusiausvyrą bet kurioje termodinaminėje diagramoje adiabatinis procesas. Lygtis a. idealios dujos turi formą - adiabatinį eksponentą ir su p Ir su všilumos talpa esant pastoviam slėgiui ir atitinkamai tūriui.

AMORFINĖ VALSTYBĖ- kietosios medžiagos būsena, kurioje nėra molekulių išsidėstymo. Todėl a. medžiaga yra izotropinė, t.y. turi tas pačias fizines savybes visomis kryptimis ir neturi konkrečios lydymosi temperatūros.

ANEOIDAS- aneroidinis barometras, atmosferos slėgio matavimo prietaisas, kurio priėmimo dalis yra metalinė dėžė, kurios viduje sukuriamas stiprus vakuumas. Keičiant bankomatą. slėgis keičia dėžutės deformaciją, kuri, pasitelkus susijusią spyruoklę ir svirtelių sistemą, priverčia rodyklę suktis.

ANISOTROPIJA- medžiagos fizikinių savybių priklausomybė nuo krypties (priešingai izotropija). Jis siejamas su vidine tvarkinga terpės struktūra ir randamas tamprumo, šilumos ir elektros laidumo bei garso ir šviesos sklidimo kietose medžiagose reiškiniuose. Jis taip pat gali būti būdingas fizinei erdvei, esant elektromagnetiniams, gravitaciniams ir kitiems laukams.

ATMOSFEROS SLĖGIS- slėgis, kurį Žemės atmosfera daro visiems joje esantiems objektams. Jis nustatomas pagal viršutinio oro stulpelio svorį ir yra svarbiausias dydis, apibūdinantis žemės atmosferos būklę. Vienetai A.d. SI – Pa, mm Hg. Normalus kraujospūdis lygus 760 mm Hg. arba 1013 hPa.

BAROMETRAS- prietaisas atmosferos slėgiui matuoti. Labiausiai paplitusios yra deformacinės petnešos, kurios, pavyzdžiui, apima apyrankes - aneroidas(1844, L. Vidi). Tokioje B., kai keičiasi atmosferos slėgis, membrana, dengianti dėžę, iš kurios pumpuojamas oras, išsilenkia, o rodyklė, sujungta su membrana per svirtelių sistemą, nukrypsta. Veiksmas skystis B. (pavyzdžiui, gyvsidabris B. E. Torricelli, 1644) pagrįstas atmosferos slėgio ir skysčio kolonėlės svorio balansavimu.

TRUMPOJI UŽSAKYMAS- tvarkingas atomų ar molekulių išsidėstymas atstumais, artimais tarpatominiams atstumams; būdingas amorfinės medžiagos ir kai kurie skysčiai. (trečiadienis).

BOYLE-MARIOTTE TEISĖ– vienas iš įstatymų idealios dujos: tam tikrai dujų masei esant pastovi temperatūra Slėgio ir tūrio sandauga yra pastovi. Formulė: pV = pastovus. Apibūdina izoterminį procesą.

Viena iš pagrindinių fizinių konstantų, lygus santykiui universalus dujų konstanta R į N A .B.p. .Įtraukta į daugybę svarbiausių statistinės fizikos ryšių: jungia plg. dalelių kinetinė energija ir temperatūra, entropija fizinę sistemą ir jo termodinaminė tikimybė.

BRŪNAS JUDĖJIMAS- atsitiktinis mažų makroskopinių dalelių, suspenduotų skystyje ar dujose, judėjimas, atsirandantis dėl molekulių šiluminio judėjimo. Vizualus molekulinės kinetinės teorijos patvirtinimas. 1827 m. atrado R. Brownas. Paaiškino A. Einšteinas ir M. Smoluchovskis 1905 m. Teoriją 1906-1911 m. eksperimentuose išbandė J. Perrinas.

VAKUUMAS- dujų, esančių inde, kurių slėgis yra žymiai mažesnis nei atmosferos, būsena. Priklausomai nuo santykio tarp laisvo atomų ar molekulių kelio ir tiesinio indo dydžio, išskiriamas itin aukštas, didelis, vidutinis ir žemas vakuumas.

ORO DRĖGMĖ– vandens garų buvimo ore reiškinys. Apibūdinamas fizikiniais dydžiais absoliutus Ir giminaitis IN . , kurios yra išmatuotos higrometrai.

VIDAUS ENERGIJA- kūno energija, priklausanti tik nuo jos vidinė būsena; susideda iš atsitiktinio (šiluminio) atomų, molekulių ar kitų dalelių judėjimo energijos ir atomų viduje bei tarpmolekulinių judesių ir sąveikų energijos. (cm. pirmasis termodinamikos dėsnis). Atliekant MCT, neatsižvelgiama į atominių dalelių energiją ir jų sąveiką.

