Den anden position i den molekylære kinetiske teori. Skoleleksikon

Nogle gange under A.v. forstå vanddampens partialtryk. I dette tilfælde måles det i pascal (Pa).

ABSOLUT TEMPERATUR- temperatur, målt på en absolut termodynamisk skala, uafhængig af det termometriske stofs egenskaber. Talt fra det absolutte nul. Enhed A.t. i SI Kelvin (K).

ABSOLUT NUL- absolut temperaturreferencepunkt; er 273,16 K under temperaturen af vandets tredobbelte punkt, for hvilken værdien på 0,01 o C accepteres. atomers og molekylers translations- og rotationsbevægelse stopper, men de er ikke i ro, men i en tilstand af "nul" vibrationer. Det følger af termodynamikkens love, at A.n. praktisk talt uopnåelige.

AVOGADRO LOV- en af de grundlæggende love for ideelle gasser: lige store volumener af forskellige gasser ved samme temperatur og tryk indeholder det samme antal molekyler. Åbnet i 1811 af italieneren. fysiker A. Avogadro (1776-1856).

AVOGADRO KONSTANT(antal) - antallet af partikler pr. enhedsmængde stof (i 1 mol): N A \u003d 6.022. 1023 mol-1.

SAMLET STANDSSTAND- tilstande af samme stof, der adskiller sig i arten af den termiske bevægelse af partikler. Normalt er der 3 ASW: gas, flydende og fast; nogle gange omtales plasmatilstanden også her. Stof i enhver A.S. eksisterer under visse ydre forhold (temperatur, tryk), hvis ændring fører til en overgang fra én A.S. ind i en anden.

ADIABATISK (ADIABATISK) PROCES– en model af en termodynamisk proces, hvor der ikke er varmeudveksling mellem det pågældende system og miljøet. En rigtig termodynamisk proces kan betragtes som A., hvis den sker enten i en varmeisolerende skal, eller så hurtigt, at varmevekslingen ikke når at ske.

Linjen, der viser ligevægten på ethvert termodynamisk diagram adiabatisk behandle. Ligning a. for en ideel gas har formen - adiabatisk eksponent, og med s og med v varmekapacitet ved henholdsvis konstant tryk og volumen.

AMORF STAT- tilstanden af et fast stof, hvor der ikke er et arrangement af molekyler. Derfor en. stoffet har isotropi, dvs. har de samme fysiske egenskaber i alle retninger og har ikke noget bestemt smeltepunkt.

ANGEROY- et aneroidbarometer, en anordning til måling af atmosfærisk tryk, hvis modtagende del er en metalkasse, indeni hvilken der skabes et stærkt vakuum. Ved skift af atm. tryk ændres deformationen af kassen, hvilket ved hjælp af en fjeder forbundet med den og et system af håndtag får pilemarkøren til at dreje.

ANISOTROPI- afhængigheden af stoffets fysiske egenskaber af retningen (i modsætning til isotropi). Det er forbundet med mediernes indre ordnede struktur og findes i fænomenerne elasticitet, termisk og elektrisk ledningsevne, udbredelsen af lyd og lys i faste stoffer. Det kan også være iboende i det fysiske rum i nærvær af elektromagnetiske, gravitations- og andre felter.

ATMOSFÆRETRYK Det tryk, som jordens atmosfære udøver på alle genstande i den. Det bestemmes af vægten af den overliggende luftsøjle og er den vigtigste størrelse, der beskriver tilstanden af jordens atmosfære. Enheder A.d. i SI - Pa, mm Hg. Normal A.d. lig med 760 mm Hg. eller 1013 hPa.

BAROMETER- en anordning til måling af atmosfærisk tryk. Den mest almindelige deformation B., som for eksempel omfatter B. - aneroid(1844, L. Vidi). I et sådant B., når det atmosfæriske tryk ændres, synker membranen, og lukker boksen, hvorfra luften evakueres, og i dette tilfælde afbøjes pilen, der er forbundet med membranen gennem et system af håndtag. Handling væske B. (for eksempel kviksølv B. E. Torricelli, 1644) er baseret på at afbalancere det atmosfæriske tryk sial med vægten af en væskesøjle.

KORT ORDRE- ordnet arrangement af atomer eller molekyler inden for afstande tæt på interatomiske; karakteristisk for amorfe stoffer og nogle væsker. (jf.).

BOYLE-MARIOTTE LOV- en af lovene ideel gas: for en given masse af en given gas ved konstant temperatur er produktet af tryk og volumen en konstant. Formel: pV=konst. Beskriver en isoterm proces.

En af de vigtigste fysiske konstanter, lig med forholdet mellem det universelle gas konstant R til N A.B.p. .Inkluderet i en række vigtige forhold i statistisk fysik: forbinder jfr. kinetisk energi af partikler og temperatur, entropi af et fysisk system og dets termodynamiske sandsynlighed.

BRUNSK BEVÆGELSE- tilfældig bevægelse af små makroskopiske partikler suspenderet i en væske eller gas, der forekommer under påvirkning af den termiske bevægelse af molekyler. Visuel bekræftelse af den molekylær-kinetiske teori. Opdaget af R. Brown i 1827. Forklaret af A. Einstein og M. Smoluchowski i 1905. Teorien blev testet i J. Perrins eksperimenter i 1906-11.

