Drugie stanowisko teorii kinetyki molekularnej. Encyklopedia szkolna

Czasami pod A.V. zrozumieć ciśnienie cząstkowe pary wodnej. W tym przypadku mierzy się go w paskalach (Pa).

TEMPERATURA ABSOLUTNA- temperatura mierzona w bezwzględnej skali termodynamicznej, niezależnej od właściwości substancji termometrycznej. Liczone od zera absolutnego. Jednostka A.t. w SI Kelvin (K).

ZERO ABSOLUTNE- początek temperatury bezwzględnej; wynosi 273,16 K poniżej temperatury punktu potrójnego wody, dla której przyjęta wartość wynosi 0,01 o C. W A.n. ruch translacyjny i obrotowy atomów i cząsteczek zatrzymuje się, ale nie są one w spoczynku, ale w stanie „zerowych” wibracji. Z praw termodynamiki wynika, że A.N. praktycznie nieosiągalne.

PRAWO AVOGADRA- jedno z podstawowych praw gazów doskonałych: równe objętości różnych gazów w tej samej temperaturze i ciśnieniu zawierają tę samą liczbę cząsteczek. Otwarty w 1811 roku we Włoszech. fizyk A. Avogadro (1776-1856).

STAŁA AVOGADRO(liczba) - liczba cząstek na jednostkę ilości substancji (1 mol): N A =6,022. 10 23 mol -1 .

STANY MATERII- stany tej samej substancji różniące się charakterem ruchu termicznego cząstek. Zwykle istnieją 3 A.S.V.: gaz, ciecz i ciało stałe; czasami obejmuje to stan plazmy. Substancja w dowolnym A.S. istnieje w pewnych warunkach zewnętrznych (temperatura, ciśnienie), których zmiana prowadzi do przejścia z jednego A.S. do innego.

PROCES ADIABATYCZNY (ADIABATYCZNY).– model procesu termodynamicznego, w którym nie zachodzi wymiana ciepła pomiędzy rozpatrywanym układem a otoczeniem. Rzeczywisty proces termodynamiczny można uznać za A., jeżeli zachodzi albo w powłoce termoizolacyjnej, albo tak szybko, że wymiana ciepła nie ma czasu na wystąpienie.

Linia reprezentująca równowagę na dowolnym schemacie termodynamicznym adiabatyczny proces. Równanie a. dla gazu doskonałego ma postać - wykładnik adiabatyczny, i ze str I z w pojemność cieplna przy stałym ciśnieniu i objętości.

Stan amorficzny- stan ciała stałego, w którym nie ma układu cząsteczek. Dlatego A. substancja jest izotropowa, tj. ma te same właściwości fizyczne we wszystkich kierunkach i nie ma określonej temperatury topnienia.

ANEROID- barometr aneroidowy, urządzenie do pomiaru ciśnienia atmosferycznego, którego częścią odbiorczą jest metalowa skrzynka, wewnątrz której wytwarza się silna próżnia. Przy zmianie atm. ciśnienie zmienia odkształcenie pudełka, co za pomocą powiązanej sprężyny i układu dźwigni powoduje obrót wskazówki.

ANIZOTROPIA- zależność właściwości fizycznych substancji od kierunku (w przeciwieństwie do izotropia). Jest to związane z wewnętrzną uporządkowaną strukturą ośrodków i występuje w zjawiskach sprężystości, przewodności cieplnej i elektrycznej oraz propagacji dźwięku i światła w ciałach stałych. Może również występować w przestrzeni fizycznej w obecności pól elektromagnetycznych, grawitacyjnych i innych.

CIŚNIENIE ATMOSFERY- ciśnienie, jakie atmosfera ziemska wywiera na wszystkie znajdujące się w niej obiekty. Jest ona określana na podstawie masy znajdującego się nad nią słupa powietrza i jest najważniejszą wielkością opisującą stan atmosfery ziemskiej. Jednostki A.d. w SI - Pa, mm Hg. Normalne ciśnienie krwi wynosi 760 mm Hg. lub 1013 hPa.

BAROMETR- urządzenie do pomiaru ciśnienia atmosferycznego. Najczęściej spotykane są aparaty deformacyjne, do których zalicza się np. bransoletki - aneroid(1844, L. Vidi). W takim B., gdy zmienia się ciśnienie atmosferyczne, membrana przykrywająca skrzynkę, z której pompowane jest powietrze, wygina się, a strzałka połączona z membraną poprzez system dźwigni odchyla się. Działanie płyn B. (np. rtęć B. E. Torricelli, 1644) opiera się na równoważeniu ciśnienia atmosferycznego ciężarem słupa cieczy.

ZAMÓWIENIE KRÓTKIEGO ZASIĘGU- uporządkowane rozmieszczenie atomów lub cząsteczek w odległościach bliskich międzyatomowych; charakterystyczne dla substancji amorficznych i niektórych cieczy. (Poślubić).

PRAWO BOYLE’A-MARIOTTE’A- jedno z praw gaz doskonały: dla danej masy danego gazu w stałej temperaturze iloczyn ciśnienia i objętości jest wartością stałą. Formuła: pV=stała. Opisuje proces izotermiczny.

Jedna z podstawowych stałych fizycznych, równa stosunkowi uniwersalnemu stała gazowa R do N A.B.p. .Zawarte w szeregu najważniejszych relacji fizyki statystycznej: łączy por. energia kinetyczna cząstek i temperatura, entropia układu fizycznego i jej prawdopodobieństwo termodynamiczne.

RUCH Browna- losowy ruch małych makroskopowych cząstek zawieszonych w cieczy lub gazie, zachodzący pod wpływem termicznego ruchu cząsteczek. Wizualne potwierdzenie teorii kinetyki molekularnej. Odkryta przez R. Browna w 1827 r. Wyjaśniona przez A. Einsteina i M. Smoluchowskiego w 1905 r. Teoria została sprawdzona w doświadczeniach przez J. Perrina w latach 1906-11.