ANTRASIS TERMODINAMIKOS DĖSNIS– vienas pagrindinių dėsnių termodinamika, pagal kurią neįmanomas periodiškas procesas, kurio vienintelis rezultatas – darbų atlikimas, prilyginamas šilumos kiekiui, gaunamam iš šildytuvo. Kita formuluotė: neįmanomas procesas, kurio vienintelis rezultatas yra energijos perdavimas šilumos pavidalu iš mažiau šildomo kūno į labiau įkaitintą. V.Z.T. išreiškia sistemos, susidedančios iš daugybės chaotiškai judančių dalelių, norą spontaniškai pereiti iš mažiau tikėtinų būsenų į labiau tikėtinas būsenas. Kitas V.Z.T formulavimo būdas: sukurti neįmanoma amžinasis variklis antros rūšies.

DUJŲ NUOSTATOS UNIVERSALUS(R) yra viena iš pagrindinių fizinių konstantų, įtrauktų į būsenos lygtį (cm.). R=(8,31441±0,00026) J/(mol K). Fizinė prasmė: vieno molio idealių dujų plėtimosi darbas izobariniame procese, kai temperatūra pakyla 1 K.

DUJŲ TERMOMETRAS- temperatūros matavimo prietaisas, kurio veikimas pagrįstas slėgio arba dujų tūrio priklausomybe nuo temperatūros.

– vienas iš įstatymų idealios dujos: tam tikrai dujų masei esant pastoviam slėgiui tūrio ir absoliučios temperatūros santykis yra pastovi vertė: (arba: tūris yra tiesiogiai proporcingas absoliučiai temperatūrai: , kur α – temperatūros koeficientas slėgis). Apibūdina izobarinis procesas.

HIGROMETRAS– matavimo prietaisas absoliutus arba santykinė oro drėgmė. G. skirstomi į svorį (absoliučiai drėgmei nustatyti), kondensaciją (rasos taškui nustatyti), plaukus ( santykinė oro drėgmė), taip pat G. psychrometric arba psichrometrai (santykinė oro drėgmė).

CELSIJUS LAIPSNIS– nesisteminis temperatūros vienetas pagal Tarptautinę praktiką temperatūros skalė, kur temperatūra trigubas taškas vandens temperatūra yra 0,01 laipsnio Celsijaus, o virimo temperatūra esant normaliam atmosferos slėgiui yra 100 laipsnių Celsijaus.

ILGA UŽSAKYMAS– tvarkingas dalelių (atomų ar molekulių) išsidėstymas visame kūno tūryje; būdingas kristalinės medžiagos. trečia. uždaryti tvarką.

DALTONO ĮSTATYMAS– vienas pagrindinių idealių dujų dėsnių: chemiškai nesąveikaujančių dujų mišinio slėgis lygus šių dujų dalinių slėgių sumai.

KRISTALŲ DEFEKTAI– kristalinės struktūros netobulumai, griežto periodinio dalelių (atomų, molekulių, jonų) išsidėstymo kristalinės gardelės mazguose pažeidimas. Tai yra laisvos vietos (taškiniai defektai), išnirimai (linijiniai defektai), tūriniai defektai: įtrūkimai, poros, ertmės ir kt. Jie turi didelę įtaką fizinėms kristalų savybėms.

DISLOKACIJOS– linijiniai defektai kristalinė gardelė, pažeidžiant teisingą atominių plokštumų kaitaliojimą. Dviejų matmenų jų matmenys atitinka atomo dydį, o trečiuoju jie gali praeiti per visą kristalą.

DISOCIACIJA– molekulių skilimo į paprastesnes dalis – atomus, atomų grupes ar jonus procesas. Tai gali atsirasti esant padidėjusiai temperatūrai (terminė D.), elektrolitų tirpale (elektrolitinė D.) ir veikiama šviesos (fotocheminė D.).

SKYSTIEJI KRISTALAI- medžiagos būsena, kurioje jie randami struktūrinės savybės, tarpinis tarp kietųjų krištolas Ir skystis. Jie susidaro medžiagose su pailgomis molekulėmis, kurių tarpusavio orientacija lemia anizotropija jų fizines savybes. Jie naudojami technologijose, biologijoje ir medicinoje.

SKYSČIO TERMOMETRAS– matavimo prietaisas temperatūra, kurio veikimas pagrįstas skysčio šiluminiu plėtimu. Zh.t. priklausomai nuo temperatūros regiono, jie užpildyti gyvsidabriu, etilo alkoholis ir kiti skysčiai.

SKYSČIAS– vienas iš agregacijos būsenos tarpinės tarp kietosios ir dujinės medžiagos. J., kaip kietas, turi mažą suspaudžiamumą, didelio tankio ir tuo pačiu. patinka dujos, pasižymi formos kintamumu (lengvai teka). Molekulės yra tokios pat kaip dalelės kietas, atlieka šilumines vibracijas, tačiau jų pusiausvyros padėtis karts nuo karto keičiasi, o tai užtikrina skysčio sklandumą.

IDEALIOS DUJOS– mentalinis dujų modelis, kuriame galima nepaisyti dalelių sąveikos jėgų ir šių dalelių dydžių. Tie. dalelės paimamos kaip materialūs taškai, o visa sąveika redukuojama iki jų absoliučiai elastingo poveikio. Retos dujos, esančios toli nuo kondensacijos temperatūros, savo savybėmis yra artimos t.y. Būsenos lygtis yra Clapeyrono – Mendelejevo lygtis.