VAKUUM- tilstanden af en gas, der er indesluttet i en beholder, med et tryk, der er væsentligt lavere end atmosfærisk tryk. Afhængigt af forholdet mellem den frie vej af atomer eller molekyler og den lineære størrelse af karret, skelnes der mellem ultrahøjt, højt, medium og lavt vakuum.

LUFTFUGTIGHED- tilstedeværelsen af vanddamp i luften. Beskrevet ved fysiske størrelser absolut og i forhold PÅ . , som måles hygrometre.

INTERN ENERGI- kroppens energi, kun afhængig af dens indre tilstand; består af energien fra tilfældig (termisk) bevægelse af atomer, molekyler eller andre partikler og energien fra intraatomare og intermolekylære bevægelser og interaktioner. (Cm. termodynamikkens første lov). I MKT tages der ikke højde for energien af intraatomare partikler og deres interaktioner.

DEN ANDEN LOV OM TERMODYNAMIK en af de grundlæggende love termodynamik, ifølge hvilken en periodisk proces er umulig, hvis eneste resultat er udførelsen af arbejde svarende til mængden af varme modtaget fra varmeren. En anden formulering: en proces er umulig, hvis eneste resultat er overførsel af energi i form af varme fra en mindre opvarmet krop til en varmere. V.z.t. udtrykker tendensen af et system bestående af et stort antal tilfældigt bevægende partikler til spontan overgang fra mindre sandsynlige tilstande til mere sandsynlige tilstande. Endnu en måde at formulere WZT på: det er umuligt at skabe en evighedsmaskine af den anden slags.

GAS KONSTANT UNIVERSAL(R) - en af de vigtigste fysiske konstanter inkluderet i tilstandsligningen (Cm.). R=(8,31441±0,00026) J/(mol K). Fysisk betydning: arbejdet med at udvide et mol af en ideel gas i en isobarisk proces med en temperaturstigning på 1 K.

GASTERMOMETER- en anordning til temperaturmåling, hvis virkning er baseret på afhængigheden af tryk eller gasvolumen af temperaturen.

en af lovene ideel gas: for en given masse af en given gas ved konstant tryk er forholdet mellem volumen og absolut temperatur en konstant værdi: (eller: volumen er direkte proportional med den absolutte temperatur: , hvor α er trykkets temperaturkoefficient). Beskriver isobarisk behandle.

HYGROMETER- instrument til måling absolut eller relativ luftfugtighed. G. opdelt i vægt (for at bestemme den absolutte luftfugtighed), kondensering (for at bestemme dugpunktet), hår (relativ luftfugtighed), samt G. psykrometriske eller psykrometre (relativ luftfugtighed).

CELSIUS- off-system temperaturenhed i henhold til International Practical Temperature Scale, hvor temperaturen tredobbelt punkt vand er 0,01 grader Celsius, og kogepunktet ved normalt atmosfærisk tryk er 100 grader Celsius.

LANG ORDRE- et ordnet arrangement af partikler (atomer eller molekyler) i hele kroppen; karakteristisk for krystallinske stoffer. ons lukke rækkefølge.

DALTONS LOV- en af de grundlæggende love for en ideel gas: trykket af en blanding af kemisk ikke-interagerende gasser er lig med summen af disse gassers partialtryk.

DEFEKTER I KRYSTALER- ufuldkommenheder i krystalstrukturen, krænkelser af det strenge periodiske arrangement af partikler (atomer, molekyler, ioner) ved krystalgitterets noder. Disse omfatter ledige pladser (punktdefekter), dislokationer (lineære defekter), bulkdefekter: revner, porer, skaller mv. De har en betydelig effekt på krystallers fysiske egenskaber.

DISSOKATIONER- ledningsfejl krystalgitter, krænker den korrekte vekslen af atomplaner. I to dimensioner har de dimensioner i størrelsesordenen af et atoms størrelse, og i den tredje kan de passere gennem hele krystallen.

DISSOCIATION- processen med opløsning af molekyler i enklere dele - atomer, grupper af atomer eller ioner. Det kan forekomme med en temperaturstigning (termisk D.), i en elektrolytopløsning (elektrolytisk D.) og under påvirkning af lys (fotokemisk D.).

FLYDENDE KRYSTALER- en stoftilstand, hvori der findes strukturelle egenskaber, der ligger mellem faststof krystal og væske. De er dannet i stoffer med aflange molekyler, hvis gensidige orientering bestemmer anisotropi deres fysiske egenskaber. De bruges i teknik, biologi og medicin.

VÆSKETERMOMETER- instrument til måling temperatur, hvis virkning er baseret på væskens termiske udvidelse. Zh.t. afhængigt af temperaturområdet er de fyldt med kviksølv, ethylalkohol og andre væsker.

VÆSKE- en af aggregerede stater stof mellem fast og gasformigt. J., ligesom solid, har lav komprimerbarhed, høj densitet og på samme tid. synes godt om gas karakteriseret ved variation af form (den flyder let). Flydende molekyler, ligesom partikler af et fast legeme, udfører termiske vibrationer, men deres ligevægtsposition ændrer sig fra tid til anden, hvilket sikrer væskens flydighed.

IDEAL GAS- en mental model af en gas, hvor kræfterne i samspil mellem partikler og størrelsen af disse partikler kan negligeres. De der. partikler tages som materielle punkter, og al interaktion reduceres til deres absolut elastiske stød. Sjældne gasser ved temperaturer langt fra kondensationstemperaturen er i deres egenskaber tæt på I.f. Statsligningen er Clapeyron - Mendeleev ligning.

