De tweede positie van de moleculaire kinetische theorie. Schoolencyclopedie

Soms onder A.V. Begrijp de partiële druk van waterdamp. In dit geval wordt het gemeten in pascal (Pa).

ABSOLUTE TEMPERATUUR- temperatuur gemeten op een absolute thermodynamische schaal, onafhankelijk van de eigenschappen van de thermometrische substantie. Geteld vanaf het absolute nulpunt. Eenheid A.t. in SI Kelvin (K).

ABSOLUTE NULPUNT- het begin van de absolute temperatuur; ligt 273,16 K onder de temperatuur van het tripelpunt van water, waarvoor de geaccepteerde waarde 0,01 o C is. Bij A.n. de translatie- en rotatiebeweging van atomen en moleculen stopt, maar ze zijn niet in rust, maar in een staat van ‘nul’ trillingen. Uit de wetten van de thermodynamica volgt dat A.N. praktisch onhaalbaar.

AVOGADRO'S WET- een van de basiswetten van ideale gassen: gelijke volumes van verschillende gassen bij dezelfde temperatuur en druk bevatten hetzelfde aantal moleculen. Geopend in 1811 in Italië. natuurkundige A. Avogadro (1776-1856).

AVOGADRO CONSTANT(getal) - aantal deeltjes per eenheid hoeveelheid stof (1 mol): NA =6,022. 10 23 mol-1 .

STATEN VAN MATERIAAL- toestanden van dezelfde stof die verschillen in de aard van de thermische beweging van deeltjes. Meestal zijn er 3 A.S.V.: gas, vloeistof en vaste stof; soms omvat dit ook de plasmatoestand. Stof in elke A.S. bestaat onder bepaalde externe omstandigheden (temperatuur, druk), waarvan de verandering leidt tot een overgang van één A.S. naar een ander.

ADIABATISCH (ADIABATISCH) PROCES– een model van een thermodynamisch proces waarbij er geen warmte-uitwisseling plaatsvindt tussen het beschouwde systeem en de omgeving. Een echt thermodynamisch proces kan als A. worden beschouwd als het plaatsvindt in een warmte-isolerend omhulsel of zo snel dat er geen tijd is voor warmte-uitwisseling.

De lijn die het evenwicht in elk thermodynamisch diagram weergeeft adiabatisch proces. Vergelijking a. want een ideaal gas heeft de vorm: adiabatische exponent, en met blz En met v warmtecapaciteit bij respectievelijk constante druk en volume.

AMORFEUZE STAAT- een toestand van een vaste stof waarin er geen rangschikking van moleculen is. Daarom een. de stof is isotroop, d.w.z. heeft in alle richtingen dezelfde fysische eigenschappen en heeft geen specifiek smeltpunt.

ANEROÏDE- aneroïde barometer, een apparaat voor het meten van de atmosferische druk, waarvan het ontvangende deel een metalen doos is, waarin een sterk vacuüm wordt gecreëerd. Bij het wisselen van atm. druk verandert de vervorming van de doos, waardoor de wijzer met behulp van een bijbehorende veer en een hefboomsysteem gaat draaien.

ANISOTROPIE- afhankelijkheid van de fysische eigenschappen van een stof van richting (in tegenstelling tot isotropie). Het wordt geassocieerd met de interne geordende structuur van media en wordt aangetroffen in de verschijnselen van elasticiteit, warmte en elektrische geleidbaarheid, en de voortplanting van geluid en licht in vaste stoffen. Het kan ook inherent zijn aan de fysieke ruimte in de aanwezigheid van elektromagnetische, zwaartekracht- en andere velden.

ATMOSFEERDRUK- de druk die de atmosfeer van de aarde uitoefent op alle objecten daarin. Het wordt bepaald door het gewicht van de bovenliggende luchtkolom en is de belangrijkste grootheid die de toestand van de atmosfeer van de aarde beschrijft. Eenheden AD in SI - Pa, mm Hg. Normale bloeddruk gelijk aan 760 mm Hg. of 1013 hPa.

BAROMETER- een apparaat voor het meten van de atmosferische druk. De meest voorkomende zijn vervormingsbeugels, waaronder bijvoorbeeld armbanden - aneroïde(1844, L.Vidi). In zo'n B. buigt het membraan dat de doos bedekt waaruit de lucht wordt gepompt, wanneer de atmosferische druk verandert, en buigt de pijl die via een systeem van hefbomen met het membraan is verbonden, af. Actie vloeistof B. (bijvoorbeeld kwik B.E. Torricelli, 1644) is gebaseerd op het in evenwicht brengen van de atmosferische druk met het gewicht van een vloeistofkolom.

BESTELLING OP KORTE BEREIK- geordende rangschikking van atomen of moleculen binnen afstanden dichtbij interatomair; kenmerkend voor amorfe stoffen en sommige vloeistoffen. (wo).

BOYLE-MARIOTTE WET- een van de wetten Ideaal gas: voor een gegeven massa van een bepaald gas bij een constante temperatuur is het product van druk en volume een constante waarde. Formule: pV=const. Beschrijft een isotherm proces.

Een van de fysieke basisconstanten, gelijk aan de verhouding van het universele gasconstante R tot N A .B.p. Opgenomen in een aantal van de belangrijkste relaties van de statistische natuurkunde: verbindt cf. kinetische energie van deeltjes en temperatuur, entropie van een fysiek systeem en zijn thermodynamische waarschijnlijkheid.

BROWNSE BEWEGING- willekeurige beweging van kleine macroscopische deeltjes gesuspendeerd in een vloeistof of gas, die plaatsvindt onder invloed van de thermische beweging van moleculen. Visuele bevestiging van de moleculaire kinetische theorie. Ontdekt door R. Brown in 1827. Uitgelegd door A. Einstein en M. Smoluchowski in 1905. De theorie werd in experimenten getest door J. Perrin in 1906-1911.