ISOBARAS– pastovaus slėgio linija, vaizduojanti pusiausvyrą būsenos diagramoje izobarinis procesas.

ISOBAR PROCESAS(izobarinis) – mentalinis termodinaminio proceso, vykstančio esant pastoviam slėgiui, modelis. Idealioms dujoms tai aprašyta įstatyme Gay-Lussac.

ISOPROCESAI– fiziniai procesai, vykstantys esant bet kuriam iš sistemos būseną apibūdinančių parametrų pastovumo (žr. izobarinis, izoterminis, izochorinis procesas).

IZOTHERM– pastovios temperatūros linija, vaizduojanti pusiausvyros būseną būsenų diagramoje izoterminis procesas.

IZTERMINIS PROCESAS– termodinaminio proceso, vykstančio pastovioje temperatūroje, modelis. Pavyzdžiui, chemiškai vienalyčio skysčio virimas, chemiškai vienalyčio kristalo lydymas esant pastoviam išoriniam slėgiui. Idealioms dujoms aprašyta Boyle-Marriott įstatymas. trečia. izobarinis, izochorinis, adiabatinis procesas.

IZOTROPIJA, izotropija – tos pačios fizinės savybės visomis kryptimis. Susijęs su tvarkos stoka vidinė struktūra aplinkai ir yra būdingas dujoms, skysčiams (išskyrus skystieji kristalai) Ir amorfiniai kūnai. trečia. anizotropija.

IZOCHORA- pastovaus tūrio linija, vaizduojanti pusiausvyros izochorinį procesą fazių diagramoje.

ISOCHORINIS PROCESAS, izochorinis procesas yra termodinaminis procesas, vykstantis esant pastoviam sistemos tūriui. Idealioms dujoms aprašyta Charleso įstatymas.

GARAVIMAS– garinimo procesas su laisvas paviršius skysčių, kurių temperatūra žemesnė už virimo tašką. Drėkinimas nuo kietųjų medžiagų paviršiaus vadinamas sublimacija. (Trečiadienis virimas, garinimas).

KALORIMETRAS- prietaisas įvairiems kalorimetriniams dydžiams nustatyti: šiluminė talpa, degimo šiluma, garavimo šiluma ir tt

KAPILIARAS– siauras indas, kurio būdingas skerspjūvio dydis mažesnis nei 1 mm.

KAPILIARINIAI REIKŠINIAI- reiškiniai, atsirandantys dėl tarpmolekulinių sąveikos jėgų įtakos skysčio laisvojo paviršiaus pusiausvyrai ir judėjimui, nesimaišančių skysčių sąsajai ir skysčių riboms su kietosiomis medžiagomis. Pavyzdžiui, skysčio pakilimas arba kritimas labai plonuose vamzdeliuose () ir poringose ​​​​terpėse.

CANO CIKLAS– grįžtamojo žiedinio proceso mentalinis modelis, susidedantis iš dviejų izoterminis ir du adiabatinis procesus. Izoterminio plėtimosi metu (šildytuvo temperatūra Tn) darbiniam skysčiui (idealioms dujoms) suteikiamas šilumos kiekis Q n, ir su izoterminiu suspaudimu (šaldytuvo temperatūra T x) - pašalinamas šilumos kiekis Qx. Efektyvumas K.c. nepriklauso nuo darbinio skysčio pobūdžio ir yra lygus .

VIRIMAS- intensyvaus garavimo procesas ne tik nuo laisvo skysčio paviršiaus, bet ir per visą jo tūrį susidarančių garų burbuliukų viduje. K. temperatūra priklauso nuo skysčio pobūdžio ir išorinio slėgio ir yra tarp trigubas taškas Ir kritinė temperatūra(cm. kritinė būklė).

MAYER LYGTIS- ryšys, nustatantis ryšį tarp idealių dujų molinių šiluminių pajėgumų esant pastoviam slėgiui su p ir esant pastoviam tūriui su V : su P = su V + R . Kur R - .

MAXWELL PASKIRSTYMAS- idealių dujų molekulių greičių pasiskirstymo dėsnis termodinaminės pusiausvyros būsenoje.

SLĖGIO MATUOKLIS- matavimo prietaisas spaudimas skysčiai ir dujos. Yra M. absoliučiam slėgiui matuoti, matuojant nuo nulio, ir M. pertekliniam slėgiui (skirtumui tarp absoliutaus ir atmosferos slėgis). Priklausomai nuo veikimo principo yra skysčio, stūmokliniai, deformaciniai ir spyruokliniai siurbliai.

MENISKAS- išlenktas skysčio paviršius siaurame vamzdelyje (kapiliare) arba tarp glaudžiai išdėstytų kietų sienelių (žr.).

– pastovus tam tikros medžiagos fizikinis dydis, kuris yra mechaninio įtempio ir santykinio pailgėjimo proporcingumo koeficientas Huko dėsnis: . M.Yu. E lygus mechaniniam įtempimui, kuris atsiranda deformuotame kūne, kai jo ilgis padidėja 2 kartus. SI matavimo vienetas yra paskalis.