ISOBAR- linje med konstant tryk, der på tilstandsdiagrammet viser ligevægten isobarisk proces.

ISOBAR PROCES(isobarisk) - en mental model af en termodynamisk proces, der foregår ved konstant tryk. For ideelle gasser er det beskrevet af loven Gay-Lussac.

ISOPROCESSER er fysiske processer, der finder sted ved konstanten af en hvilken som helst af parametrene, der beskriver systemets tilstand (se fig. isobarisk, isotermisk, isokorisk proces).

ISOTHERM- linje med konstant temperatur, der viser ligevægtstilstandsdiagrammet isotermisk proces.

ISOTHERM PROCES er en model af en termodynamisk proces, der foregår ved en konstant temperatur. For eksempel kogning af en kemisk homogen væske, smeltning af en kemisk homogen krystal ved konstant ydre tryk. For ideelle gasser er det beskrevet Boyle-Mariottes lov. ons isobarisk, isokorisk, adiabatisk proces.

ISOTROPI, isotropi - de samme fysiske egenskaber i alle retninger. Det er forbundet med fraværet af en ordnet indre struktur af medier og er iboende i gasser, væsker (undtagen flydende krystaller) og amorfe legemer. ons anisotropi.

ISOCHORE- linje med konstant volumen, der viser en isochorisk ligevægtsproces på tilstandsdiagrammet.

ISOKORISK PROCES, isochorisk proces - en termodynamisk proces, der forekommer ved et konstant volumen af systemet. For ideelle gasser er det beskrevet Charles lov.

FORdampning- processen med fordampning fra den frie overflade af en væske ved en temperatur under kogepunktet. I. fra overfladen af faste stoffer kaldes sublimering. (jf. kogning, fordampning).

KALORIMETER- en anordning til bestemmelse af forskellige kalorimetriske mængder: varmekapacitet, forbrændingsvarme, fordampningsvarme etc.

KAPILLÆR- et smalt kar med en karakteristisk tværsnitsstørrelse på mindre end 1 mm.

KAPILLÆR FÆNOMENER- fænomener forårsaget af indflydelsen af kræfter af intermolekylær interaktion på ligevægten og bevægelsen af den frie overflade af en væske, grænsefladen mellem ikke-blandbare væsker og grænserne mellem væsker og faste stoffer. For eksempel hæve eller sænke væske i meget tynde rør () og i porøse medier.

CARNO CYKLUS- en mental model af en reversibel cirkulær proces, bestående af to isotermisk og to adiabatisk processer. Under isotermisk ekspansion (varmertemperatur T n) arbejdsvæsken (idealgas) gives mængden af varme Q n og under isotermisk kompression (køleskabstemperatur T x) - mængden af fjernet varme Q x. Effektivitet C.c. afhænger ikke af arten af arbejdsvæsken og er lig med .

KOGNING- processen med intensiv fordampning ikke kun fra væskens frie overflade, men også gennem hele dets volumen inde i dampboblerne dannet i dette tilfælde. Temperaturen på K. afhænger af væskens beskaffenhed og det ydre tryk og er mellem tredobbelt punkt og kritisk temperatur (se kritisk situation).

MAYER LIGNING- en relation, der etablerer en sammenhæng mellem de molære varmekapaciteter af en ideel gas ved konstant tryk med s og ved konstant volumen med V : med P = med V + R . hvor R - .

MAXWELL DISTRIBUTION- loven om fordeling af molekylerne i en ideel gas, som er i en tilstand af termodynamisk ligevægt i henhold til hastighederne.

MANOMETER- instrument til måling tryk væsker og gasser. Skeln mellem M. til måling af absolut tryk, regnet fra nul, og M. til måling af overtryk (forskellen mellem absolut og atmosfærisk tryk). Skeln mellem væske, stempel, deformation og fjeder M. afhængigt af virkningsprincippet.

MENISKUS- den buede overflade af en væske i et smalt rør (kapillær) eller mellem tæt anbragte faste vægge (se).

- en konstant fysisk størrelse for et givet materiale, som er en proportionalitetsfaktor mellem mekanisk belastning og relativ forlængelse i Hooke lov: . M.Yu. E er lig med den mekaniske belastning, der opstår i et deformeret legeme, når dets længde fordobles. SI-måleenheden er pascal.

MOLEKYLE- den mindste stabile partikel af et stof, der har alle kemiske egenskaber og består af de samme (simpelt stof) eller forskellige (komplekse stof) atomer forenet af kemiske bindinger. ons atom.

MOLEKYLÆR MASSE er massen af molekylet, udtrykt i atommasseenheder. ons Molar masse.

MOLEKYLÆR FYSIK- en gren af fysikken, der studerer legemers fysiske egenskaber, egenskaberne ved de aggregerede tilstande af stof og processerne af faseovergange afhængigt af kroppens molekylære struktur, kræfterne af intermolekylær interaktion og arten af partiklernes termiske bevægelse ( atomer, ioner, molekyler). Cm. statistisk fysik, termodynamik.

MOLAR MASSE er massen af et mol af et stof; en skalarværdi svarende til forholdet mellem et legemes masse og mængden af et stof (antal mol) det indeholder. I SI m.m. er lig med molekylær vægt stof ganget med 10 -3 og måles i kilogram pr. mol (kg/mol).

