Ідеальний газта його характеристики

Вступ

Молекулярна фізика¾ наука, що вивчає фізичні властивості та агрегатні стани речовини в залежності від її молекулярної будови, сил взаємодії між структурними частинками - атомами чи молекулами та характеру теплового руху цих частинок. Молекули складаються з атомів. У складі атомів є однакове число електронів і протонів, та нейтрони. Протони та нейтрони утворюють ядро атома. Іонявляє собою заряджений атом.

На малих відстанях між частинками речовини (r~10^-9 м) виникає сила притягання , апри ще менших відстанях виникає сила відштовхування . Ці сили прикладені до частинки, лежать на одній прямій і протилежно направлені. На відстані рівнодійна сил і точка з координатою є точкою рівноваги. При малих відхиленнях від положення рівноваги, рівнодійна сила лінійно залежить від г і може створювати коливальний рух. На Mал.49 наведена залежність рівнодійної сили в залежності від відстані між частинками.

Велике число частинок речовини досліджується статистичним методом. Статистичний метод - метод, що вивчає властивості макроскопічних систем на підставі ймовірнісного та статистичного аналізу закономірностей теплового руху великого числа мікрочастинок, що складають ці системи. За допомогою молекулярно-кінетичної теорії визначаються такі властивості термодинамічних систем

· тиск,

· температура,

· енергія,

· теплоємність,

· явища переносу та інше.

В основі молекулярно-кінетичної теоріїлежать три положення:

* усі фізичні тіла складаються з великого числа частинок ¾ молекул, атомів або іонів, розміри яких складають ,

* частинки речовини постійно знаходяться в тепловому хаотичному русі, а їх середня кінетична енергія визначає температуру тіла,

* між частинками речовини діють сили взаємодії, які, в залежності від відстані між частинками, будуть силами тяжіння або силами відштовхування.

6.2. Імовірністьта флуктуації

Наведемо деякі визначення поняття ймовірності.

1. Імовірність w_і деякого і-го стану системи визначається границею відношення часу t_і, на протязі якого система знаходиться в даному стані, до повного часу Т спостереження за системою при необмеженому збільшенні Т

. (1)

2. Якщо фізична величина А при N вимірюваннях мала N_i число значень А_і, то ймовірність w_i того, що величина А має значення А_і дорівнює границі відношення N_i/N при необмеженому зростанні N і вона співпадає з імовірністю w_і і - го стану системи

. (2)

3. Імовірність dw(A) того, що фізична величина має значення в інтервалі (A; A + dA) пропорційна dA

dw(A) = f(A)dA, (3)

де f(A) - називається густиною ймовірності або функцією розподілу ймовірності.

Умова нормування ймовірностідля дискретних станів

(4)

¾ сума ймовірності по всім можливим станам є ймовірність достовірної величини і вона дорівнює 1, а для неперервної зміни стану сума замінюється інтегралом

(5)

¾ сума ймовірностей для всіх елементарних значень параметра стану А є ймовірність достовірної величини і дорівнює 1.

Середнє статистичне значеннявеличини А позначається і визначається для дискретних станів так

, (6)

а для неперервної зміни величини А як

,

де сума й інтеграл беруться по всім можливим станам системи.

Флуктуації ¾ це випадкові відхилення термодинамічних параметрів від рівноважних значень. Якщо термодинамічна система складається з невеликого числа частинок, то розподіл частинок, випадково відхиляючись від рівноважного, може суттєво змінювати величини термодинамічних параметрів. Для кількісної оцінки флуктуації деякої величини А використовують квадратичну флуктуацію, яку ще називають дисперсією s . Дисперсія є середнє значення квадрата відхилення А від її середнього значення:

.

Величина називається абсолютною флуктуацією, а ¾ відносною.

Природа флуктуацій термодинамічних величин визначається хаотичним тепловим рухом структурних частинок середовища. Чим більше число N цих частинок, тим менший вплив їх флуктуацій на значення термодинамічних величин. Доведено, що для хімічно однорідного ідеального газу, при сталому об'ємі, флуктуації густини r, тиску Р та температури Т обернено пропорційні кореню з числа частинок газу

.

Звідси видно, що для середовища з великим числом частинок флуктуаціями термодинамічних величин можна нехтувати.

Ідеальний газта його характеристики

Фізична модель ідеального газу передбачає, що

· в ньому відсутні сили притягання між частинками на відстані,

· власним об'ємом частинок газу, порівняно з наданим йому об'ємом, можна знехтувати,

· співударяння між частинками центральні й пружні.

· частинки здійснюють хаотичний тепловий рух, який відповідає рівно ймовірному напрямкові руху частинок по всім виділеним напрямкам. Наприклад, в системі координат XYZ є 6 напрямків руху і тому в напрямкові + ОХ, як і в інших напрямках, із N частинок буде рухатися частинок.

Молекула¾ найменша стійка частинка речовини, яка ще несе в собі її хімічні властивості.

Молекула складається з атомів хімічних елементів, наприклад, молекула кисню ¾ , води ¾ , азоту ¾ .

Атом- найменша частинка хімічного елемента, яка є носієм його хімічних властивостей, наприклад, кисень ¾ О, водень ¾ Н, азот ¾ N.

Атомна одиниця маси (аом) ¾ частка маси атома стійкого ізотопу вуглецю і

,

яка є мірою мас атомів та молекул.

Атомна (молекулярна) маса А(М) ¾ масаатома (молекули) m виражена в атомних одиницях маси. Їх маса в системі СІ

Наприклад, атомна маса водню ¾ А(Н)=1, молекулярна маса молекули водню ¾ М()=2, А(N)=14, M(CO)=20, М()=28, а масу молекули можна обчислити через молярну масу у такий спосіб

.

Моль ¾ кількість речовини, що містить у собі число Авогадро структурних одиниць: атомів (простий хімічний елемент) або молекул (складний хімічний елемент).

Маса моляречовини m вимірюється в кг і її можна обчислити через атомну А чи молекулярну М маси так

.

Кількість моліву речовині позначається літерою n і вона дорівнює n=m/m.

Універсальна (молярна) газова стала .

Стала Больцмана . Величини k, N_A, та R зв'язані співвідношенням .

Температура

Температура характеризує ступінь нагрітості тіла і є мірою хаотичного руху структурних частинок речовини. Шкали температури визначають температурою кипіння t_k води та температурою плавлення t₀ льоду при нормальному атмосферному тиску, який можна визначити через тиск стовпа ртуті висотою 760 мм

1).Шкала Цельсія:

.

Дата добавления: 2015-10-28