MOLEKULĖ- mažiausia stabili medžiagos dalelė, turinti visas chemines savybes ir susidedanti iš identiškų (paprasta medžiaga) arba skirtingų (sudėtinga medžiaga) atomų, sujungtų cheminiais ryšiais. trečia. atomas.

MOLEKULINĖ MASĖ yra molekulės masė, išreikšta atominės masės vienetai. trečia. molinė masė.

MOLEKULINĖ FIZIKA- fizikos šaka, tirianti fizines kūnų savybes, suvestinių medžiagų būsenų ypatybes ir fazių virsmų procesus, priklausančius nuo molekulinė struktūra kūnai, tarpmolekulinės sąveikos jėgos ir dalelių (atomų, jonų, molekulių) šiluminio judėjimo pobūdis. cm. statistinė fizika, termodinamika.

MOLINĖ MASĖ- vieno molio medžiagos masė; skaliarinis dydis, lygus kūno masės ir jame esančios medžiagos kiekio (molių skaičiaus) santykiui. SI m.m. lygus molekulinė masė medžiaga padauginta iš 10 -3 ir matuojama kilogramais vienam moliui (kg/mol).

VIENI KRISTALAI- viengungis kristalai su vienu kristalinė gardelė. Susiformavo į gamtinės sąlygos arba dirbtinai išauginti iš lydalo, tirpalų, garų ar kietų fazių. trečia. polikristalai.

SOČIUS GARAI- garai, esantys dinaminėje pusiausvyroje su skysta arba kieta faze. Dinaminė pusiausvyra suprantama kaip būsena, kai vidutinis molekulių, išeinančių iš skysčio (kietos medžiagos), skaičius yra lygus vidutiniam garų molekulių, grįžtančių į skystį (kietą) per tą patį laiką, skaičiui.

NEGRĮŽTAMAS PROCESAS- procesas, kuris gali spontaniškai vykti tik viena kryptimi. Visi realūs procesai yra n.p. o uždarose sistemose lydi padidėjimas entropija. cm. , .

NORMALIOS SĄLYGOS- standartinės fizinės sąlygos, kurias nustato slėgis P=101325 Pa (760 mm Hg) ir absoliuti temperatūra T=273,15 K.

GRĮSTAMAS PROCESAS– proceso modelis, kuriam galimas atvirkštinis procesas, paeiliui kartojantis visas nagrinėjamo proceso tarpines būsenas. Tik grįžtamasis pusiausvyros procesas. Pavyzdys - . trečia. .

SANTYKINĖ DRĖGMĖ– fizikinis dydis, lygus ore esančių vandens garų tankio (elastingumo) ir sočiųjų garų tankio (elastingumo) santykiui toje pačioje temperatūroje. Išreiškiamas procentais. trečia. absoliuti drėgmė.

STEAM- dujinės būsenos medžiaga tokiomis sąlygomis, kai suspaudus galima pasiekti pusiausvyrą su ta pačia medžiaga skystoje arba kietoje būsenoje, t.y. esant žemesnei nei kritinei temperatūrai ir slėgiui (žr. kritinė būklė). Esant žemam slėgiui ir aukšta temperatūra garo savybės artėja prie idealios dujos.

BŪSENOS PARAMETRAS, termodinaminis parametras yra fizikinis dydis, kuris termodinamikoje apibūdina sistemos būseną. Pvz., slėgis, temperatūra, vidinė energija, entropija ir kt. P.S. todėl yra tarpusavyje susiję pusiausvyros būsena sistemas galima vienareikšmiškai nustatyti pagal ribotą parametrų skaičių (žr būsenos lygtis).

GARŲ GAMYBA– medžiagos perėjimo iš skystos arba kietos būsenos į dujinę būseną procesas. Jis tęsiasi uždarame tūryje, kol susidaro sočiųjų garų. Yra dviejų tipų P.: garinimas Ir verdantis.

DALINIS SLĖGIS- sudėtyje esančių dujų slėgis dujų mišinys, kurią jis veiktų, jei užimtų visą mišinio tūrį ir būtų mišinio temperatūroje. cm. .

PASKALO DĖSNIS– pagrindinis įstatymas hidrostatika: išorinių jėgų sukurtas slėgis skysčio ar dujų paviršiuje perduodamas vienodai visomis kryptimis.

PIRMASIS TERMODINAMIKOS DĖSNIS– vienas pagrindinių dėsnių termodinamika, kuris yra energijos tvermės dėsnis, skirtas termodinaminė sistema: šilumos kiekis K, perduodamas sistemai, išleidžiamas sistemos vidinei energijai keisti ΔU ir sistemos darbo atlikimą Sistema prieš išorines jėgas. Formulė: Q=ΔU+A sistema. Dėl P.z.t. remiantis šiluminių variklių veikimu. Ją galima suformuluoti įvairiai: sistemos vidinės energijos pokytis ΔU lygus sistemai perduoto šilumos kiekio sumai K ir išorinių jėgų darbas sistemoje Išor. Formulė: ΔU=Q+A išorės. Aukščiau pateiktose formulėse Išor. = - Sistema.