MONOKRYSTALER- single krystaller med et enkelt krystalgitter. De er dannet under naturlige forhold eller kunstigt dyrket fra smelter, opløsninger, dampformige eller faste faser. ons polykrystaller.

MÆTTET DAMP- damp i dynamisk ligevægt med en flydende eller fast fase. Dynamisk ligevægt er en sådan tilstand, hvor det gennemsnitlige antal molekyler, der forlader væsken (fast stof), er lig med det gennemsnitlige antal dampmolekyler, der vender tilbage til væsken (faststof) på samme tid.

IRREVERSIBEL PROCES En proces, der spontant kun kan forløbe i én retning. Alle reelle processer er n.p. og i lukkede systemer er ledsaget af en stigning entropi. Cm. , .

NORMALE FORHOLD- fysiske standardbetingelser bestemt af tryk P=101325 Pa (760 mm Hg) og absolut temperatur T=273,15 K.

REVERSIBEL PROCES– en procesmodel, for hvilken en omvendt proces er mulig, som successivt gentager alle mellemliggende tilstande i den pågældende proces. Vendbar er kun ligevægtsproces. Eksempel - . ons .

RELATIV LUFTFUGTIGHED- en fysisk mængde svarende til forholdet mellem densiteten (elasticiteten) af vanddamp indeholdt i luften og densiteten (elasticiteten) af mættet damp ved samme temperatur. Udtrykt i procent. ons absolut fugtighed.

DAMP- et stof i gasform under forhold, hvor det ved kompression er muligt at opnå ligevægt med samme stof i flydende eller fast tilstand, dvs. ved temperaturer og tryk under kritiske (se kritisk situation). Ved lave tryk og høje temperaturer nærmer egenskaberne af damp sig ideel gas.

STATUSPARAMETER, en termodynamisk parameter er en fysisk størrelse, der tjener i termodynamikken til at beskrive et systems tilstand. For eksempel tryk, temperatur, intern energi, entropi osv. P.s. er indbyrdes forbundne, så systemets ligevægtstilstand kan entydigt bestemmes af et begrænset antal parametre (se fig. tilstandsligning).

DAMPENDE Den proces, hvorved et stof skifter fra en flydende eller fast tilstand til en gasformig tilstand. Det fortsætter i et lukket volumen, indtil det dannes mættet damp. Der er to typer P.: fordampning og kogende.

DELTRYK- trykket af den gas, der er en del af gasblandingen, som den ville have, som optager hele blandingens volumen alene og er ved blandingens temperatur. Cm. .

PASCALS LOV- grundloven hydrostatik: Tryk produceret af eksterne kræfter på overfladen af en væske eller gas overføres ligeligt i alle retninger.

DEN FØRSTE LOV OM TERMODYNAMIK en af de grundlæggende love termodynamik, som er loven om bevarelse af energi for et termodynamisk system: mængden af varme Q, rapporteret til systemet, bruges på at ændre den interne energi i systemet ∆ U og få systemet til at fungere Et system mod udefrakommende kræfter. Formel: Q=ΔU+A syst. Om brugen af P.z.t. driften af varmemotorer er baseret. Det kan formuleres på en anden måde: ændringen i systemets indre energi ∆ U lig med summen af den varmemængde, der overføres til systemet Q og eksterne kræfters arbejde på systemet En ext. Formel: ∆U=Q+A ydre. I disse formler En ext. = - Et syst.

SMELTNING- processen med overgang af et stof fra en krystallinsk tilstand til en flydende tilstand. Opstår ved absorption af en vis mængde varme ved smeltepunktet, afhængig af stoffets art og tryk. Cm. smeltevarme.

PLASMA- en ioniseret gas, hvor koncentrationerne af positive og negative ladninger er næsten ens. Dannet kl elektrisk udladning i gasser, når gassen opvarmes til en temperatur, der er tilstrækkelig til termisk ionisering. Langt størstedelen af stof i universet er i plasmatilstanden: stjerner, galaktiske tåger og det interstellare medium.

PLAST- faste stoffers egenskab under påvirkning af ydre kræfter til at ændre deres form og dimensioner uden at kollapse og bevare det resterende (plastik) deformationer. Afhænger af væsketype og temperatur. Kan ændres af overfladeaktive stoffer (f.eks. sæbe).

OVERFLADESPÆNDING- et fænomen udtrykt i en væskes ønske om at reducere dens overfladeareal. Det skyldes intermolekylær interaktion og er forårsaget af dannelsen af et overfladelag af molekyler, hvis energi er større end energien af molekylerne inde i en given væske ved samme temperatur.

Artiklens indhold

MOLEKYLÆR-KINETISK TEORI- en gren af molekylærfysikken, der studerer et stofs egenskaber ud fra ideer om deres molekylære struktur og visse love for vekselvirkning mellem atomer (molekyler), der udgør et stof. Det menes, at stofpartiklerne er i kontinuerlig, tilfældig bevægelse, og denne bevægelse opfattes som varme.

Indtil det 19. århundrede Et meget populært grundlag for teorien om varme var teorien om kalorieindhold eller et flydende stof, der strømmer fra en krop til en anden. Opvarmningen af kroppene blev forklaret af en stigning og afkølingen - af et fald i kalorieindholdet inde i dem. Begrebet atomer virkede i lang tid unødvendigt for teorien om varme, men mange videnskabsmænd associerede selv dengang intuitivt varme med molekylers bevægelse. Så især tænkte den russiske videnskabsmand M.V. Lomonosov. Der gik meget tid, før den molekylær-kinetiske teori endelig vandt i videnskabsmændenes sind og blev en umistelig egenskab ved fysikken.