PRÓŻNIA- stan gazu zamkniętego w naczyniu o ciśnieniu znacznie niższym od atmosferycznego. W zależności od zależności pomiędzy swobodną drogą atomów lub cząsteczek a liniowym rozmiarem naczynia wyróżnia się próżnię ultrawysoką, wysoką, średnią i niską.

WILGOTNOŚĆ POWIETRZA– zjawisko obecności pary wodnej w powietrzu. Opisane wielkościami fizycznymi absolutny I względny W . , które są mierzone higrometry.

ENERGIA WEWNĘTRZNA- energia ciała, zależna wyłącznie od jego stanu wewnętrznego; składa się z energii przypadkowych (termicznych) ruchów atomów, cząsteczek lub innych cząstek oraz energii ruchów i oddziaływań wewnątrzatomowych i międzycząsteczkowych. (Cm. pierwsza zasada termodynamiki). W MCT nie bierze się pod uwagę energii cząstek wewnątrzatomowych i ich oddziaływań.

DRUGA ZASADA TERMODYNAMIKI- jedno z podstawowych praw termodynamika, zgodnie z którym nie jest możliwy proces okresowy, którego jedynym skutkiem jest wykonanie pracy odpowiadającej ilości ciepła odebranego z grzejnika. Inne sformułowanie: niemożliwy jest proces, którego jedynym skutkiem jest przeniesienie energii w postaci ciepła z ciała mniej nagrzanego do ciała bardziej nagrzanego. V.Z.T. wyraża pragnienie, aby układ składający się z dużej liczby chaotycznie poruszających się cząstek spontanicznie przechodził ze stanów mniej prawdopodobnych do stanów bardziej prawdopodobnych. Inny sposób sformułowania V.Z.T: niemożliwe jest stworzenie maszyny perpetuum mobile drugiego rodzaju.

STAŁE GAZOWE UNIWERSALNE(R) jest jedną z głównych stałych fizycznych wchodzących w skład równania stanu (Cm.). R=(8,31441±0,00026) J/(mol K). Znaczenie fizyczne: praca rozprężania się jednego mola gazu doskonałego w procesie izobarycznym ze wzrostem temperatury o 1 K.

TERMOMETR GAZU- urządzenie do pomiaru temperatury, którego działanie opiera się na zależności ciśnienia lub objętości gazu od temperatury.

- jedno z praw gaz doskonały: dla danej masy danego gazu przy stałym ciśnieniu stosunek objętości do temperatury bezwzględnej jest wartością stałą: (lub: objętość jest wprost proporcjonalna do temperatury bezwzględnej: , gdzie α jest współczynnikiem temperaturowym ciśnienia). Opisuje izobaryczny proces.

HIGROMETR- urządzenie pomiarowe absolutny Lub wilgotność względna powietrza. Siłownie dzielą się na mierniki wagi (do określenia wilgotności bezwzględnej), mierniki kondensacji (do określenia punktu rosy), mierniki włosów (wilgotność względna) i psychrometry lub psychrometry (wilgotność względna).

STOPIEŃ CELSJUSZA jest nieukładową jednostką temperatury w Międzynarodowej Praktycznej Skali Temperatur, gdzie temperatura potrójny punkt temperatura wody wynosi 0,01 stopnia Celsjusza, a temperatura wrzenia przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym wynosi 100 stopni Celsjusza.

DŁUGIE ZAMÓWIENIE– uporządkowany układ cząstek (atomów lub cząsteczek) w całej objętości ciała; charakterystyczne dla substancji krystalicznych. Poślubić. zamknąć porządek.

PRAWO DALTONA– jedno z podstawowych praw gazu doskonałego: ciśnienie mieszaniny gazów nieoddziałujących chemicznie jest równe sumie ciśnień cząstkowych tych gazów.

WADY W KRYSZTAŁACH– niedoskonałości struktury kryształu, naruszenie ścisłego okresowego układu cząstek (atomów, cząsteczek, jonów) w węzłach sieci krystalicznej. Należą do nich wakancje (wady punktowe), dyslokacje (wady liniowe), defekty objętościowe: pęknięcia, pory, ubytki itp. Mają one istotny wpływ na właściwości fizyczne kryształów.

DYSLOKACJE– defekty liniowe sieci krystalicznej, naruszając prawidłową naprzemienność płaszczyzn atomowych. W dwóch wymiarach mają wymiary rzędu wielkości atomu, a w trzecim mogą przejść przez cały kryształ.

DYSOCJACJA– proces rozkładu cząsteczek na prostsze części – atomy, grupy atomów lub jony. Może zachodzić wraz ze wzrostem temperatury (D. termiczny), w roztworze elektrolitów (D. elektrolityczny) i pod wpływem światła (D. fotochemiczny).

CIEKŁE KRYSZTAŁY- stan skupienia, w którym stwierdza się właściwości strukturalne pośrednie pomiędzy ciałami stałymi kryształ I płyn. Tworzą się w substancjach o wydłużonych cząsteczkach, o których decyduje wzajemna orientacja anizotropia ich właściwości fizyczne. Wykorzystuje się je w technice, biologii i medycynie.

TERMOMETR PŁYNU- urządzenie pomiarowe temperatura, którego działanie opiera się na rozszerzalności cieplnej cieczy. Zh.t. w zależności od zakresu temperatur są wypełnione rtęcią, alkoholem etylowym i innymi cieczami.