LYDYMAS– medžiagos perdavimo procesas iš kristalinė būsenaį skystį. Atsiranda absorbuojant tam tikrą šilumos kiekį lydymosi temperatūroje, priklausomai nuo medžiagos pobūdžio ir slėgio. cm. susiliejimo šiluma.

PLAZMA- jonizuotos dujos, kuriose teigiamų ir neigiamų krūvių koncentracijos yra beveik lygios. Susidarė, kai elektros iškrova dujose, kai dujos įkaitinamos iki temperatūros, pakankamos terminei jonizacijai. Didžioji dalis materijos Visatoje yra plazmos būsenoje: žvaigždės, galaktikos ūkai ir tarpžvaigždinė terpė.

PLASTIKAS- kietųjų kūnų savybė, veikiant išorinėms jėgoms, keisti savo formą ir dydį nesugriuvus ir išlaikyti likutį (plastiką) deformacija. Priklauso nuo skysčio tipo ir temperatūros. Gali keisti paviršinio aktyvumo medžiagos (pvz., muilas).

PAVIRŠIAUS ĮTEMPIMAS- reiškinys, išreikštas skysčio polinkiu mažinti savo paviršiaus plotą. Jį sukelia tarpmolekulinė sąveika ir susidaro molekulių paviršinis sluoksnis, kurio energija yra didesnė už molekulių, esančių tam tikrame skystyje, energiją toje pačioje temperatūroje.

Pagal molekulinės kinetikos teoriją (MKT), visos medžiagos susideda iš mažyčių dalelių – molekulių. Molekulės nuolat juda ir sąveikauja viena su kita.

MCT pateisinama daugybe eksperimentų ir didžiulė suma fiziniai reiškiniai. Panagrinėkime tris pagrindines jo nuostatas.

Visos medžiagos yra sudarytos iš dalelių

1) Visos medžiagos susideda iš mažyčių dalelių: molekulių, atomų, jonų ir kt., atskirtų tarpais.

Molekulė- mažiausia stabili medžiagos dalelė, išlaikanti pagrindines chemines savybes.

Molekulės, sudarančios šią medžiagą, yra lygiai tokios pačios; skirtingos medžiagos yra sudarytos iš skirtingų molekulių. Gamtoje yra nepaprastai didelis skaičiusįvairios molekulės.

Molekulės sudarytos iš mažesnių dalelių, vadinamų atomais.

Atomai - smulkios dalelės cheminis elementas, išsaugantis jo chemines savybes.

Skaičius skirtingi atomai santykinai mažas ir lygus cheminių elementų (116) ir jų izotopų skaičiui (apie 1500).

Atomai yra labai sudėtingi dariniai, tačiau klasikinis MKT naudoja kietų nedalomų sferinių dalelių pavidalo atomų modelį.

Tarpų tarp molekulių buvimas išplaukia, pavyzdžiui, iš eksperimentų su įvairių skysčių išstūmimu: mišinio tūris visada yra mažesnis už sumaišytų skysčių tūrių sumą. Medžiagų pralaidumo, gniuždomumo ir tirpumo reiškiniai taip pat rodo, kad jie nėra ištisiniai, o susideda iš atskirų dalelių, atskirtų tarpais.

Naudojant šiuolaikiniai metodai tyrimais (elektronų ir zondų mikroskopais) pavyko gauti molekulių vaizdus.

*Kelių santykių dėsnis

Molekulių egzistavimą puikiai patvirtina kelių santykių dėsnis. Jame rašoma: „Kai iš dviejų elementų susidaro skirtingi junginiai (medžiagos), vieno iš elementų masės skirtinguose junginiuose yra susijusios kaip sveikieji skaičiai, t. Pavyzdžiui, azotas ir deguonis sudaro penkis junginius: N 2 O, N 2 O 2, N 2 O 3, N 2 O 4, N 2 O 5. Juose deguonis jungiasi su tuo pačiu azoto kiekiu tokiais kiekiais, kurie yra daugybe santykių 1:2:3:4:5. Kelių santykių dėsnį lengva paaiškinti. Kiekviena medžiaga susideda iš identiškų molekulių, kurios turi atitinkamas atominė sudėtis. Kadangi visos tam tikros medžiagos molekulės yra identiškos, masės kiekių santykis paprasti elementai, įtrauktas į viso kūno sudėtį, yra toks pat kaip ir atskiroje molekulėje, todėl yra atominių svorių kartotinis, kurį patvirtina patirtis.

Molekulių masė

Molekulės masę nustatykite įprastu būdu, t.y. sverti, žinoma, neįmanoma. Ji tam per jauna. Šiuo metu yra daugybė molekulių masės nustatymo metodų, ypač masės nustatomos naudojant masės spektrografą. m 0 visų periodinės lentelės atomų.