Mange fænomener i gasser, væsker og faste stoffer finder en enkel og overbevisende forklaring inden for rammerne af molekylær kinetisk teori. Så tryk, udøvet af gassen på væggene af beholderen, hvori den er indesluttet, betragtes som det samlede resultat af talrige kollisioner af hurtigt bevægende molekyler med væggen, som et resultat af hvilke de overfører deres momentum til væggen. (Husk på, at det er ændringen i momentum pr. tidsenhed, der ifølge mekanikkens love fører til fremkomsten af en kraft, og kraften pr. enheds vægoverflade er tryk). Den kinetiske energi af partiklernes bevægelse, beregnet i gennemsnit over deres enorme antal, bestemmer, hvad der almindeligvis kaldes temperatur stoffer.

Oprindelsen af den atomistiske idé, dvs. ideen om, at alle legemer i naturen består af de mindste udelelige partikler-atomer, går tilbage til de gamle græske filosoffer - Leucippus og Demokrit. For mere end to tusinde år siden skrev Demokrit: "... atomer er utallige i størrelse og mangfoldighed, men de skynder sig i universet, cirkulerer i en hvirvelvind, og dermed fødes alt komplekst: ild, vand, luft, jord." Et afgørende bidrag til udviklingen af molekylær kinetisk teori blev givet i anden halvdel af det 19. århundrede. værker af bemærkelsesværdige videnskabsmænd J.K. Den statistiske tilgang blev generaliseret (i forhold til enhver materietilstand) i begyndelsen af det 20. århundrede. i den amerikanske videnskabsmand J. Gibbs' skrifter, som regnes for en af grundlæggerne af statistisk mekanik eller statistisk fysik. Endelig i de første årtier af det 20. århundrede fysikere indså, at adfærden af atomer og molekyler adlyder lovene for ikke klassisk, men kvantemekanik. Dette gav en kraftig impuls til udviklingen af den statistiske fysik og gjorde det muligt at beskrive en række fysiske fænomener, som tidligere ikke kunne forklares inden for rammerne af den klassiske mekaniks sædvanlige begreber.

Molekylær-kinetisk teori om gasser.

Hvert molekyle, der flyver mod væggen, når det kolliderer med det, overfører sit momentum til væggen. Da hastigheden af molekylet under elastisk kollision med væggen varierer fra værdien v Før - v, værdien af den transmitterede impuls er 2 mv. Kraft, der virker på vægoverfladen D S i tiden D t, bestemmes af værdien af det totale momentum, der transmitteres af alle molekyler, der når væggen i løbet af denne tidsperiode, dvs. F= 2mv n c D S/D t, hvor n c defineret ved udtryk (1). For trykværdi s = F/D S i dette tilfælde finder vi: p= (1/3)nmv 2.

For at opnå det endelige resultat er det muligt at opgive antagelsen om den samme hastighed af molekyler ved at adskille uafhængige grupper af molekyler, som hver har sin egen omtrent samme hastighed. Derefter findes gennemsnitstrykket ved at tage et gennemsnit af kvadratet af hastigheden over alle grupper af molekyler, eller

Dette udtryk kan også repræsenteres som

Det er praktisk at give denne formel en anden form ved at gange tælleren og nævneren under kvadratrodstegnet med Avogadro-tallet

N a= 6,023 10 23 .

Her M = mN A- atom- eller molekylvægt, værdi R = kN A\u003d 8.318 10 7 erg kaldes gaskonstanten.

Den gennemsnitlige hastighed af molekyler i en gas, selv ved moderate temperaturer, viser sig at være meget høj. Så for brintmolekyler (H 2) ved stuetemperatur ( T= 293K) denne hastighed er omkring 1900 m/s, for nitrogenmolekyler i luft er den omkring 500 m/s. Lydens hastighed i luft under samme forhold er 340 m/s.

I betragtning af det n = N/V, hvor V er volumen optaget af gassen, N er det samlede antal molekyler i dette volumen, er det let at få konsekvenser fra (5) i form af kendte gaslove. Til dette er det samlede antal molekyler repræsenteret som N = vN A, hvor v er antallet af gasmoler, og ligning (5) har formen

(8) pV = vRT,

som kaldes Clapeyron-Mendeleev ligningen.

På betingelse T= konstant gastryk varierer omvendt med det volumen, det optager (Boyle-Mariotte lov).

I en lukket beholder med fast volumen V= konstant trykændringer i direkte forhold til ændringen i gassens absolutte temperatur T. Hvis en gas er under forhold, hvor dens tryk forbliver konstant s= const, men temperaturen ændrer sig (sådanne forhold kan realiseres, for eksempel hvis gas placeres i en cylinder lukket af et bevægeligt stempel), så vil volumen optaget af gassen ændre sig i forhold til ændringen i dens temperatur (Gay-Lussacs lov).

Lad der være en blanding af gasser i karret, dvs. der er flere forskellige slags molekyler. I dette tilfælde afhænger størrelsen af det momentum, der overføres til væggen af molekyler af hver type, ikke af tilstedeværelsen af molekyler af andre typer. Derfor følger det trykket af en blanding af ideelle gasser er lig med summen af de partialtryk, som hver gas ville skabe separat, hvis den optog hele volumen. Dette er en anden af gaslovene - den berømte Daltons lov.