VACUÜM- de toestand van een gas ingesloten in een vat met een druk die aanzienlijk lager is dan de atmosferische druk. Afhankelijk van de relatie tussen het vrije pad van atomen of moleculen en de lineaire grootte van het vat, wordt onderscheid gemaakt tussen ultrahoog, hoog, gemiddeld en laag vacuüm.

LUCHT VOCHTIGHEID– het fenomeen van de aanwezigheid van waterdamp in de lucht. Beschreven door fysieke hoeveelheden absoluut En familielid IN . , die worden gemeten hygrometers.

INTERNE ENERGIE- de energie van het lichaam, alleen afhankelijk van de interne toestand; bestaat uit de energie van willekeurige (thermische) beweging van atomen, moleculen of andere deeltjes en de energie van intra-atomaire en intermoleculaire bewegingen en interacties. (Cm. eerste wet van de thermodynamica). Bij MCT wordt geen rekening gehouden met de energie van intra-atomaire deeltjes en hun interacties.

TWEEDE WET VAN DE THERMODYNAMICA- een van de basiswetten thermodynamica, volgens welke een periodiek proces onmogelijk is, met als enige resultaat de uitvoering van werk dat gelijk is aan de hoeveelheid warmte die van de verwarmer wordt ontvangen. Een andere formulering: een proces is onmogelijk, met als enige resultaat de overdracht van energie in de vorm van warmte van een minder verwarmd lichaam naar een meer verwarmd lichaam. V.Z.T. drukt de wens uit van een systeem dat bestaat uit een groot aantal chaotisch bewegende deeltjes om spontaan over te gaan van minder waarschijnlijke toestanden naar meer waarschijnlijke toestanden. Een andere manier om V.Z.T te formuleren: het is onmogelijk om een eeuwigdurende bewegingsmachine van de tweede soort te creëren.

GASCONSTANT UNIVERSEEL(R) is een van de belangrijkste fysieke constanten in de toestandsvergelijking (Cm.). R=(8,31441±0,00026) J/(mol K). Fysische betekenis: het werk van de expansie van één mol van een ideaal gas in een isobaar proces met een temperatuurstijging van 1 K.

GASTHERMOMETER- een apparaat voor het meten van de temperatuur, waarvan de werking gebaseerd is op de afhankelijkheid van de druk of het gasvolume van de temperatuur.

- een van de wetten Ideaal gas: voor een gegeven massa van een bepaald gas bij constante druk is de verhouding tussen volume en absolute temperatuur een constante waarde: (of: volume is direct evenredig met absolute temperatuur: , waarbij α de temperatuurcoëfficiënt van de druk is). Beschrijft isobaar proces.

HYGROMETER- meetapparatuur absoluut of relatieve luchtvochtigheid. Sportscholen zijn onderverdeeld in gewichtsmeters (om de absolute vochtigheid te bepalen), condensatiemeters (om het dauwpunt te bepalen), haarmeters (relatieve vochtigheid) en psychrometrische of psychrometers (relatieve vochtigheid).

GRADEN CELSIUS is een niet-systemische temperatuureenheid op de Internationale Praktische Temperatuurschaal, waarbij temperatuur drievoudig punt water is 0,01 graden Celsius en het kookpunt bij normale atmosferische druk is 100 graden Celsius.

LANGE BESTELLING– geordende rangschikking van deeltjes (atomen of moleculen) door het gehele volume van het lichaam; kenmerkend voor kristallijne stoffen. wo. bestelling sluiten.

DALTON'S WET– een van de basiswetten van een ideaal gas: de druk van een mengsel van chemisch niet-interagerende gassen is gelijk aan de som van de partiële drukken van deze gassen.

DEFECTEN IN KRISTALLEN– onvolkomenheden in de kristalstructuur, overtreding van de strikte periodieke rangschikking van deeltjes (atomen, moleculen, ionen) in de knooppunten van het kristalrooster. Deze omvatten vacatures (puntdefecten), dislocaties (lineaire defecten), volumetrische defecten: scheuren, poriën, holtes, enz. Ze hebben een aanzienlijke invloed op de fysische eigenschappen van kristallen.

DISLOCATIES– lineaire defecten kristal rooster, waardoor de juiste afwisseling van atomaire vlakken wordt geschonden. In twee dimensies hebben ze afmetingen in de orde van de grootte van een atoom, en in de derde kunnen ze door het hele kristal gaan.

DISSOCIATIE– het proces van ontbinding van moleculen in eenvoudiger delen: atomen, groepen atomen of ionen. Het kan optreden bij toenemende temperatuur (thermisch D.), in een oplossing van elektrolyten (elektrolytisch D.) en onder invloed van licht (fotochemisch D.).

VLOEIBARE KRISTALLEN- een toestand van materie waarin structurele eigenschappen worden gevonden die tussen vaste stoffen liggen kristal En vloeistof. Ze worden gevormd in stoffen met langwerpige moleculen, waarvan de onderlinge oriëntatie bepalend is anisotropie hun fysieke eigenschappen. Ze worden gebruikt in de technologie, biologie en geneeskunde.

VLOEISTOFTHERMOMETER- meetapparatuur temperatuur, waarvan de werking gebaseerd is op de thermische uitzetting van de vloeistof. Zh.t. afhankelijk van het temperatuurgebied zijn ze gevuld met kwik, ethylalcohol en andere vloeistoffen.

VLOEISTOF- een van de staten van aggregatie stoffen die het midden houden tussen vast en gas. J., zoals stevig, heeft een lage samendrukbaarheid, hoge dichtheid en tegelijkertijd. leuk vinden gas, gekenmerkt door variabiliteit van vorm (vloeit gemakkelijk). Vloeibare moleculen ondergaan, net als deeltjes van een vaste stof, thermische trillingen, maar hun evenwichtspositie verandert van tijd tot tijd, wat de vloeibaarheid van de vloeistof garandeert.

IDEAAL GAS– een mentaal model van een gas waarin de interactiekrachten tussen deeltjes en de grootte van deze deeltjes kunnen worden verwaarloosd. Die. deeltjes worden als materiële punten beschouwd en alle interactie wordt gereduceerd tot hun absoluut elastische impacts. Zeldzame gassen bij temperaturen ver van de condensatietemperatuur liggen qua eigenschappen dicht bij b.v. De toestandsvergelijking is Clapeyron-Mendelejev-vergelijking.