Taigi, anglies izotopui \(~^(12)_6C\) m 0 = 1,995·10 -26 kg. Kadangi atomų ir molekulių masės yra labai mažos, skaičiavimuose jie dažniausiai naudoja ne absoliučią, o santykinės vertės masės, gautos lyginant atomų ir molekulių mases su atominės masės vienetu, kuriam \(~\dfrac(1)(12)\) dalis anglies izotopo atomo masės \(~^(12)_6C \) pasirinktas:

1 amu = 1/12 m 0C = 1,660·10 -27 kg.

Santykinė molekulinė(arba atominė) masė M r yra dydis, parodantis, kiek kartų didesnė molekulės (ar atomo) masė atominis vienetas masės:

\(~M_r = \dfrac(m_0)(\dfrac(1)(12) \cdot m_(0C)) . \qquad (1)\)

Santykinė molekulinė (atominė) masė yra bematis dydis.

Visų cheminių elementų santykinės atominės masės nurodytos periodinėje lentelėje. Taigi vandenilio atveju jis yra 1,008, helio - 4,0026. Atliekant skaičiavimus, santykinė atominė masė suapvalinama iki artimiausio sveikojo skaičiaus. Pavyzdžiui, vandenilis turi iki 1, helis - iki 4.

Santykinė tam tikros medžiagos molekulinė masė yra lygi santykinės masės sumai atominės masės elementai, sudarantys tam tikros medžiagos molekulę. Jis apskaičiuojamas naudojant periodinę lentelę ir cheminė formulė medžiagų.

Taip, vandeniui H2O santykinė molekulinė masė yra M r = 1 2 + 16 = 18.

Medžiagos kiekis. Avogadro konstanta

Kūne esančios medžiagos kiekį lemia tame kūne esančių molekulių (arba atomų) skaičius. Kadangi molekulių skaičius makroskopiniuose kūnuose yra labai didelis, norint nustatyti medžiagos kiekį kūne, jame esančių molekulių skaičius lyginamas su atomų skaičiumi 0,012 kg anglies izotopo \(~^(12)_6C \).

Medžiagos kiekis ν - reikšmė, lygi molekulių (atomų) skaičiaus santykiui N tam tikrame kūne iki atomų skaičiaus N A 0,012 kg anglies izotopo \(~^(12)_6C\):

\(~\nu = \dfrac(N)(N_A) . \qquad (2)\)

Medžiagos kiekio SI vienetas yra molis. 1 molis- medžiagos kiekis, kuriame yra toks pat kiekis konstrukciniai elementai(atomai, molekulės, jonai), kiek atomų yra 0,012 kg anglies izotopo \(~^(12)_6C\).

Dalelių skaičius viename medžiagos molyje vadinamas Avogadro konstanta.

\(~N_A = \dfrac(0,012)(m_(0C))= \dfrac(0,012)(1,995 \cdot 10^(-26))\) = 6,02·10 23 mol -1. (3)

Taigi, 1 molis bet kurios medžiagos turi tiek pat dalelių - N A dalelės. Kadangi masė m 0 dalelių skirtingoms medžiagoms skiriasi, tada skiriasi ir masė N A dalelės įvairių medžiagų skirtinga.

Medžiagos masė, paimta 1 molio kiekiu, vadinama molinė masė M:

\(~M = m_0 N_A . \qquad (4)\)

Molinės masės SI vienetas yra kilogramas vienam moliui (kg/mol).

Tarp molinės masės Μ ir santykinė molekulinė masė M r yra toks ryšys:

\(~M = M_r \cdot 10^(-3) .\)

Taigi, molekulinė masė anglies dvideginio 44, molinis 44·10 -3 kg/mol.

Žinodami medžiagos masę ir jos molinė masė M, galite rasti apgamų skaičių (medžiagos kiekį) kūne\[~\nu = \dfrac(m)(M)\].

Tada iš (2) formulės dalelių skaičius kūne

\(~N = \nu N_A = \dfrac(m)(M) N_A .\)

Žinodami molinę masę ir Avogadro konstantą, galime apskaičiuoti vienos molekulės masę:

\(~m_0 = \dfrac(M)(N_A) = \dfrac(m)(N) .\)

Molekuliniai dydžiai

Molekulės dydis yra santykinė vertė. Taip jis vertinamas. Tarp molekulių kartu su patraukliomis jėgomis veikia ir atstumiančios jėgos, todėl molekulės gali priartėti viena prie kitos tik tam tikru atstumu. d(1 pav.).

Didžiausias priartėjimo atstumas tarp dviejų molekulių centrų vadinamas efektyvus skersmuo molekules d(daroma prielaida, kad molekulės turi sferinę formą).

Įvairių medžiagų molekulių dydžiai nėra vienodi, tačiau visos jos yra 10 -10 m dydžio, t.y. labai mažas.

Taip pat žr

1. Kikoin A.K. Materijos masė ir kiekis, arba Apie vieną Niutono „klaidą“ // Quantum. - 1984. - Nr 10. - S. 26-27
2. Kikoin A.K. Paprastas būdas nustatyti molekulių dydį // Quantum. - 1983. - Nr 9. - P.29-30

Molekulės juda atsitiktinai

2) Molekulės yra nuolatiniame atsitiktiniame (šiluminiame) judėjime.