Gennemsnitlig fri vej for molekyler . En af de første, der tilbage i 1850'erne gav rimelige skøn over den gennemsnitlige termiske hastighed af molekylerne af forskellige gasser, var den østrigske fysiker Clausius. De usædvanligt store værdier af disse hastigheder opnået af ham vakte straks indvendinger. Hvis molekylernes hastigheder virkelig er så store, bør lugten af ethvert lugtende stof næsten øjeblikkeligt spredes fra den ene ende af et lukket rum til den anden. Faktisk er spredningen af lugt meget langsom og er nu kendt for at blive udført ved en proces kaldet diffusion i gassen. Clausius og senere andre var i stand til overbevisende at forklare denne og andre transportprocesser i en gas (såsom termisk ledningsevne og viskositet) ved hjælp af begrebet middel fri vej molekyler , de der. den gennemsnitlige afstand et molekyle tilbagelægger fra den ene kollision til den næste.

Hvert molekyle i en gas oplever et meget stort antal kollisioner med andre molekyler. I intervallet mellem kollisioner bevæger molekylerne sig næsten i en lige linje og oplever kun skarpe ændringer i hastigheden i selve kollisionsøjeblikket. Naturligvis kan længderne af lige sektioner langs et molekyles vej være forskellige, så det giver mening kun at tale om en bestemt middel fri vej af molekyler.

For tiden D t molekylet går gennem en kompleks zigzag-bane lig med v D t. Der er lige så mange knæk i banen, som der er kollisioner. Lade Z betyder antallet af kollisioner, som et molekyle oplever pr. tidsenhed. Den gennemsnitlige frie vej er da lig med forholdet mellem vejlængden N 2, f.eks. -en» 2,0 10 –10 m. Tabel 1 viser værdierne af l 0 beregnet ved formel (10) i µm (1 µm = 10 –6 m) for nogle gasser under normale forhold ( s= 1 atm, T=273K). Disse værdier viser sig at være cirka 100-300 gange større end molekylernes indre diameter.

Denne videolektion er viet til emnet "Grundlæggende bestemmelser for MKT. Stoffets struktur. Molekyle". Her vil du lære, hvad molekylær kinetisk teori (MKT) studerer i fysik. Sæt dig ind i de tre hovedbestemmelser, som IKT er baseret på. Find ud af, hvad der bestemmer stoffets fysiske egenskaber, og hvad et atom og et molekyle er.

Til at begynde med, lad os huske alle de tidligere sektioner af fysik, som vi studerede, og forstå, at vi hele denne tid har overvejet processer, der forekommer med makroskopiske legemer (eller objekter i makrokosmos). Nu vil vi studere deres struktur og de processer, der foregår inde i dem.

Definition. makroskopisk krop- et legeme bestående af et stort antal partikler. For eksempel: en bil, en person, en planet, en billardbold...

Mikroskopisk krop - et legeme, der består af en eller flere partikler. For eksempel: atom, molekyle, elektron... (fig. 1)

Ris. 1. Eksempler på henholdsvis mikro- og makroobjekter

Efter således at have bestemt emnet for studiet af IKT-kurset, skal vi nu tale om de hovedmål, som IKT-kurset sætter for sig selv, nemlig:

Studiet af processer, der foregår inde i et makroskopisk legeme (bevægelse og interaktion mellem partikler)
Egenskaber ved legemer (densitet, masse, tryk (for gasser)...)
Studiet af termiske fænomener (opvarmning-afkøling, ændringer i kroppens aggregeringstilstand)

Studiet af disse spørgsmål, som vil finde sted gennem hele emnet, vil nu begynde med det faktum, at vi vil formulere de såkaldte grundlæggende bestemmelser i IKT, det vil sige nogle udsagn, hvis sandhed længe har været uden tvivl , og hvorfra hele den videre bane vil blive bygget. .

Lad os tage dem på skift:

Alle stoffer er opbygget af et stort antal partikler – molekyler og atomer.

Definition. Atom- den mindste partikel af et kemisk grundstof. Atomernes dimensioner (deres diameter) er af størrelsesordenen cm. Det er værd at bemærke, at der er relativt få forskellige typer atomer i modsætning til molekyler. Alle deres sorter, som i øjeblikket er kendt af mennesket, er samlet i det såkaldte periodiske system (se fig. 2)

Ris. 2. Periodisk system for kemiske grundstoffer (i det væsentlige varianter af atomer) af D. I. Mendeleev

Molekyle- den strukturelle enhed af stof, bestående af atomer. I modsætning til atomer er de større og tungere end sidstnævnte, og vigtigst af alt har de en enorm variation.

Et stof, hvis molekyler består af et atom, kaldes atomar, fra mere - molekylær. For eksempel: ilt, vand, salt () - molekylær; helium sølv (He, Ag) - atomart.

Desuden skal det forstås, at egenskaberne af makroskopiske legemer ikke kun vil afhænge af de kvantitative egenskaber ved deres mikroskopiske sammensætning, men også af den kvalitative.

Hvis stoffet i strukturen af atomer har en bestemt geometri ( krystalgitter), eller omvendt ikke har, så vil disse kroppe have forskellige egenskaber. For eksempel har amorfe legemer ikke et strengt smeltepunkt. De mest kendte eksempler er amorf grafit og krystallinsk diamant. Begge stoffer er opbygget af kulstofatomer.