ISOBAR– lijn van constante druk, die het evenwicht in het toestandsdiagram weergeeft isobaar proces.

ISOBAR-PROCES(isobaar) – een mentaal model van een thermodynamisch proces dat plaatsvindt bij constante druk. Voor ideale gassen wordt dit door de wet beschreven Gay-Lussac.

ISOPROCESSEN– fysieke processen die plaatsvinden bij de constantheid van een van de parameters die de toestand van het systeem beschrijven (zie. isobaar, isotherm, isochoor proces).

ISOTHERM– lijn van constante temperatuur, die de evenwichtstoestand in het toestandsdiagram weergeeft isotherm proces.

ISOTHERM PROCES– een model van een thermodynamisch proces dat plaatsvindt bij een constante temperatuur. Bijvoorbeeld het koken van een chemisch homogene vloeistof, het smelten van een chemisch homogeen kristal bij constante externe druk. Voor ideale gassen wordt het beschreven Boyle-Marriott-wet. wo. isobaar, isochoor, adiabatisch proces.

ISOTROPIE, isotropie - dezelfde fysieke eigenschappen in alle richtingen. Het wordt geassocieerd met het ontbreken van een geordende interne structuur van media en is inherent aan gassen, vloeistoffen (behalve vloeibare kristallen) en amorfe lichamen. wo. anisotropie.

ISOCHORA- een lijn met constant volume die een isochoor evenwichtsproces in het fasediagram weergeeft.

ISOCHERISCH PROCES, een isochoor proces is een thermodynamisch proces dat plaatsvindt bij een constant volume van het systeem. Voor ideale gassen wordt het beschreven Karel de wet.

VERDAMPING– het proces van verdamping vanaf het vrije oppervlak van een vloeistof bij een temperatuur onder het kookpunt. Irrigatie vanaf het oppervlak van vaste stoffen wordt sublimatie genoemd. (wo. kokend, stomend).

CALORIMETER- een apparaat voor het bepalen van verschillende calorimetrische grootheden: warmtecapaciteit, verbrandingswarmte, verdampingswarmte enz.

CAPILLAIR– een smal vat met een karakteristieke doorsnedegrootte van minder dan 1 mm.

CAPILLAIRE FENOMENEN- verschijnselen veroorzaakt door de invloed van intermoleculaire interactiekrachten op het evenwicht en de beweging van het vrije oppervlak van een vloeistof, het grensvlak tussen niet-mengbare vloeistoffen en de grenzen van vloeistoffen met vaste stoffen. Bijvoorbeeld het stijgen of dalen van vloeistof in zeer dunne buizen () en in poreuze media.

CARNO-CYCLUS– een mentaal model van een omkeerbaar circulair proces bestaande uit twee isotherm en twee adiabatisch processen. Tijdens isotherme uitzetting (verwarmingstemperatuur Tn) de werkvloeistof (ideaal gas) krijgt de hoeveelheid warmte Q n, en met isothermische compressie (koelkasttemperatuur T x) - de hoeveelheid warmte wordt verwijderd Qx. Efficiëntie K.c. is niet afhankelijk van de aard van de werkvloeistof en is gelijk aan .

KOKEN- het proces van intense verdamping, niet alleen vanaf het vrije oppervlak van de vloeistof, maar door het gehele volume ervan in de resulterende dampbellen. K. temperatuur hangt af van de aard van de vloeistof en de externe druk en ligt daar tussenin drievoudig punt en kritische temperatuur (zie kritieke toestand).

MAYERS VERGELIJKING- een relatie die een verband legt tussen de molaire warmtecapaciteiten van een ideaal gas bij constante druk met blz en op constant volume met V : met P = met V + R . Waar R - .

MAXWELL-DISTRIBUTIE- de wet van de verdeling van de snelheden van moleculen van een ideaal gas in een toestand van thermodynamisch evenwicht.

DRUK METER- meetapparatuur druk vloeistoffen en gassen. Er zijn M. voor het meten van de absolute druk, gemeten vanaf nul, en M. voor het meten van overdruk (het verschil tussen absolute en atmosferische druk). Er zijn vloeistof-, zuiger-, vervormings- en veerpompen, afhankelijk van het werkingsprincipe.

MENISCUS- een gebogen oppervlak van een vloeistof in een smalle buis (capillair) of tussen dicht bij elkaar gelegen massieve wanden (zie).

– een constante fysieke grootheid voor een bepaald materiaal, wat een evenredigheidscoëfficiënt is tussen mechanische spanning en relatieve rek Hooke's wet: . M.Yu. E gelijk aan de mechanische spanning die ontstaat in een vervormd lichaam wanneer de lengte tweemaal toeneemt. De SI-meeteenheid is pascal.

MOLECUUL- het kleinste stabiele deeltje van een stof, dat alle chemische eigenschappen bezit en bestaat uit identieke (eenvoudige stof) of verschillende (complexe stof) atomen verenigd door chemische bindingen. wo. atoom.

MOLECULAIRE MASSA is de massa van het molecuul, uitgedrukt in atomaire massa-eenheden. wo. molaire massa.

MOLECULAIRE FYSICA- een tak van de natuurkunde die de fysische eigenschappen van lichamen bestudeert, kenmerken van de geaggregeerde toestanden van materie en de processen van faseovergangen afhankelijk van de moleculaire structuur van lichamen, de krachten van intermoleculaire interactie en de aard van de thermische beweging van deeltjes (atomen , ionen, moleculen). Cm. statistische natuurkunde, thermodynamica.

MOLAIRE MASSA- massa van één mol stof; een scalaire hoeveelheid die gelijk is aan de verhouding tussen de massa van een lichaam en de hoeveelheid substantie (aantal mol) die het bevat. In SI mm. gelijk aan molecuulgewicht stof vermenigvuldigd met 10 -3 en gemeten in kilogram per mol (kg/mol).