Molekulių šiluminio judėjimo tipas (transliacinis, vibracinis, sukamasis) priklauso nuo jų sąveikos pobūdžio ir kinta, kai medžiaga pereina iš vienos agregacijos būsenos į kitą. Šiluminio judėjimo intensyvumas priklauso ir nuo kūno temperatūros.

Pateikiame keletą atsitiktinio (chaotiško) molekulių judėjimo įrodymų: a) dujų noras užimti visą joms teikiamą tūrį; b) difuzija; c) Brauno judesys.

Difuzija

Difuzija- spontaniškas abipusis besiliečiančių medžiagų molekulių įsiskverbimas, dėl kurio medžiagos koncentracija visame tūryje išlyginama. Difuzijos metu kūnų, besiribojančių viena su kita, molekulės, nuolat judėdamos, prasiskverbia į viena kitos tarpmolekulines erdves ir pasiskirsto tarp jų.

Difuzija pasireiškia visuose kūnuose – dujose, skysčiuose, kietose medžiagose, bet nevienodu laipsniu.

Difuziją dujose galima aptikti, jei, pavyzdžiui, patalpoje atidaromas indas su kvapiosiomis dujomis. Po kurio laiko dujos pasklis po visą kambarį.

Difuzija skysčiuose vyksta daug lėčiau nei dujose. Pavyzdžiui, jei pirmą kartą į stiklinę pilate tirpalo sluoksnį vario sulfatas, o tada labai atsargiai įpilkite sluoksnį vandens ir palikite stiklinę pastovios temperatūros patalpoje, tada po kurio laiko išnyks aštri riba tarp vario sulfato tirpalo ir vandens, o po kelių dienų skysčiai susimaišys.

Difuzija kietose medžiagose vyksta dar lėčiau nei skysčiuose (nuo kelių valandų iki kelerių metų). Jį galima pastebėti tik gerai nupoliruotuose kūnuose, kai atstumai tarp poliruotų kūnų paviršių yra artimi tarpmolekuliniam atstumui (10 -8 cm). Šiuo atveju difuzijos greitis didėja didėjant temperatūrai ir slėgiui.

Difuzija vaidina svarbų vaidmenį gamtoje ir technologijose. Pavyzdžiui, gamtoje dėl difuzijos augalai maitinami iš dirvožemio. Žmogaus ir gyvūno kūnas sugeria per sienas virškinamojo trakto maistinių medžiagų. Technologijoje, pavyzdžiui, naudojant difuziją, metalo gaminių paviršinis sluoksnis prisotinamas anglies (cementavimas) ir kt.

• Difuzijos tipas yra osmosas- skysčių ir tirpalų prasiskverbimas per porėtą pusiau pralaidžią pertvarą.

Brauno judesys

Brauno judesį 1827 m. atrado anglų botanikas R. Brownas, teorinį pagrindimą MKT požiūriu 1905 m. pateikė A. Einšteinas ir M. Smoluchovskis.

Brauno judesys- tai atsitiktinis mažyčių kietųjų dalelių, „suspenduotų“ skysčiuose (dujose), judėjimas.

„Suspenduotos“ dalelės yra dalelės, kurių medžiagos tankis yra panašus į terpės, kurioje jos yra, tankį. Tokios dalelės yra pusiausvyroje ir menkiausios išorinis poveikis ant jo veda prie jų judėjimo.

Brauno judesiui būdingi šie požymiai:

Brauno judėjimo priežastys yra šios:

1. terminis chaotiškas terpės, kurioje yra Brauno dalelė, molekulių judėjimas;
2. nėra visiškos kompensacijos už terpės molekulių poveikį šiai dalelei įvairių pusių, nes molekulių judėjimas yra atsitiktinis.

Judančios skysčio molekulės susiduria su bet kokiomis kietosiomis dalelėmis, jos perduoda joms tam tikrą judesį. Atsitiktinai dalelė pastebimai atsitrenks į dalelę vienoje pusėje didesnis skaičius molekulių nei kitos, ir dalelė pradės judėti.

• Jei dalelė pakankamai didelė, tai iš visų pusių ją atakuojančių molekulių skaičius yra itin didelis, jų poveikis kiekvienai šiuo metu yra kompensuojami, ir tokia dalelė praktiškai lieka nejudanti.

Taip pat žr

1. Bronšteinas M.P. Kaip buvo sveriamas atomas // Kvantinis. - 1970. - Nr.2. - P. 26-35

Dalelės sąveikauja

3) Medžiagoje esančias daleles tarpusavyje jungia molekulinės sąveikos jėgos – trauka ir atstūmimas.

Tarp medžiagos molekulių vienu metu veikia patrauklios ir atstumiančios jėgos. Šios jėgos įeina didele dalimi priklauso nuo atstumų tarp molekulių. Remiantis eksperimentiniais ir teoriniai tyrimai tarpmolekulinės jėgos sąveika yra atvirkščiai proporcinga n- atstumo tarp molekulių laipsnis:

\(~F_r \sim \pm \dfrac(1)(r^n),\)

kur traukos jėgoms n= 7, o atstumiančioms jėgoms n= 9 ÷ 15. Taigi, pasikeitus atstumui atstūmimo jėga kinta labiau.