PŁYN- jeden z stany skupienia substancje pośrednie między ciałem stałym a gazem. J., jak solidny, ma niską ściśliwość, dużą gęstość i jednocześnie. tak jak gaz, charakteryzuje się zmiennością kształtu (łatwo płynie). Cząsteczki cieczy, podobnie jak cząstki ciała stałego, podlegają drganiom termicznym, ale co jakiś czas zmienia się ich położenie równowagi, co zapewnia płynność cieczy.

GAZ DOSKONAŁY– mentalny model gazu, w którym można pominąć siły oddziaływania cząstek i rozmiary tych cząstek. Te. cząstki są traktowane jako punkty materialne, a wszelka interakcja sprowadza się do ich całkowicie elastycznych uderzeń. Gazy rozrzedzone w temperaturach odległych od temperatury kondensacji mają właściwości zbliżone m.in. Równanie stanu to Clapeyron-Równanie Mendelejewa.

IZOBARA– linia stałego ciśnienia, przedstawiająca równowagę na diagramie stanu proces izobaryczny.

PROCES ISOBARU(izobaryczny) – mentalny model procesu termodynamicznego zachodzącego pod stałym ciśnieniem. Dla gazów doskonałych opisuje to prawo Gay-Lussaca.

IZOPROCESY– procesy fizyczne zachodzące przy stałości któregokolwiek z parametrów opisujących stan układu (por. proces izobaryczny, izotermiczny, izochoryczny).

IZOTERMA– linia stałej temperatury, przedstawiająca stan równowagi na diagramie stanu proces izotermiczny.

PROCES IZOTERMALNY– model procesu termodynamicznego zachodzącego w stałej temperaturze. Na przykład gotowanie chemicznie jednorodnej cieczy, topienie chemicznie jednorodnego kryształu przy stałym ciśnieniu zewnętrznym. Dla gazów doskonałych jest to opisane Prawo Boyle’a-Marriotta. Poślubić. proces izobaryczny, izochoryczny, adiabatyczny.

IZOTROPIA, izotropia - te same właściwości fizyczne we wszystkich kierunkach. Jest to związane z brakiem uporządkowanej struktury wewnętrznej ośrodków i jest nieodłącznym elementem gazów, cieczy (z wyjątkiem ciekłych kryształów) i ciał amorficznych. Poślubić. anizotropia.

IZCHORA- linia stałej objętości przedstawiająca równowagowy proces izochoryczny na diagramie fazowym.

PROCES IZOCHORYCZNY, proces izochoryczny jest procesem termodynamicznym zachodzącym przy stałej objętości układu. Dla gazów doskonałych jest to opisane Prawo Karola.

ODPAROWANIE– proces parowania ze swobodnej powierzchni cieczy w temperaturze poniżej temperatury wrzenia. Nawadnianie z powierzchni ciał stałych nazywa się sublimacją. (Poślubić. gotowanie, parowanie).

KALORYMETR- urządzenie do wyznaczania różnych wielkości kalorymetrycznych: pojemność cieplna, ciepło spalania, ciepło parowania itp.

KAPILARNY– wąskie naczynie o charakterystycznej wielkości przekroju poprzecznego mniejszej niż 1 mm.

ZJAWISKA KAPILARNE- zjawiska spowodowane wpływem sił oddziaływania międzycząsteczkowego na równowagę i ruch swobodnej powierzchni cieczy, granicę faz cieczy niemieszających się oraz granice cieczy z ciałami stałymi. Na przykład wzrost lub spadek cieczy w bardzo cienkich rurkach () i w ośrodkach porowatych.

CYKL CARNO– mentalny model odwracalnego procesu kołowego składający się z dwóch izotermiczny i dwa adiabatyczny procesy. Podczas rozszerzania izotermicznego (temperatura grzejnika Tn) płyn roboczy (gaz doskonały) otrzymuje ilość ciepła Q rz oraz przy kompresji izotermicznej (temperatura lodówki Tx) - ilość ciepła jest usuwana Pytanie x. Wydajność K.c. nie zależy od rodzaju cieczy roboczej i wynosi .

WRZENIE- proces intensywnego odparowania nie tylko ze swobodnej powierzchni cieczy, ale w całej jej objętości wewnątrz powstałych pęcherzyków pary. Temperatura K. zależy od rodzaju cieczy i ciśnienia zewnętrznego i mieści się pomiędzy potrójny punkt i temperatura krytyczna (patrz krytyczna kondycja).

RÓWNANIE MAYERA- zależność ustanawiająca związek pomiędzy molowymi pojemnościami cieplnymi gazu doskonałego pod stałym ciśnieniem ze str i przy stałej głośności z V : z P = z V + R . Gdzie R - .

DYSTRYBUCJA MAXWELL- prawo rozkładu prędkości cząsteczek gazu doskonałego w stanie równowagi termodynamicznej.

CIŚNIENIOMIERZ- urządzenie pomiarowe ciśnienie ciecze i gazy. Istnieją M. do pomiaru ciśnienia bezwzględnego mierzonego od zera i M. do pomiaru nadciśnienia (różnica między ciśnieniem bezwzględnym a atmosferycznym). W zależności od zasady działania wyróżnia się pompy cieczowe, tłokowe, odkształcalne i sprężynowe.

MENISK- zakrzywiona powierzchnia cieczy w wąskiej rurce (kapilara) lub pomiędzy blisko rozmieszczonymi litymi ścianami (patrz).

– stała wielkość fizyczna dla danego materiału, będąca współczynnikiem proporcjonalności pomiędzy naprężeniem mechanicznym a wydłużeniem względnym Prawo Hooke’a: . M.Yu. mi równe naprężeniu mechanicznemu powstającemu w odkształconym ciele, gdy jego długość wzrasta 2-krotnie. Jednostką miary w SI jest paskal.