ENKELE KRISTALLEN- enkel Kristallen met een enkel kristalrooster. Ze worden gevormd onder natuurlijke omstandigheden of kunstmatig gekweekt uit smeltingen, oplossingen, damp- of vaste fasen. wo. polykristallen.

VERZADIGDE STOOM- stoom in dynamisch evenwicht met de vloeibare of vaste fase. Onder dynamisch evenwicht wordt verstaan een toestand waarin het gemiddelde aantal moleculen dat een vloeistof (vaste stof) verlaat gelijk is aan het gemiddelde aantal dampmoleculen dat in dezelfde tijd naar de vloeistof (vaste stof) terugkeert.

ONOMKEERBAAR PROCES- een proces dat spontaan maar in één richting kan plaatsvinden. Alle echte processen zijn n.p. en in gesloten systemen gaan gepaard met een stijging entropie. Cm. , .

NORMALE OMSTANDIGHEDEN- standaard fysieke omstandigheden bepaald door druk P=101325 Pa (760 mmHg) en absolute temperatuur T=273,15 K.

OMKEERBAAR PROCES– een model van een proces waarvoor een omgekeerd proces mogelijk is, waarbij alle tussenliggende toestanden van het beschouwde proces opeenvolgend worden herhaald. Alleen omkeerbaar evenwichtsproces. Voorbeeld - . wo. .

RELATIEVE VOCHTIGHEID– een fysieke grootheid die gelijk is aan de verhouding van de dichtheid (elasticiteit) van waterdamp in de lucht tot de dichtheid (elasticiteit) van verzadigde damp bij dezelfde temperatuur. Uitgedrukt als een percentage. wo. absolute vochtigheid.

STOOM- een stof in gasvormige toestand onder omstandigheden waarbij het door compressie mogelijk is een evenwicht te bereiken met dezelfde stof in vloeibare of vaste toestand, d.w.z. bij temperaturen en drukken beneden de kritische grens (zie. kritieke toestand). Bij lage drukken en hoge temperaturen benaderen de eigenschappen van stoom die van Ideaal gas.

STATUSPARAMETER, een thermodynamische parameter is een fysieke grootheid die in de thermodynamica dient om de toestand van een systeem te beschrijven. Bijvoorbeeld druk, temperatuur, interne energie, entropie, enz. P.S. zijn met elkaar verbonden, waardoor de evenwichtstoestand van het systeem ondubbelzinnig kan worden bepaald door een beperkt aantal parameters (zie. vergelijking van staat).

STOOMPRODUCTIE– het proces van de overgang van een stof van een vloeibare of vaste toestand naar een gasvormige toestand. Het gaat verder in een gesloten volume totdat het zich vormt Verzadigde stoom. Er zijn twee soorten P.: verdamping En kokend.

GEDEELTELIJKE DRUK- de druk van het gas in het gasmengsel, die het zou uitoefenen als het het volledige volume van het mengsel zou innemen en de temperatuur van het mengsel zou hebben. Cm. .

PASCAL'S WET- de basiswet hydrostatica: druk geproduceerd door externe krachten op het oppervlak van een vloeistof of gas wordt in alle richtingen gelijkmatig overgedragen.

EERSTE WET VAN DE THERMODYNAMICA- een van de basiswetten thermodynamica, dat is de wet van behoud van energie voor een thermodynamisch systeem: de hoeveelheid warmte Q, gecommuniceerd aan het systeem, wordt besteed aan het veranderen van de interne energie van het systeem ΔU en uitvoering van het werk door het systeem Een systeem tegen krachten van buitenaf. Formule: Q=ΔU+A-systeem. Over het gebruik van P.z.t. gebaseerd op de werking van warmtemotoren. Het kan anders worden geformuleerd: verandering in de interne energie van het systeem ΔU gelijk aan de som van de hoeveelheid warmte die naar het systeem wordt overgedragen Q en het werk van externe krachten op het systeem Een ext. Formule: ΔU=V+A extern. In de bovenstaande formules Een ext. = - Een syst.

SMELTEND– het proces van de overgang van een stof van een kristallijne toestand naar een vloeibare toestand. Vindt plaats bij de opname van een bepaalde hoeveelheid warmte bij de smelttemperatuur, afhankelijk van de aard van de stof en de druk. Cm. hitte van fusie.

PLASMA- een geïoniseerd gas waarin de concentraties van positieve en negatieve ladingen vrijwel gelijk zijn. Gevormd wanneer elektrische ontlading in gassen, wanneer het gas wordt verwarmd tot een temperatuur die voldoende is voor thermische ionisatie. De overgrote meerderheid van de materie in het heelal bevindt zich in de plasmatoestand: sterren, galactische nevels en het interstellaire medium.

PLASTIC- de eigenschap van vaste stoffen onder invloed van externe krachten om van vorm en grootte te veranderen zonder in te storten en om resten (plastisch) vast te houden vervorming. Afhankelijk van het soort vloeistof en de temperatuur. Kan worden gewijzigd door oppervlakteactieve stoffen (bijv. zeep).

OPPERVLAKTESPANNING- een fenomeen dat tot uiting komt in de neiging van een vloeistof om zijn oppervlak te verkleinen. Het wordt veroorzaakt door intermoleculaire interactie en wordt veroorzaakt door de vorming van een oppervlaktelaag van moleculen waarvan de energie groter is dan de energie van de moleculen in een bepaalde vloeistof bij dezelfde temperatuur.

De inhoud van het artikel

MOLECULAIRE KINETISCHE THEORIE– een tak van de moleculaire fysica die de eigenschappen van materie bestudeert op basis van ideeën over hun moleculaire structuur en bepaalde interactiewetten tussen de atomen (moleculen) waaruit de stof bestaat. Er wordt aangenomen dat materiedeeltjes continu en willekeurig bewegen en deze beweging wordt waargenomen als warmte.