Tarp molekulių egzistuoja ir patrauklios, ir atstumiančios jėgos. Yra tam tikras atstumas r 0 tarp molekulių, kuriose atstūmimo jėgos yra lygios traukos jėgoms. Šis atstumas atitinka tvartą pusiausvyros padėtis molekulių.

Didėjant atstumui r tarp molekulių mažėja ir traukos, ir atstumiančios jėgos, o atstumiančios jėgos mažėja greičiau ir tampa mažesnės už patraukliąsias. Gauta jėga (trauka ir atstūmimas) linkusi priartinti molekules prie pradinės būsenos. Tačiau pradedant nuo tam tikro atstumo r m, molekulių sąveika tampa tokia maža, kad ją galima nepaisyti. Ilgiausias atstumas r m, kuriame molekulės vis dar sąveikauja, vadinamas molekulinio veikimo spindulys (r m ~ 1,57·10 -9 m).

Mažėjant atstumui r tarp molekulių didėja ir traukiančios, ir atstumiančios jėgos, o atstumiančios jėgos didėja greičiau ir tampa didesnės už patraukliąsias. Atsiradusi jėga dabar linkusi stumti molekules viena nuo kitos.

Molekulių jėgos sąveikos įrodymai:

a) kūnų deformacija veikiant jėgai;

b) formos išsaugojimas kietais kūnais (traukos jėgos);

c) tarpų tarp molekulių (atstūmimo jėgų) buvimas.

*Sąveikos jėgų projekcinis grafikas

Dviejų molekulių sąveiką galima apibūdinti naudojant gautos projekcijos grafiką F r molekulių traukos ir atstūmimo iš tolo jėgos r tarp jų centrų. Nukreipkime ašį r iš molekulės 2 , kurio centras sutampa su koordinačių pradžia, į atstumą nuo jo r 1 iki molekulės centro 2 (3 pav., a).

Dujų, skysčių ir kietųjų medžiagų sandaros skirtumai

Esant skirtingoms medžiagos agregacijos būsenoms, atstumas tarp jos molekulių yra skirtingas. Dėl to skiriasi molekulių jėgos sąveika ir reikšmingas dujų, skysčių ir kietųjų medžiagų molekulių judėjimo pobūdžio skirtumas.

IN dujų atstumai tarp molekulių kelis kartus didesni už pačių molekulių matmenis. Dėl to sąveikos jėgos tarp dujų molekulių yra mažos, o molekulių šiluminio judėjimo kinetinė energija gerokai viršija potencialią jų sąveikos energiją. Kiekviena molekulė laisvai juda nuo kitų molekulių didžiuliu greičiu (šimtais metrų per sekundę), keisdama kryptį ir greičio modulį, kai susiduria su kitomis molekulėmis. Laisvas kelio ilgis λ dujų molekulės priklauso nuo dujų slėgio ir temperatūros. Normaliomis sąlygomis λ ~ 10 -7 m.

IN kietosios medžiagos molekulių sąveikos jėgos yra tokios didelės, kad molekulių judėjimo kinetinė energija yra daug mažesnė už potencialią jų sąveikos energiją. Molekulės atlieka nuolatinius mažos amplitudės virpesius aplink tam tikrą pastovią pusiausvyros padėtį – kristalinės gardelės mazgą.

Laikas, per kurį dalelė svyruoja apie vieną pusiausvyros padėtį, yra dalelės „nusistovėjusio gyvenimo“ laikas- kietose medžiagose yra labai didelis. Todėl kietosios medžiagos išlaiko savo formą ir normaliomis sąlygomis neteka. Molekulės „nusistovėjusio gyvenimo“ laikas priklauso nuo temperatūros. Prie lydymosi temperatūros yra apie 10 –1 – 10 –3 s, žemesnėje temperatūroje gali būti valandos, dienos, mėnesiai.

IN skysčių atstumas tarp molekulių yra daug mažesnis nei dujose ir maždaug toks pat kaip ir kietose medžiagose. Todėl sąveikos jėgos tarp molekulių yra didelės. Skysčio molekulės, kaip ir kietos medžiagos, vibruoja aplink tam tikrą pusiausvyros padėtį. Tačiau dalelių judėjimo kinetinė energija yra proporcinga potenciali energija jų sąveika, o molekulės dažniau pereina į naujas pusiausvyros padėtis („nustatytos gyvybės“ laikas 10–10–10–12 s). Tai paaiškina skysčio sklandumą.

Taip pat žr

1. Kikoin A.K. Apie suvestines materijos būsenas // Kvantinis. - 1984. - Nr. 9. - P. 20-21

Literatūra

Aksenovičius L. A. Fizika in vidurinę mokyklą: teorija. Užduotys. Testai: Vadovėlis. pašalpa bendrojo lavinimo įstaigoms. aplinka, švietimas / L. A. Aksenovičius, N. N. Rakina, K. S. Farino; Red. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsiya i vyakhavanne, 2004. - P. 119-126.