CZĄSTECZKA- najmniejsza stabilna cząstka substancji, posiadająca wszystkie właściwości chemiczne i składająca się z identycznych (substancja prosta) lub różnych (substancja złożona) atomów połączonych wiązaniami chemicznymi. Poślubić. atom.

MASA CZĄSTECZKOWA jest masą cząsteczki wyrażoną w atomowe jednostki masy. Poślubić. masa cząsteczkowa.

FIZYKA MOLEKULARNA- dział fizyki badający właściwości fizyczne ciał, cechy skupionych stanów materii oraz procesy przejść fazowych w zależności od budowy molekularnej ciał, sił oddziaływań międzycząsteczkowych oraz charakteru ruchu termicznego cząstek (atomów) , jony, cząsteczki). Cm. fizyka statystyczna, termodynamika.

MASA CZĄSTECZKOWA- masa jednego mola substancji; wielkość skalarna równa stosunkowi masy ciała do ilości zawartej w nim substancji (liczby moli). W SI m.m. równy waga molekularna substancja pomnożona przez 10 -3 i zmierzona w kilogramach na mol (kg/mol).

POJEDYNCZE KRYSZTAŁY- pojedynczy kryształy z pojedynczą siecią krystaliczną. Powstają w warunkach naturalnych lub sztucznie hodowane ze stopów, roztworów, pary lub fazy stałej. Poślubić. polikryształy.

PARA NASYCONA- para znajdująca się w równowadze dynamicznej z fazą ciekłą lub stałą. Równowaga dynamiczna jest rozumiana jako stan, w którym średnia liczba cząsteczek opuszczających ciecz (ciało stałe) jest równa średniej liczbie cząsteczek pary powracających w tym samym czasie do cieczy (ciała stałego).

PROCES NIEODWRACALNY- proces, który może spontanicznie zachodzić tylko w jednym kierunku. Wszystkie rzeczywiste procesy są n.p. a w układach zamkniętych towarzyszy wzrost entropia. Cm. , .

NORMALNE WARUNKI- standardowe warunki fizyczne określone ciśnieniem P=101325 Pa (760 mmHg) i temperaturą bezwzględną T=273,15 K.

PROCES ODWRACALNY– model procesu, dla którego możliwy jest proces odwrotny, powtarzający po kolei wszystkie stany pośrednie rozpatrywanego procesu. Odwracalne jest tylko proces równowagi. Przykład - . Poślubić. .

WILGOTNOŚĆ WZGLĘDNA– wielkość fizyczna równa stosunkowi gęstości (elastyczności) pary wodnej zawartej w powietrzu do gęstości (elastyczności) pary nasyconej w tej samej temperaturze. Wyrażone w procentach. Poślubić. wilgotność absolutna.

PARA- substancja w stanie gazowym, w warunkach, w których poprzez sprężenie można osiągnąć równowagę z tą samą substancją w stanie ciekłym lub stałym, tj. w temperaturach i ciśnieniach poniżej krytycznego (patrz. krytyczna kondycja). Przy niskich ciśnieniach i wysokich temperaturach właściwości pary zbliżają się do właściwości pary gaz doskonały.

PARAMETR STANU, parametr termodynamiczny to wielkość fizyczna, która służy w termodynamice do opisu stanu układu. Np. ciśnienie, temperatura, energia wewnętrzna, entropia itp. P.S. są ze sobą powiązane, dlatego stan równowagi układu można jednoznacznie określić na podstawie ograniczonej liczby parametrów (patrz. równanie stanu).

PRODUKCJA PARY– proces przejścia substancji ze stanu ciekłego lub stałego w stan gazowy. Trwa w zamkniętej objętości, aż się uformuje para nasycona. Istnieją dwa typy P.: odparowanie I wrzenie.

CIŚNIENIE CZĄSTKOWE- ciśnienie gazu zawartego w mieszaninie gazowej, jakie wywierałby, gdyby zajmował całą objętość mieszaniny i miał temperaturę mieszaniny. Cm. .

PRAWO PASKALA- Prawo podstawowe hydrostatyka: ciśnienie wytwarzane przez siły zewnętrzne na powierzchni cieczy lub gazu jest przenoszone równomiernie we wszystkich kierunkach.

PIERWSZA ZASADA TERMODYNAMIKI- jedno z podstawowych praw termodynamika, czyli zasada zachowania energii układu termodynamicznego: ilość ciepła Q przekazywana do układu, jest zużywana na zmianę energii wewnętrznej układu ΔU i wykonywanie pracy przez system System przed siłami zewnętrznymi. Formuła: System Q=ΔU+A. O korzystaniu z P.z.t. w oparciu o działanie silników cieplnych. Można to sformułować inaczej: zmiana energii wewnętrznej układu ΔU równa sumie ilości ciepła przekazanego do układu Q oraz działanie sił zewnętrznych na układ Zew. Formuła: ΔU=Q+A zewnętrzny. W powyższych wzorach Zew. = - System.

TOPIENIE– proces przejścia substancji ze stanu krystalicznego w ciekły. Zachodzi przy pochłonięciu określonej ilości ciepła w temperaturze topnienia, w zależności od charakteru substancji i ciśnienia. Cm. ciepło topnienia.

OSOCZE- zjonizowany gaz, w którym stężenia ładunków dodatnich i ujemnych są prawie równe. Powstał kiedy wyładowanie elektryczne w gazach, gdy gaz jest podgrzewany do temperatury wystarczającej do jonizacji termicznej. Zdecydowana większość materii we Wszechświecie znajduje się w stanie plazmy: gwiazdy, mgławice galaktyczne i ośrodek międzygwiazdowy.