Ris. 3. Grafit og diamant hhv

Således, "hvor mange, i hvilket indbyrdes arrangement og hvilke atomer og molekyler består stoffet af?" - det første spørgsmål, hvis svar vil bringe os tættere på at forstå kroppens egenskaber.

Alle ovennævnte partikler er i kontinuerlig termisk kaotisk bevægelse.

Ligesom i eksemplerne diskuteret ovenfor, er det vigtigt at forstå ikke kun de kvantitative aspekter af denne bevægelse, men også de kvalitative for forskellige stoffer.

Molekyler og atomer af faste stoffer laver kun små vibrationer i forhold til deres permanente position; væske - svinger også, men på grund af den store størrelse af det intermolekylære rum skifter de nogle gange plads med hinanden; gaspartikler bevæger sig til gengæld, praktisk talt uden at kollidere, frit i rummet.

Partikler interagerer med hinanden.

Denne interaktion er af elektromagnetisk natur (interaktioner mellem kerner og elektroner i et atom) og virker i begge retninger (både tiltrækning og frastødning).

Her: d- afstand mellem partikler; -en- partikelstørrelse (diameter).

For første gang blev begrebet "atom" introduceret af den antikke græske filosof og naturforsker Demokrit (fig. 4). I en senere periode stillede den russiske videnskabsmand Lomonosov sig aktivt spørgsmålet om strukturen af mikroverdenen (fig. 5).

Ris. 4. Demokrit

Ris. 5. Lomonosov

I den næste lektion vil vi introducere metoder til kvalitativ underbygning af de vigtigste bestemmelser i ICB.

Bibliografi

Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekylær fysik. Termodynamik. - M.: Bustard, 2010.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fysik klasse 10. - M.: Ileksa, 2005.
Kasyanov V.A. Fysik klasse 10. - M.: Bustard, 2010.

Elementy.ru ().
Samlib.ru ().
Youtube().

Lektier

*Takket være hvilken kraft er det muligt at lave et eksperiment for at måle størrelsen af et oliemolekyle vist i videovejledningen?
Hvorfor tager den molekylære kinetiske teori ikke hensyn til organiske forbindelser?
Hvorfor er selv et meget lille sandkorn et objekt i makrokosmos?
Hvilke kræfter virker overvejende på partikler fra andre partikler?
Hvordan bestemmer man, om en bestemt kemisk struktur er et kemisk grundstof?

Definition. makroskopisk krop- et legeme bestående af et stort antal partikler. For eksempel: en bil, en person, en planet, en billardbold...

Mikroskopisk krop - et legeme, der består af en eller flere partikler. For eksempel: atom, molekyle, elektron... (fig. 1)

Ris. 1. Eksempler på henholdsvis mikro- og makroobjekter

Efter således at have bestemt emnet for studiet af IKT-kurset, skal vi nu tale om de hovedmål, som IKT-kurset sætter for sig selv, nemlig:

Studiet af processer, der foregår inde i et makroskopisk legeme (bevægelse og interaktion mellem partikler)
Egenskaber ved legemer (densitet, masse, tryk (for gasser)...)
Studiet af termiske fænomener (opvarmning-afkøling, ændringer i kroppens aggregeringstilstand)

Lad os tage dem på skift:

Alle stoffer er opbygget af et stort antal partikler – molekyler og atomer.

Ris. 2. Periodisk system for kemiske grundstoffer (i det væsentlige varianter af atomer) af D. I. Mendeleev

Molekyle- den strukturelle enhed af stof, bestående af atomer. I modsætning til atomer er de større og tungere end sidstnævnte, og vigtigst af alt har de en enorm variation.

Et stof, hvis molekyler består af et atom, kaldes atomar, fra mere - molekylær. For eksempel: ilt, vand, salt () - molekylær; helium sølv (He, Ag) - atomart.

Desuden skal det forstås, at egenskaberne af makroskopiske legemer ikke kun vil afhænge af de kvantitative egenskaber ved deres mikroskopiske sammensætning, men også af den kvalitative.

Ris. 3. Grafit og diamant hhv

Alle ovennævnte partikler er i kontinuerlig termisk kaotisk bevægelse.

Ligesom i eksemplerne diskuteret ovenfor, er det vigtigt at forstå ikke kun de kvantitative aspekter af denne bevægelse, men også de kvalitative for forskellige stoffer.

Partikler interagerer med hinanden.

Denne interaktion er af elektromagnetisk natur (interaktioner mellem kerner og elektroner i et atom) og virker i begge retninger (både tiltrækning og frastødning).

Her: d- afstand mellem partikler; -en- partikelstørrelse (diameter).

Ris. 4. Demokrit

Ris. 5. Lomonosov

I den næste lektion vil vi introducere metoder til kvalitativ underbygning af de vigtigste bestemmelser i ICB.

Bibliografi

Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Molekylær fysik. Termodynamik. - M.: Bustard, 2010.
Gendenstein L.E., Dick Yu.I. Fysik klasse 10. - M.: Ileksa, 2005.
Kasyanov V.A. Fysik klasse 10. - M.: Bustard, 2010.

Elementy.ru ().
Samlib.ru ().
Youtube().

