Між атомами і молекулами діють сили притягання і відштовхування.

Молекули настільки малі, що розрізнити їх неозброєним оком і навіть у звичайний мікроскоп не можна. Ще в 1974 році за допомогою електронного мікроскопа дістали фотографії окремих атомів і молекул, що, безумовно, стало найбільш переконливим доказом їх існування.

Дифузія - це явище змішування самих по собі речовин одна з одною. Найпростіший приклад дифузії в газах - швидке поширення запахів навіть в спокійному повітрі: аромат парфумів вже через декілька хвилин відчувається по всій кімнаті. Це легко пояснити з точки зору молекулярно-кінетичної теорії: молекули обох газів, рухаючись невпорядковано і стикаючись одна з одною, проникають у проміжки між сусідніми молекулами, що призводить до проникнення одного газу в інший; поступово виникає однорідна суміш газів.

Осмос - важливий випадок дифузії - взаємне проникнення речовин крізь пористі перегородки. Дифузію рідин крізь пористу перегородку можна спостерігати на такому досліді. Затягнемо широкий отвір лійки целофаном або пергаментом, наповнимо Ії розчином мідного купоросу і опустимо в посудину з водою (мал. 1). Через певний час рівень розчину в лійці підвищиться. Отже, вода дифундує в розчин мідного купоросу швидше, ніж розчин в воду. Блакитне забарвлення води в посудині свідчить про те, що мідний купорос хоч і повільно, все ж дифундує в воду.

Броунівський рух -є одним з найбільш переконливих доказів існування молекул і їх хаотичного теплового руху. Названий на честь англійського ботаніка Броуна. Він розглядав в мікроскоп краплину води і звернув у вагу на невпорядкований рух плаваючих у ній спор рослин: ці частинки створювали невпинний невпорядкований рух - своєрідний «вічний танок». Це явище можете спостерігати і ви. Для цього краплю дуже розведеної у воді туші слід помістити на предметне скло мікроскопа зі збільшенням в 500-600 разів. Рідина, яка здавалась суцільною і однорідною, в полі зору мікроскопа виглядатиме зовсім інакше: чорні, неправильної форми шматочки різних розмірів плавають у безбарвній рідині. Зрозуміло, що це не молекули, а шматочки сажі, з якої виготовлена туш.

50.Термодинамічний і статистичний методи вивчення макроскопічних систем. Молекулярна фізика і термодинаміка -розділи фізики, в яких вивчаються макроскопічні процеси в тілах, що зв'язані з великою кількістю атомів і молекул, з яких складаються тіла.

Для дослідження цих процесів використовують два методи: статистичний (молекулярно-кінетичний) і термодинамічний.

Молекулярна фізика вивчає будову і властивості речовини, виходячи з молекулярно-кінетичних уявлень про те. що всі тіла складаються з атомів і молекул, які перебувають у неперервному тепловому русі.

Безпосереднім дослідним підтвердженням справедливості молекулярно-кінетичної теорії є процес дифузії, броунівський рух.

Властивості величезного скупчення молекул, що утворюють тіло, підлягають особливим статистичним закономірностям і їх можна вивчити за допомогою статистичного методу, який ґрунтується на тому, що властивості макроскопічної системи визначаються властивостями частинок системи, особливостями їх руху і усередненими значеннями динамічних характеристик цих частинок (швидкості, енергії тощо).

Сукупність величезної кількості молекул набуває нових властивостей, яких не має кожна молекула зокрема, і підлягає статистичним законам. У сучасній фізиці статистичний метод використовується у формі класичної і квантової статистик.

Термодинаміка - розділ фізики, що вивчає загальні властивості макроскопічних систем, що знаходяться в стані термодинамічної рівноваги, і процеси переходу між цими станами.

На основі термодинамічного методу вивчаються умови перетворення енергії з одного виду в інший і ті самі перетворення з кількісного боку. В основі термодинаміки лежать два експериментально встановлені закони, які називають першим і другим законами термодинаміки. Термодинаміка нічого не досліджує про мікроскопічну будову речовини, механізм явиш, а лише встановлює зв'язок між макроскопічними властивостями речовини.

Термодинамічна система -сукупність макроскопічних тіл, які взаємодіють і обмінюються енергією як між собою, так і з іншими тілами.

Стан системи задасться термодинамічними параметрами -сукупністю фізичних величин, що характеризують властивості термодинамічної системи.