PLASTIKOWY- właściwość ciał stałych pod wpływem sił zewnętrznych do zmiany kształtu i rozmiaru bez zapadania się oraz zatrzymywania pozostałości (plastiku) odkształcenie. Zależy od rodzaju cieczy i temperatury. Może być zmieniony przez środki powierzchniowo czynne (np. mydło).

NAPIĘCIE POWIERZCHNIOWE- zjawisko wyrażające się tendencją cieczy do zmniejszania swojej powierzchni. Jest to spowodowane oddziaływaniem międzycząsteczkowym i jest spowodowane tworzeniem się powierzchniowej warstwy cząsteczek, których energia jest większa niż energia cząsteczek wewnątrz danej cieczy w tej samej temperaturze.

Treść artykułu

TEORIA KINETYKI MOLEKULARNEJ– dział fizyki molekularnej badający właściwości materii w oparciu o wyobrażenia o ich strukturze molekularnej i pewnych prawach interakcji pomiędzy atomami (cząsteczkami) tworzącymi substancję. Uważa się, że cząstki materii znajdują się w ciągłym, losowym ruchu, a ruch ten odbierany jest jako ciepło.

Aż do XIX wieku Bardzo popularną podstawą doktryny ciepła była teoria przepływu kalorycznej lub płynnej substancji z jednego ciała do drugiego. Ogrzewanie ciał tłumaczono wzrostem, a ochładzanie spadkiem zawartej w nich kaloryczności. Pojęcie atomów przez długi czas wydawało się niepotrzebne w teorii ciepła, ale wielu naukowców już wtedy intuicyjnie łączyło ciepło z ruchem cząsteczek. W szczególności pomyślał rosyjski naukowiec M.V. Łomonosow. Minęło wiele czasu, zanim teoria kinetyki molekularnej ostatecznie zakorzeniła się w umysłach naukowców i stała się integralną własnością fizyki.

Wiele zjawisk zachodzących w gazach, cieczach i ciałach stałych znajduje proste i przekonujące wyjaśnienie w ramach teorii kinetyki molekularnej. Więc ciśnienie, wywierany przez gaz na ścianki naczynia, w którym jest on zamknięty, uważa się za sumaryczny wynik licznych zderzeń szybko poruszających się cząsteczek ze ścianą, w wyniku czego przenoszą one swój pęd na ścianę. (Przypomnijmy, że to zmiana pędu w jednostce czasu, zgodnie z prawami mechaniki, prowadzi do pojawienia się siły, a siła na jednostkę powierzchni ściany to ciśnienie). Energia kinetyczna ruchu cząstek, uśredniona na podstawie ich ogromnej liczby, określa to, co jest powszechnie nazywane temperatura Substancje.

Geneza idei atomistycznej, tj. Pomysł, że wszystkie ciała w przyrodzie składają się z najmniejszych niepodzielnych cząstek, atomów, sięga starożytnych greckich filozofów - Leukipposa i Demokryta. Ponad dwa tysiące lat temu Demokryt napisał: „...atomy są niezliczone pod względem wielkości i liczby, ale pędzą po wszechświecie, wirując w wichrze, i tak rodzi się wszystko, co złożone: ogień, woda, powietrze, ziemia”. Zdecydowany wkład w rozwój teorii kinetyki molekularnej wniosła druga połowa XIX wieku. prace wybitnych naukowców J.C. Maxwella i L. Boltzmanna, którzy położyli podwaliny pod statystyczny (probabilistyczny) opis właściwości substancji (głównie gazów) składających się z ogromnej liczby chaotycznie poruszających się cząsteczek. Podejście statystyczne zostało uogólnione (w odniesieniu do dowolnego stanu materii) na początku XX wieku. w pracach amerykańskiego naukowca J. Gibbsa, uznawanego za jednego z twórców mechaniki statystycznej czy fizyki statystycznej. Wreszcie w pierwszych dekadach XX w. fizycy zdali sobie sprawę, że zachowanie atomów i cząsteczek podlega prawom nie mechaniki klasycznej, ale mechaniki kwantowej. Dało to potężny impuls do rozwoju fizyki statystycznej i umożliwiło opisanie szeregu zjawisk fizycznych, których wcześniej nie można było wyjaśnić w ramach zwykłych pojęć mechaniki klasycznej.

Molekularna teoria kinetyczna gazów.

Każda cząsteczka lecąca w stronę ściany, zderzając się z nią, przekazuje na nią swój pęd. Ponieważ prędkość cząsteczki podczas zderzenia sprężystego ze ścianą różni się od wartości w zanim - w, wielkość przesyłanego impulsu wynosi 2 mw. Siła działająca na powierzchnię ściany D S w czasie D T, jest określony przez wielkość całkowitego pędu przenoszonego przez wszystkie cząsteczki docierające do ściany w tym okresie czasu, tj. F= 2mw N C D S/D T, gdzie n C zdefiniowane wyrażeniem (1). Dla wartości ciśnienia P = F/D S w tym przypadku znajdujemy: p = (1/3)nmv 2.

Aby uzyskać końcowy wynik, można porzucić założenie o tej samej prędkości cząsteczek, identyfikując niezależne grupy cząsteczek, z których każda ma swoją własną w przybliżeniu tę samą prędkość. Następnie średnią wartość ciśnienia oblicza się, uśredniając kwadrat prędkości dla wszystkich grup cząsteczek lub

Wyrażenie to można również przedstawić w formie

Wygodnie jest nadać temu wzorowi inną postać, mnożąc licznik i mianownik pod pierwiastkiem kwadratowym przez liczbę Avogadra

Nie= 6,023·10 23.

Tutaj M = mN A– masa atomowa lub cząsteczkowa, wartość R = kN A= 8,318·10 7 erg nazywa się stałą gazową.