Tot de 19e eeuw Een zeer populaire basis voor de leer van warmte was de theorie van de calorische of vloeibare substantie die van het ene lichaam naar het andere stroomt. De verwarming van lichamen werd verklaard door een toename, en afkoeling door een afname van de calorische inhoud die ze bevatten. Het concept van atomen leek lange tijd onnodig voor de theorie van warmte, maar veel wetenschappers brachten warmte toen al intuïtief in verband met de beweging van moleculen. Dat dacht vooral de Russische wetenschapper M.V. Lomonosov. Er ging veel tijd voorbij voordat de moleculaire kinetische theorie eindelijk de overhand kreeg in de hoofden van wetenschappers en een integraal kenmerk van de natuurkunde werd.

Veel verschijnselen in gassen, vloeistoffen en vaste stoffen vinden een eenvoudige en overtuigende verklaring binnen het raamwerk van de moleculaire kinetische theorie. Dus druk, uitgeoefend door een gas op de wanden van het vat waarin het is opgesloten, wordt beschouwd als het totale resultaat van talrijke botsingen van snel bewegende moleculen met de wand, waardoor ze hun momentum overbrengen op de wand. (Bedenk dat het de verandering in momentum per tijdseenheid is die, volgens de wetten van de mechanica, leidt tot het optreden van kracht, en dat de kracht per eenheid oppervlak van de muur druk is). De kinetische energie van de beweging van deeltjes, gemiddeld over hun enorme aantal, bepaalt wat gewoonlijk wordt genoemd temperatuur stoffen.

De oorsprong van het atomistische idee, d.w.z. Het idee dat alle lichamen in de natuur uit de kleinste ondeelbare deeltjes, atomen, bestaan, gaat terug tot de oude Griekse filosofen – Leucippus en Democritus. Meer dan tweeduizend jaar geleden schreef Democritus: “… atomen zijn ontelbaar in grootte en aantal, maar ze snellen door het universum, wervelend in een wervelwind, en zo wordt al het complexe geboren: vuur, water, lucht, aarde.” Een beslissende bijdrage aan de ontwikkeling van de moleculaire kinetische theorie werd geleverd in de tweede helft van de 19e eeuw. de werken van opmerkelijke wetenschappers J.C. Maxwell en L. Boltzmann, die de basis legden voor een statistische (probabilistische) beschrijving van de eigenschappen van stoffen (voornamelijk gassen) bestaande uit een groot aantal chaotisch bewegende moleculen. De statistische benadering werd aan het begin van de 20e eeuw veralgemeend (met betrekking tot elke toestand van de materie). in de werken van de Amerikaanse wetenschapper J. Gibbs, die wordt beschouwd als een van de grondleggers van de statistische mechanica of statistische natuurkunde. Eindelijk, in de eerste decennia van de 20e eeuw. natuurkundigen realiseerden zich dat het gedrag van atomen en moleculen niet gehoorzaamt aan de wetten van de klassieke, maar aan de wetten van de kwantummechanica. Dit gaf een krachtige impuls aan de ontwikkeling van de statistische natuurkunde en maakte het mogelijk een aantal natuurkundige verschijnselen te beschrijven die voorheen niet verklaard konden worden binnen het raamwerk van de gebruikelijke concepten van de klassieke mechanica.

Moleculair kinetische theorie van gassen.

Elk molecuul dat naar de muur vliegt, brengt bij een botsing zijn momentum over op de muur. Omdat de snelheid van een molecuul tijdens een elastische botsing met een wand afwijkt van de waarde v voor - v, de grootte van de verzonden puls is 2 mv. Kracht die op het muuroppervlak inwerkt D S op tijd D T, wordt bepaald door de grootte van het totale momentum dat wordt overgedragen door alle moleculen die de wand bereiken gedurende deze tijdsperiode, d.w.z. F= 2mv N C D S/D T, waar n C gedefinieerd door uitdrukking (1). Voor drukwaarde P = F/D S in dit geval vinden we: p= (1/3)nmv 2.

Om het eindresultaat te verkrijgen, kun je de aanname van dezelfde snelheid van moleculen loslaten door onafhankelijke groepen moleculen te identificeren, die elk hun eigen ongeveer dezelfde snelheid hebben. Vervolgens wordt de gemiddelde drukwaarde gevonden door het kwadraat van de snelheid over alle groepen moleculen te middelen

Deze uitdrukking kan ook in de vorm worden weergegeven

Het is handig om deze formule een andere vorm te geven door de teller en de noemer onder het wortelteken te vermenigvuldigen met het getal van Avogadro

N een= 6,023·10 23.

Hier M = mN A– atomaire of moleculaire massa, waarde R = kN A= 8,318·10 7 erg wordt de gasconstante genoemd.

De gemiddelde snelheid van moleculen in een gas blijkt, zelfs bij gematigde temperaturen, erg hoog te zijn. Dus voor waterstofmoleculen (H2) bij kamertemperatuur ( T= 293K) is deze snelheid ongeveer 1900 m/s, voor stikstofmoleculen in de lucht ongeveer 500 m/s. De geluidssnelheid in de lucht bedraagt onder dezelfde omstandigheden 340 m/s.

Gezien dat N = N/V, Waar V– volume ingenomen door gas, N is het totale aantal moleculen in dit volume; het is gemakkelijk om consequenties uit (5) te verkrijgen in de vorm van de bekende gaswetten. Om dit te doen, wordt het totale aantal moleculen weergegeven als N = vN A, Waar v is het aantal mol gas, en vergelijking (5) heeft de vorm

(8) pV = vRT,

die de Clapeyron-Mendelejev-vergelijking wordt genoemd.

Gezien dat T= const de gasdruk verandert omgekeerd evenredig met het volume dat het inneemt (wet van Boyle-Mariotte).

In een gesloten vat met een vast volume V= constante drukveranderingen die recht evenredig zijn met de verandering in de absolute gastemperatuur T. Als het gas zich in omstandigheden bevindt waarin de druk constant blijft P= const, maar de temperatuur verandert (dergelijke omstandigheden kunnen worden bereikt als een gas bijvoorbeeld in een cilinder wordt geplaatst die is afgesloten met een beweegbare zuiger), dan zal het volume dat door het gas wordt ingenomen veranderen in verhouding tot de verandering in de temperatuur (Wet van Gay-Lussac).