Найважливіші параметри стану хімічно однорідної системи - об'єм V, тиск р і температура Т. Між цими трьома основними параметрами стану існує зв'язок, що називається рівнянням стану: f (V,р,Т) = 0.

Стан термодинамічної системи називається стаціонарним, якщо значення всіх термодинамічних параметрів системи не змінюються з часом. Стаціонарний стан системи називається рівноважним, якщо його незмінність у часі не зумовлена перебігом яких-небудь процесів у зовнішніх відносно системи тілах. Будь-яка зміна в термодинамічній системі, яка зв'язана із зміною хоча би одного з його термодинамічних параметрів, називається термодинамічним процесом.

Рівноважними називаються такі процеси, під час яких зміна стану тіла відбувалася дуже повільно, точно кажучи, нескінченно повільно, і при цих процесах система проходить неперервний ряд нескінченно близьких рівноважних термодинамічних станів.

Усі реальні процеси відбуваються із скінченною швидкістю і тому нерівноважні.

51.Ідеальний газ. Тиск газу. Основне рівняння МКТ ідеального газу.

Ідеа́льний газ (рос. идеальный газ; англ. ideal gas, нім. ideales Gas, n) — це газ, в якому молекули можна вважатиматеріальними точками, а силами притягання й відштовхування між молекулами можна знехтувати. У природі такого газу не існує, але близькими за властивостями до ідеального газу є реальні розріджені гази, тиск в яких не перевищує 200 атмосфер і які перебувають при не дуже низькій температурі, оскільки за таких умов відстань між молекулами набагато перевищує їх розміри.У молекулярно-кінетичній теорії користуються моделлю ідеального газу, що задовольняє такі умови:

1)власний об'єм молекул газу нехтовно малий порівняно з об'ємом посудини;

2) між молекулами газу відсутні сили взаємодії;

3) зіткнення молекул газу між собою і з стінками посудини абсолютно пружні.

Модель ідеального газу можна використати, вивчаючи реальні гази, оскільки вони при умовах, близьких до нормальних, а також при низьких тисках і високих температурах близькі за своїми властивостями до ідеального газу.

Основне рівняння молекулярно-кінетичної теорії пов'язує параметри стану газу з характеристиками руху його молекул, тобто встановлює залежність між тиском і об'ємом газу і кінетичною енергією поступального руху його молекул.

Тиск газу в посудині є результатом зіткнення молекул газу із стінками посудини. Тиск газу є макроскопічним проявом руху молекул.

Загальний імпульс, переданий всіма молекулами площадці,

.

Тиск газу на площадку :

,

де враховано, що імпульс сили дорівнює зміні імпульсу молекул:

.

Так само тиск на будь-яку площадку, яка перпендикулярна до осей і визначається рівностями:

, .

Зважаючи на повну хаотичність рухів молекул, тиск газу в будь-якому напрямку повинен бути однаковий, тобто

.

Додамо почленно рівняння для , і :

.

Через те, що , то .

Величина - це сума квадратів швидкостей усіх молекул в одиниці об'єму газу. При великій кількості молекул немає потреби знати значення квадрата швидкості кожної молекули. Тому знайдемо середнє значення цієї величини. За визначенням

.

Величина називається середньою квадратичною швидкістю.

В результаті тиск газу .

Це рівняння називається основним рівнянням молекулярно-кінетичної теорії ідеального газу для тиску.

Знайдену формулу перепишемо у вигляді:

, (1)

де - середня кінетична енергія поступального руху однієї молекули газу.

Знайдемо вираз для середньої кінетичної енергії поступального руху молекули ідеального газу:

.

Оскільки:

,

то

. (2)

Враховуючи рівняння (2) співвідношення (1) можна записати у вигляді:

. (3)

З рівняння (2) випливає, що середня кінетична енергія поступального руху молекул ідеального газу залежить тільки від його абсолютної температури, прямо пропорційна до .

На рис.2 зображено залежність від . Якщо , , тобто припиняється поступальний рух молекул газу, а отже, дорівнює нулю і його тиск.

Отже, абсолютна температура є міра середньої кінетичної енергії поступального руху молекул.

Однак в області температур, близьких до абсолютного нуля, поведінка молекул описується не класичними законами, а законами квантової механіки.

Дата добавления: 2015-11-14