Średnia prędkość cząsteczek w gazie, nawet w umiarkowanych temperaturach, okazuje się bardzo duża. Zatem dla cząsteczek wodoru (H2) w temperaturze pokojowej ( T= 293K) prędkość ta wynosi około 1900 m/s, dla cząsteczek azotu w powietrzu - około 500 m/s. Prędkość dźwięku w powietrzu w tych samych warunkach wynosi 340 m/s.

Biorąc pod uwagę, że N = N/V, Gdzie V– objętość zajmowana przez gaz, N jest całkowitą liczbą cząsteczek w tej objętości; łatwo jest uzyskać konsekwencje z (5) w postaci dobrze znanych praw gazowych. Aby to zrobić, całkowitą liczbę cząsteczek przedstawia się jako N = vN A, Gdzie w jest liczbą moli gazu, a równanie (5) przyjmuje postać

(8) pV = vRT,

które nazywa się równaniem Clapeyrona-Mendelejewa.

Jeśli się uwzględni T= const ciśnienie gazu zmienia się odwrotnie proporcjonalnie do zajmowanej przez niego objętości (prawo Boyle’a – Mariotte’a).

W zamkniętym naczyniu o stałej objętości V= zmiany ciśnienia stałego są wprost proporcjonalne do zmiany bezwzględnej temperatury gazu T. Jeżeli gaz znajduje się w warunkach, w których jego ciśnienie pozostaje stałe P= const, ale temperatura się zmienia (takie warunki można osiągnąć np. umieszczając gaz w cylindrze zamkniętym ruchomym tłokiem), wówczas objętość zajmowana przez gaz będzie zmieniać się proporcjonalnie do zmiany jego temperatury (Prawo Gay-Lussaca).

Niech w naczyniu będzie mieszanina gazów, tj. Istnieje kilka różnych rodzajów cząsteczek. W tym przypadku wielkość pędu przenoszonego na ścianę przez cząsteczki każdego rodzaju nie zależy od obecności cząsteczek innych typów. Wynika, że ciśnienie mieszaniny gazów doskonałych jest równe sumie ciśnień cząstkowych, jakie każdy gaz wytworzyłby z osobna, gdyby zajmował całą objętość. To kolejne z praw gazowych - słynne prawo Daltona.

Molekularna średnia droga swobodna . Jednym z pierwszych, który w latach pięćdziesiątych XIX wieku przedstawił rozsądne szacunki średniej prędkości termicznej cząsteczek różnych gazów, był austriacki fizyk Clausius. Uzyskane przez niego niezwykle duże wartości tych prędkości od razu wzbudziły zastrzeżenia. Jeśli prędkości cząsteczek są naprawdę tak duże, wówczas zapach jakiejkolwiek substancji zapachowej powinien niemal natychmiast rozprzestrzenić się z jednego końca zamkniętego pomieszczenia na drugi. W rzeczywistości rozprzestrzenianie się zapachu następuje bardzo powoli i, jak obecnie wiadomo, zachodzi w wyniku procesu zwanego dyfuzją gazu. Clausius, a później inni, byli w stanie zapewnić przekonujące wyjaśnienie tego i innych procesów transportu gazu (takich jak przewodność cieplna i lepkość), korzystając z koncepcji średniej swobodnej drogi Cząsteczki , te. średnia odległość, jaką cząsteczka pokonuje od jednego zderzenia do drugiego.

Każda cząsteczka gazu ulega bardzo dużej liczbie zderzeń z innymi cząsteczkami. W przerwach między zderzeniami cząsteczki poruszają się niemal po linii prostej, doświadczając gwałtownych zmian prędkości dopiero w momencie samego zderzenia. Naturalnie długości prostych odcinków ścieżki cząsteczki mogą być różne, dlatego warto mówić tylko o pewnej średniej swobodnej ścieżce cząsteczek.

W czasie D T cząsteczka przechodzi złożoną zygzakowatą ścieżkę równą w D T. Na tej ścieżce jest tyle załamań, ile jest kolizji. Pozwalać Z oznacza liczbę zderzeń, jakich doświadcza cząsteczka w jednostce czasu.Średnia swobodna droga jest wówczas równa stosunkowi długości ścieżki N 2, na przykład A» 2,0·10 –10 m. W tabeli 1 przedstawiono wartości l 0 w µm (1 µm = 10 –6 m) obliczone ze wzoru (10) dla niektórych gazów w warunkach normalnych ( P= 1 atm, T=273 tys.). Wartości te okazują się około 100–300 razy większe niż wewnętrzna średnica cząsteczek.

Ta lekcja wideo poświęcona jest tematowi „Podstawowe przepisy ICT. Struktura materii. Cząsteczka". Tutaj dowiesz się, czym zajmuje się teoria kinetyki molekularnej (MKT) w fizyce. Zapoznaj się z trzema głównymi przepisami, na których opiera się ICT. Dowiesz się, co decyduje o właściwościach fizycznych substancji oraz czym jest atom i cząsteczka.

Najpierw przypomnijmy sobie wszystkie poprzednie sekcje fizyki, które studiowaliśmy i zrozummy, że przez cały ten czas rozważaliśmy procesy zachodzące w ciałach makroskopowych (lub obiektach makrokosmosu). Teraz zbadamy ich strukturę i procesy zachodzące w nich.

Definicja. Ciało makroskopowe- ciało składające się z dużej liczby cząstek. Na przykład: samochód, osoba, planeta, kula bilardowa...