Laat er een mengsel van gassen in het vat aanwezig zijn, d.w.z. Er zijn verschillende soorten moleculen. In dit geval hangt de grootte van het momentum dat door moleculen van elk type naar de wand wordt overgebracht, niet af van de aanwezigheid van moleculen van andere typen. Het volgt dat de druk van een mengsel van ideale gassen is gelijk aan de som van de partiële drukken die elk gas afzonderlijk zou creëren als het het hele volume zou bezetten. Dit is een andere gaswet: de beroemde wet van Dalton.

Moleculair gemiddeld vrij pad . Een van de eersten die in de jaren vijftig van de negentiende eeuw redelijke schattingen gaf van de gemiddelde thermische snelheid van moleculen van verschillende gassen, was de Oostenrijkse natuurkundige Clausius. De ongewoon grote waarden van deze snelheden die hij verkreeg, riepen onmiddellijk bezwaren op. Als de snelheden van moleculen werkelijk zo hoog zijn, zou de geur van elke geurige substantie zich vrijwel onmiddellijk van het ene uiteinde van een afgesloten ruimte naar het andere moeten verspreiden. In feite vindt de verspreiding van geur zeer langzaam plaats en vindt, zoals nu bekend is, plaats via een proces dat gasdiffusie wordt genoemd. Clausius, en later anderen, waren in staat een overtuigende verklaring te geven voor deze en andere gastransportprocessen (zoals thermische geleidbaarheid en viscositeit) met behulp van het concept van het gemiddelde vrije pad. moleculen , die. de gemiddelde afstand die een molecuul aflegt van de ene botsing naar de andere.

Elk molecuul in een gas ervaart een zeer groot aantal botsingen met andere moleculen. In het interval tussen botsingen bewegen de moleculen zich vrijwel in een rechte lijn en ervaren ze alleen scherpe snelheidsveranderingen op het moment van de botsing zelf. Uiteraard kunnen de lengtes van rechte stukken langs het pad van een molecuul verschillend zijn, dus is het zinvol om alleen over een bepaald gemiddeld vrij pad van moleculen te praten.

Gedurende de tijd D T het molecuul doorloopt een complex zigzagpad gelijk aan v D T. Er zijn evenveel knikken in het traject langs dit pad als er botsingen zijn. Laten Z betekent het aantal botsingen dat een molecuul per tijdseenheid ervaart. Het gemiddelde vrije pad is dan gelijk aan de verhouding van de padlengte N 2, bijvoorbeeld A» 2,0·10 –10 m. Tabel 1 toont de waarden van l 0 in µm (1 µm = 10 –6 m) berekend met formule (10) voor sommige gassen onder normale omstandigheden ( P= 1 atm, T=273K). Deze waarden blijken ongeveer 100-300 keer groter te zijn dan de intrinsieke diameter van de moleculen.

Deze videoles is gewijd aan het onderwerp “Basisbepalingen van de ICT. Structuur van de materie. Molecuul". Hier leer je wat de moleculaire kinetische theorie (MKT) bestudeert in de natuurkunde. Maak kennis met de drie belangrijkste bepalingen waarop de ICT is gebaseerd. Je leert wat de fysische eigenschappen van een stof bepaalt en wat een atoom en een molecuul zijn.

Laten we eerst alle voorgaande delen van de natuurkunde onthouden die we hebben bestudeerd, en begrijpen dat we al die tijd de processen hebben overwogen die plaatsvinden bij macroscopische lichamen (of objecten van de macrokosmos). Nu zullen we hun structuur bestuderen en de processen die daarin plaatsvinden.

Definitie. Macroscopisch lichaam- een lichaam bestaande uit een groot aantal deeltjes. Bijvoorbeeld: een auto, een persoon, een planeet, een biljartbal...

Microscopisch lichaam - een lichaam bestaande uit één of meer deeltjes. Bijvoorbeeld: atoom, molecuul, elektron... (Fig. 1)

Rijst. 1. Voorbeelden van respectievelijk micro- en macro-objecten

Nadat we aldus het studieonderwerp van de MCT-cursus hebben gedefinieerd, moeten we het nu hebben over de belangrijkste doelen die de MCT-cursus zichzelf stelt, namelijk:

Studie van processen die plaatsvinden in een macroscopisch lichaam (beweging en interactie van deeltjes)
Eigenschappen van lichamen (dichtheid, massa, druk (voor gassen)…)
Studie van thermische verschijnselen (verwarming-koeling, veranderingen in fysieke toestanden van het lichaam)

De studie van deze kwesties, die over het hele onderwerp zal plaatsvinden, zal nu beginnen met het feit dat we de zogenaamde basisbepalingen van de ICT zullen formuleren, dat wil zeggen enkele uitspraken waarvan de waarheid al lang buiten twijfel staat, en, van daaruit wordt het gehele verdere parcours opgebouwd.

Laten we ze een voor een bekijken:

Alle stoffen bestaan uit een groot aantal deeltjes - moleculen en atomen.

Definitie. Atoom- het kleinste deeltje van een chemisch element. De afmetingen van atomen (hun diameter) liggen in de orde van cm. Het is vermeldenswaard dat er, in tegenstelling tot moleculen, relatief weinig verschillende soorten atomen zijn. Al hun variëteiten, die momenteel bij de mens bekend zijn, worden verzameld in het zogenaamde periodiek systeem (zie figuur 2)

Rijst. 2. Periodiek systeem van chemische elementen (in wezen variëteiten van atomen) door D.I. Mendelejev

Molecuul- een structurele eenheid van materie bestaande uit atomen. In tegenstelling tot atomen zijn ze groter en zwaarder, en het allerbelangrijkste: ze hebben een enorme variëteit.