Lektier

*Takket være hvilken kraft er det muligt at lave et eksperiment for at måle størrelsen af et oliemolekyle vist i videovejledningen?
Hvorfor tager den molekylære kinetiske teori ikke hensyn til organiske forbindelser?
Hvorfor er selv et meget lille sandkorn et objekt i makrokosmos?
Hvilke kræfter virker overvejende på partikler fra andre partikler?
Hvordan bestemmer man, om en bestemt kemisk struktur er et kemisk grundstof?

Atomerne eller molekylerne, der udgør en gas, bevæger sig frit i en betydelig afstand fra hinanden og interagerer kun, når de kolliderer med hinanden (i det følgende, for ikke at gentage mig selv, vil jeg kun nævne "molekyler", hvilket betyder "molekyler" eller atomer"). Derfor bevæger molekylet sig i en lige linje kun i intervallerne mellem kollisioner, og ændrer bevægelsesretningen efter hver sådan interaktion med et andet molekyle. Den gennemsnitlige længde af et retlinet segment af bevægelsen af et gasmolekyle kaldes gennemsnitlig fri vej. Jo højere densiteten af gassen (og dermed jo mindre den gennemsnitlige afstand mellem molekylerne er), jo kortere er den gennemsnitlige frie vej mellem kollisioner.

I anden halvdel af 1800-tallet udviklede et så tilsyneladende simpelt billede af gassers atom-molekylære struktur sig gennem indsats fra en række teoretiske fysikere til en kraftfuld og ret universel teori. Den nye teori var baseret på ideen om forholdet mellem målbare makroskopisk indikatorer for gassens tilstand (temperatur, tryk og volumen) med mikroskopisk egenskaber - antallet, massen og hastigheden af bevægelse af molekyler. Da molekyler konstant er i bevægelse og som følge heraf har kinetisk energi, kaldes denne teori molekylær kinetisk teori gasser.

Tag for eksempel pres. Molekylerne rammer på et hvilket som helst tidspunkt karrets vægge og sender ved hvert stød til dem en vis kraftimpuls, som er ekstrem lille i sig selv, men den samlede effekt af millioner af molekyler frembringer en betydelig kraftpåvirkning på væggene, som vi opfatter som pres. For eksempel, når du pumper et bildæk op, flytter du atmosfæriske luftmolekyler ind i dækkets lukkede volumen ud over antallet af molekyler, der allerede er inde i det; som følge heraf er koncentrationen af molekyler inde i dækket højere end udenfor, de rammer væggene oftere, trykket inde i dækket er højere end atmosfærisk tryk, og dækket bliver oppustet og elastisk.

Betydningen af teorien er, at vi ud fra den gennemsnitlige frie vej for molekyler kan beregne hyppigheden af deres kollisioner med karrets vægge. Det vil sige, at have information om bevægelseshastigheden af molekyler, er det muligt at beregne egenskaberne af gassen, der kan måles direkte. Med andre ord giver den molekylær-kinetiske teori os en direkte forbindelse mellem molekylernes og atomernes verden og det håndgribelige makrokosmos.

Det samme gælder forståelsen af temperatur inden for rammerne af denne teori. Jo højere temperatur, jo højere er gennemsnitshastigheden af gasmolekylerne. Denne sammenhæng beskrives ved følgende ligning:

1/2mv 2 = kT

hvor m er massen af et gasmolekyle, v - gennemsnitlig hastighed for termisk bevægelse af molekyler, T - gastemperatur (i Kelvin), og k er Boltzmann-konstanten. Den grundlæggende ligning for molekylær kinetisk teori definerer et direkte forhold mellem en gass molekylære egenskaber (til venstre) og målbare makroskopiske karakteristika (højre). Gassens temperatur er direkte proportional med kvadratet af molekylernes gennemsnitshastighed.

Den molekylære kinetiske teori giver også et ret klart svar på spørgsmålet om afvigelserne af de enkelte molekylers hastigheder fra middelværdien. Hver kollision mellem gasmolekyler fører til en omfordeling af energi mellem dem: for hurtige molekyler bremser, for langsomme accelererer, hvilket fører til gennemsnit. Til enhver tid finder utallige millioner af sådanne kollisioner sted i gassen. Ikke desto mindre viste det sig, at ved en given temperatur af en gas i en stabil tilstand, det gennemsnitlige antal molekyler med en vis hastighed v eller energi E, ændres ikke. Dette sker fordi, fra et statistisk synspunkt, sandsynligheden for, at et molekyle med energi Eændrer sin energi og går ind i en lignende energitilstand, er lig med sandsynligheden for, at et andet molekyle tværtimod går ind i en tilstand med energi E. Altså selvom hvert enkelt molekyle har en energi E kun sporadisk, det gennemsnitlige antal molekyler med energi E forbliver uændret. (Vi ser en lignende situation i det menneskelige samfund. Ingen bliver sytten i mere end et år – gudskelov! – men i gennemsnit forbliver procentdelen af sytten i et stabilt menneskeligt samfund stort set den samme).

Denne idé om den gennemsnitlige fordeling af molekyler over hastigheder og dens strenge formulering tilhører James Clark Maxwell - den samme fremragende teoretiker tilhører også den strenge beskrivelse af elektromagnetiske felter ( cm. Maxwells ligninger). Det var ham, der udledte fordelingen af molekyler i form af hastigheder ved en given temperatur (se figur). De fleste af molekylerne er i den energitilstand, der svarer til toppen Maxwell distributioner og gennemsnitshastighed, men faktisk varierer molekylernes hastigheder inden for ret store grænser.