Mikroskopijne ciało - ciało składające się z jednej lub więcej cząstek. Na przykład: atom, cząsteczka, elektron... (ryc. 1)

Ryż. 1. Przykłady odpowiednio mikro- i makroobiektów

Po zdefiniowaniu w ten sposób przedmiotu studiów kursu MCT powinniśmy teraz porozmawiać o głównych celach, jakie stawia sobie kurs MCT, a mianowicie:

Badanie procesów zachodzących wewnątrz ciała makroskopowego (ruch i oddziaływanie cząstek)
Właściwości ciał (gęstość, masa, ciśnienie (dla gazów)…)
Badanie zjawisk cieplnych (nagrzewanie-chłodzenie, zmiany stanów fizycznych ciała)

Studium tych zagadnień, które będzie miało miejsce w całym temacie, zaczniemy teraz od tego, że sformułujemy tzw. podstawowe przepisy ICT, czyli pewne stwierdzenia, których prawdziwość od dawna nie budzi wątpliwości, oraz od którego zostanie zbudowany cały dalszy tor.

Przyjrzyjmy się im jeden po drugim:

Wszystkie substancje składają się z dużej liczby cząstek - cząsteczek i atomów.

Definicja. Atom- najmniejsza cząsteczka pierwiastka chemicznego. Wymiary atomów (ich średnica) są rzędu cm Warto zauważyć, że w przeciwieństwie do cząsteczek istnieje stosunkowo niewiele różnych typów atomów. Wszystkie ich odmiany, które są obecnie znane człowiekowi, zebrane są w tzw. układzie okresowym (patrz ryc. 2).

Ryż. 2. Układ okresowy pierwiastków chemicznych (zasadniczo odmian atomów) D. I. Mendelejewa

Cząsteczka- jednostka strukturalna materii składająca się z atomów. W przeciwieństwie do atomów są większe i cięższe, a co najważniejsze mają ogromną różnorodność.

Nazywa się substancję, której cząsteczki składają się z jednego atomu atomowy, z większej liczby - molekularny. Na przykład: tlen, woda, sól kuchenna () - molekularna; hel srebro (He, Ag) - atomowe.

Ponadto należy rozumieć, że właściwości ciał makroskopowych będą zależeć nie tylko od ilościowych cech ich składu mikroskopowego, ale także od jakościowego.

Jeśli w strukturze atomów substancja ma określoną geometrię ( sieci krystalicznej) lub wręcz przeciwnie, wówczas ciała te będą miały inne właściwości. Na przykład ciała amorficzne nie mają ścisłej temperatury topnienia. Najbardziej znanym przykładem jest grafit amorficzny i krystaliczny diament. Obie substancje zbudowane są z atomów węgla.

Ryż. 3. Odpowiednio grafit i diament

Zatem „z ilu atomów i cząsteczek składa się materia, w jakim układzie względnym i z jakiego rodzaju atomów i cząsteczek?” - pytanie pierwsze, na które odpowiedź przybliży nas do zrozumienia właściwości ciał.

Wszystkie wymienione powyżej cząstki znajdują się w ciągłym ruchu chaotycznym termicznie.

Podobnie jak w omówionych powyżej przykładach, ważne jest zrozumienie nie tylko ilościowych aspektów tego ruchu, ale także jakościowych dla różnych substancji.

Cząsteczki i atomy ciał stałych podlegają jedynie niewielkim wibracjom w stosunku do ich stałego położenia; ciecz - również wibruje, ale ze względu na duży rozmiar przestrzeni międzycząsteczkowej czasami zamieniają się między sobą miejscami; Cząstki gazu z kolei poruszają się swobodnie w przestrzeni, praktycznie nie zderzając się.

Cząsteczki oddziałują ze sobą.

Oddziaływanie to ma charakter elektromagnetyczny (oddziaływanie między jądrem a elektronami atomu) i działa w obu kierunkach (zarówno przyciąganie, jak i odpychanie).

Tutaj: D- odległość między cząstkami; A- wielkość cząstek (średnica).

Pojęcie „atom” po raz pierwszy wprowadził starożytny grecki filozof i przyrodnik Demokryt (ryc. 4). W późniejszym okresie rosyjski naukowiec Łomonosow aktywnie zastanawiał się nad strukturą mikroświata (ryc. 5).

Ryż. 4. Demokryt

Ryż. 5. Łomonosow

W następnej lekcji przedstawimy metody jakościowego uzasadnienia głównych przepisów ICT.

Bibliografia

Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Fizyka molekularna. Termodynamika. - M.: Drop, 2010.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizyka, klasa 10. - M.: Ilexa, 2005.
Kasjanow V.A. Fizyka, klasa 10. - M.: Drop, 2010.

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

Praca domowa

*Dzięki jakiej sile możliwe jest wykonanie eksperymentu polegającego na pomiarze wielkości cząsteczki oleju, pokazanego w filmie instruktażowym?
Dlaczego teoria kinetyki molekularnej nie uwzględnia związków organicznych?
Dlaczego nawet bardzo małe ziarenko piasku jest obiektem makrokosmosu?
Siły jakiego rodzaju przeważnie działają na cząstki innych cząstek?
Jak ustalić, czy dana struktura chemiczna jest pierwiastkiem chemicznym?

Definicja. Ciało makroskopowe- ciało składające się z dużej liczby cząstek. Na przykład: samochód, osoba, planeta, kula bilardowa...

Mikroskopijne ciało - ciało składające się z jednej lub więcej cząstek. Na przykład: atom, cząsteczka, elektron... (ryc. 1)

Ryż. 1. Przykłady odpowiednio mikro- i makroobiektów

Po zdefiniowaniu w ten sposób przedmiotu studiów kursu MCT powinniśmy teraz porozmawiać o głównych celach, jakie stawia sobie kurs MCT, a mianowicie:

Badanie procesów zachodzących wewnątrz ciała makroskopowego (ruch i oddziaływanie cząstek)
Właściwości ciał (gęstość, masa, ciśnienie (dla gazów)…)
Badanie zjawisk cieplnych (nagrzewanie-chłodzenie, zmiany stanów fizycznych ciała)

Przyjrzyjmy się im jeden po drugim:

Wszystkie substancje składają się z dużej liczby cząstek - cząsteczek i atomów.