Een stof waarvan de moleculen uit één atoom bestaan, wordt genoemd atomair, van een groter aantal - moleculair. Bijvoorbeeld: zuurstof, water, keukenzout () - moleculair; heliumzilver (He, Ag) - atomair.

Bovendien moet worden begrepen dat de eigenschappen van macroscopische lichamen niet alleen zullen afhangen van de kwantitatieve kenmerken van hun microscopische samenstelling, maar ook van de kwalitatieve.

Als een stof in de structuur van atomen een bepaalde geometrie heeft ( kristal rooster), of juist niet, dan zullen deze lichamen andere eigenschappen hebben. Amorfe lichamen hebben bijvoorbeeld geen strikt smeltpunt. Het bekendste voorbeeld is amorf grafiet en kristallijne diamant. Beide stoffen zijn gemaakt van koolstofatomen.

Rijst. 3. respectievelijk grafiet en diamant

Dus “uit hoeveel atomen en moleculen bestaat de materie, in welke relatieve rangschikking, en uit wat voor soort atomen en moleculen?” - de eerste vraag, waarvan het antwoord ons dichter bij het begrip van de eigenschappen van lichamen zal brengen.

Alle hierboven genoemde deeltjes bevinden zich in een continue thermische chaotische beweging.

Net als in de hierboven besproken voorbeelden is het belangrijk om niet alleen de kwantitatieve aspecten van deze beweging te begrijpen, maar ook de kwalitatieve aspecten van verschillende stoffen.

Moleculen en atomen van vaste stoffen ondergaan slechts lichte trillingen ten opzichte van hun constante positie; vloeistof - trillen ook, maar vanwege de grote omvang van de intermoleculaire ruimte wisselen ze soms van plaats met elkaar; Gasdeeltjes bewegen zich op hun beurt vrij door de ruimte zonder praktisch te botsen.

Deeltjes interageren met elkaar.

Deze interactie is elektromagnetisch van aard (interactie tussen de kernen en elektronen van een atoom) en werkt in beide richtingen (zowel aantrekking als afstoting).

Hier: D- afstand tussen deeltjes; A- deeltjesgrootte (diameter).

Het concept van ‘atoom’ werd voor het eerst geïntroduceerd door de oude Griekse filosoof en natuurwetenschapper Democritus (Fig. 4). In een latere periode vroeg de Russische wetenschapper Lomonosov zich actief af over de structuur van de microwereld (Fig. 5).

Rijst. 4. Democritus

Rijst. 5. Lomonosov

In de volgende les introduceren we methoden voor kwalitatieve onderbouwing van de belangrijkste voorzieningen van ICT.

Bibliografie

Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Moleculaire fysica. Thermodynamica. - M.: Trap, 2010.
Gendenshtein LE, Dick Yu.I. Natuurkunde 10e leerjaar. - M.: Ilexa, 2005.
Kasyanov V.A. Natuurkunde 10e leerjaar. - M.: Trap, 2010.

Elementy.ru ().
Samlib.ru ().
YouTube().

Huiswerk

*Dankzij welke kracht is het mogelijk om het experiment uit te voeren over het meten van de grootte van een oliemolecuul, zoals weergegeven in de video-tutorial?
Waarom houdt de moleculaire kinetische theorie geen rekening met organische verbindingen?
Waarom is zelfs een heel klein zandkorreltje een object van de macrokosmos?
Krachten van overwegend welke aard werken op deeltjes van andere deeltjes?
Hoe kun je bepalen of een bepaalde chemische structuur een chemisch element is?

Definitie. Macroscopisch lichaam- een lichaam bestaande uit een groot aantal deeltjes. Bijvoorbeeld: een auto, een persoon, een planeet, een biljartbal...

Microscopisch lichaam - een lichaam bestaande uit één of meer deeltjes. Bijvoorbeeld: atoom, molecuul, elektron... (Fig. 1)

Rijst. 1. Voorbeelden van respectievelijk micro- en macro-objecten

Nadat we aldus het studieonderwerp van de MCT-cursus hebben gedefinieerd, moeten we het nu hebben over de belangrijkste doelen die de MCT-cursus zichzelf stelt, namelijk:

Studie van processen die plaatsvinden in een macroscopisch lichaam (beweging en interactie van deeltjes)
Eigenschappen van lichamen (dichtheid, massa, druk (voor gassen)…)
Studie van thermische verschijnselen (verwarming-koeling, veranderingen in fysieke toestanden van het lichaam)

Laten we ze een voor een bekijken:

Alle stoffen bestaan uit een groot aantal deeltjes - moleculen en atomen.

Rijst. 2. Periodiek systeem van chemische elementen (in wezen variëteiten van atomen) door D.I. Mendelejev

Molecuul- een structurele eenheid van materie bestaande uit atomen. In tegenstelling tot atomen zijn ze groter en zwaarder, en het allerbelangrijkste: ze hebben een enorme variëteit.

Rijst. 3. respectievelijk grafiet en diamant

Alle hierboven genoemde deeltjes bevinden zich in een continue thermische chaotische beweging.

Net als in de hierboven besproken voorbeelden is het belangrijk om niet alleen de kwantitatieve aspecten van deze beweging te begrijpen, maar ook de kwalitatieve aspecten van verschillende stoffen.

Deeltjes interageren met elkaar.

Deze interactie is elektromagnetisch van aard (interactie tussen de kernen en elektronen van een atoom) en werkt in beide richtingen (zowel aantrekking als afstoting).

Hier: D- afstand tussen deeltjes; A- deeltjesgrootte (diameter).

Rijst. 4. Democritus

Rijst. 5. Lomonosov

In de volgende les introduceren we methoden voor kwalitatieve onderbouwing van de belangrijkste voorzieningen van ICT.

Bibliografie

Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Moleculaire fysica. Thermodynamica. - M.: Trap, 2010.
Gendenshtein LE, Dick Yu.I. Natuurkunde 10e leerjaar. - M.: Ilexa, 2005.
Kasyanov V.A. Natuurkunde 10e leerjaar. - M.: Trap, 2010.

Elementy.ru ().
Samlib.ru ().
YouTube().

Huiswerk

*Dankzij welke kracht is het mogelijk om het experiment uit te voeren over het meten van de grootte van een oliemolecuul, zoals weergegeven in de video-tutorial?
Waarom houdt de moleculaire kinetische theorie geen rekening met organische verbindingen?
Waarom is zelfs een heel klein zandkorreltje een object van de macrokosmos?
Krachten van overwegend welke aard werken op deeltjes van andere deeltjes?
Hoe kun je bepalen of een bepaalde chemische structuur een chemisch element is?

De atomen of moleculen waaruit een gas bestaat, bewegen zich vrijelijk over een aanzienlijke afstand van elkaar en interageren alleen wanneer ze met elkaar botsen (in het volgende zal ik, om herhaling te voorkomen, alleen ‘moleculen’ noemen, wat ‘moleculen of atomen’ betekent. ). Daarom beweegt het molecuul alleen rechtlijnig in de intervallen tussen botsingen, waarbij de bewegingsrichting verandert na elke interactie met een ander molecuul. De gemiddelde lengte van een recht bewegingssegment van een gasmolecuul wordt genoemd gemiddeld vrij pad. Hoe hoger de gasdichtheid (en dus hoe kleiner de gemiddelde afstand tussen moleculen), hoe korter het gemiddelde vrije pad tussen botsingen.

In de tweede helft van de 19e eeuw ontwikkelde zo'n ogenschijnlijk eenvoudig beeld van de atomair-moleculaire structuur van gassen zich, dankzij de inspanningen van een aantal theoretische natuurkundigen, tot een krachtige en tamelijk universele theorie. De nieuwe theorie is gebaseerd op het idee van het verband tussen meetbaar macroscopisch gasconditie-indicatoren (temperatuur, druk en volume) met microscopisch kenmerken - aantal, massa en bewegingssnelheid van moleculen. Omdat moleculen voortdurend in beweging zijn en daardoor kinetische energie hebben, wordt deze theorie genoemd moleculaire kinetische theorie gassen

Laten we als voorbeeld de bloeddruk nemen. Op elk moment raken moleculen de wanden van het vat en bij elke botsing brengen ze een bepaalde krachtimpuls over, die op zichzelf extreem klein is, maar de totale impact van miljoenen moleculen veroorzaakt een aanzienlijke kracht op de wanden, namelijk door ons als druk ervaren. Wanneer u bijvoorbeeld een autoband oppompt, drijft u atmosferische luchtmoleculen binnen het gesloten volume van de band, naast het aantal moleculen dat zich al daarin bevindt; Als gevolg hiervan is de concentratie van moleculen in de band hoger dan daarbuiten, raken ze vaker de wanden, is de druk in de band hoger dan de atmosferische druk en wordt de band opgepompt en elastisch.

De betekenis van de theorie is dat we uit het gemiddelde vrije pad van moleculen de frequentie van hun botsingen met de wanden van het vat kunnen berekenen. Dat wil zeggen, met informatie over de bewegingssnelheid van moleculen is het mogelijk om de kenmerken van een gas te berekenen die direct kunnen worden gemeten. Met andere woorden: de moleculaire kinetische theorie geeft ons een directe verbinding tussen de wereld van moleculen en atomen en de tastbare macrokosmos.

Hetzelfde geldt voor het begrijpen van temperatuur binnen het raamwerk van deze theorie. Hoe hoger de temperatuur, hoe groter de gemiddelde snelheid van gasmoleculen. Deze relatie wordt beschreven door de volgende vergelijking:

1/2mv 2 = kT

Waar M- massa van één gasmolecuul, v— gemiddelde snelheid van thermische beweging van moleculen, T - gastemperatuur (in Kelvin), en k— Boltzmann-constante. De basisvergelijking van de moleculaire kinetische theorie definieert een directe relatie tussen de moleculaire kenmerken van een gas (links) en meetbare macroscopische kenmerken (rechts). De temperatuur van een gas is recht evenredig met het kwadraat van de gemiddelde snelheid van de moleculen.

De moleculaire kinetische theorie geeft ook een tamelijk definitief antwoord op de vraag naar afwijkingen van de snelheden van individuele moleculen van de gemiddelde waarde. Elke botsing tussen gasmoleculen leidt tot een herverdeling van energie tussen hen: moleculen die te snel zijn vertragen, moleculen die te langzaam zijn versnellen, wat leidt tot middeling. Op elk willekeurig moment vinden er talloze miljoenen van dergelijke botsingen plaats in het gas. Niettemin bleek dat bij een gegeven temperatuur een gas in een stabiele toestand het gemiddelde aantal moleculen met een bepaalde snelheid bereikt v of energie E, verandert niet. Dit gebeurt omdat, vanuit statistisch oogpunt gezien, de kans groter is dat een molecuul energie bevat E zijn energie zal veranderen en in een soortgelijke energietoestand terecht zal komen, is gelijk aan de waarschijnlijkheid dat een ander molecuul daarentegen in een toestand met energie zal overgaan E. Dus hoewel elk individueel molecuul energie heeft E slechts af en toe het gemiddelde aantal moleculen met energie E blijft onveranderd. (We zien een vergelijkbare situatie in de menselijke samenleving. Niemand blijft langer dan een jaar zeventien – godzijdank! – maar het gemiddelde percentage zeventienjarigen in een stabiele menselijke gemeenschap blijft vrijwel onveranderd.)

Dit idee van de gemiddelde snelheidsverdeling van moleculen en de strikte formulering ervan is van James Clarke Maxwell; dezelfde uitstekende theoreticus schreef ook een rigoureuze beschrijving van elektromagnetische velden ( cm. vergelijkingen van Maxwell). Hij was het die de snelheidsverdeling van moleculen bij een bepaalde temperatuur afleidde (zie figuur). De meeste moleculen bevinden zich in de energietoestand die overeenkomt met de piek Maxwell-distributies en gemiddelde snelheid, maar in feite variëren de snelheden van moleculen binnen vrij grote grenzen.