Ryż. 2. Układ okresowy pierwiastków chemicznych (zasadniczo odmian atomów) D. I. Mendelejewa

Cząsteczka- jednostka strukturalna materii składająca się z atomów. W przeciwieństwie do atomów są większe i cięższe, a co najważniejsze mają ogromną różnorodność.

Ponadto należy rozumieć, że właściwości ciał makroskopowych będą zależeć nie tylko od ilościowych cech ich składu mikroskopowego, ale także od jakościowego.

Ryż. 3. Odpowiednio grafit i diament

Wszystkie wymienione powyżej cząstki znajdują się w ciągłym ruchu chaotycznym termicznie.

Podobnie jak w omówionych powyżej przykładach, ważne jest zrozumienie nie tylko ilościowych aspektów tego ruchu, ale także jakościowych dla różnych substancji.

Cząsteczki oddziałują ze sobą.

Oddziaływanie to ma charakter elektromagnetyczny (oddziaływanie między jądrem a elektronami atomu) i działa w obu kierunkach (zarówno przyciąganie, jak i odpychanie).

Tutaj: D- odległość między cząstkami; A- wielkość cząstek (średnica).

Ryż. 4. Demokryt

Ryż. 5. Łomonosow

W następnej lekcji przedstawimy metody jakościowego uzasadnienia głównych przepisów ICT.

Bibliografia

Myakishev G.Ya., Sinyakov A.Z. Fizyka molekularna. Termodynamika. - M.: Drop, 2010.
Gendenshtein L.E., Dick Yu.I. Fizyka, klasa 10. - M.: Ilexa, 2005.
Kasjanow V.A. Fizyka, klasa 10. - M.: Drop, 2010.

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

Praca domowa

*Dzięki jakiej sile możliwe jest wykonanie eksperymentu polegającego na pomiarze wielkości cząsteczki oleju, pokazanego w filmie instruktażowym?
Dlaczego teoria kinetyki molekularnej nie uwzględnia związków organicznych?
Dlaczego nawet bardzo małe ziarenko piasku jest obiektem makrokosmosu?
Siły jakiego rodzaju przeważnie działają na cząstki innych cząstek?
Jak ustalić, czy dana struktura chemiczna jest pierwiastkiem chemicznym?

Atomy lub cząsteczki tworzące gaz poruszają się swobodnie w znacznych odległościach od siebie i oddziałują tylko wtedy, gdy się ze sobą zderzą (w dalszej części, aby uniknąć powtórzeń, wspomnę tylko o „cząsteczkach”, czyli „cząsteczkach lub atomach”) ). Dlatego cząsteczka porusza się prostoliniowo tylko w przerwach między zderzeniami, zmieniając kierunek ruchu po każdym takim oddziaływaniu z inną cząsteczką. Nazywa się średnią długość prostego odcinka ruchu cząsteczki gazu uśredniona wolna ścieżka. Im wyższa gęstość gazu (a zatem mniejsza średnia odległość między cząsteczkami), tym krótsza jest średnia swobodna droga pomiędzy zderzeniami.

W drugiej połowie XIX wieku tak pozornie prosty obraz atomowo-molekularnej struktury gazów, dzięki wysiłkom wielu fizyków teoretyków, rozwinął się w potężną i dość uniwersalną teorię. Nowa teoria opiera się na idei związku między tym, co mierzalne makroskopijny wskaźniki stanu gazu (temperatura, ciśnienie i objętość) z mikroskopijny charakterystyka - liczba, masa i prędkość ruchu cząsteczek. Ponieważ cząsteczki są w ciągłym ruchu i w rezultacie mają energię kinetyczną, teoria ta nazywa się teoria kinetyki molekularnej gazy

Weźmy na przykład ciśnienie krwi. W dowolnym momencie cząsteczki uderzają w ścianki naczynia i przy każdym uderzeniu przekazują pewien impuls siły, który sam w sobie jest niezwykle mały, ale całkowite uderzenie milionów cząsteczek wytwarza na ściankach znaczną siłę, która jest odbierane przez nas jako presja. Na przykład, pompując oponę samochodową, wprowadzasz cząsteczki powietrza atmosferycznego do zamkniętej objętości opony, oprócz liczby cząsteczek już znajdujących się w niej; W rezultacie stężenie cząsteczek wewnątrz opony jest wyższe niż na zewnątrz, częściej uderzają one w ścianki, ciśnienie wewnątrz opony jest wyższe od ciśnienia atmosferycznego, a opona staje się napompowana i elastyczna.

Znaczenie teorii jest takie, że ze średniej swobodnej drogi cząsteczek możemy obliczyć częstotliwość ich zderzeń ze ściankami naczynia. Oznacza to, że mając informacje o prędkości ruchu cząsteczek, można obliczyć charakterystykę gazu, którą można bezpośrednio zmierzyć. Innymi słowy, teoria kinetyki molekularnej daje nam bezpośrednie połączenie między światem cząsteczek i atomów a namacalnym makrokosmosem.

To samo dotyczy rozumienia temperatury w ramach tej teorii. Im wyższa temperatura, tym większa jest średnia prędkość cząsteczek gazu. Zależność tę opisuje następujące równanie:

1/2mw 2 = kT

Gdzie M- masa jednej cząsteczki gazu, v-średnia prędkość ruchu termicznego cząsteczek, T - temperatura gazu (w Kelvinach) oraz k— stała Boltzmanna. Podstawowe równanie teorii kinetyki molekularnej definiuje bezpośredni związek między właściwościami molekularnymi gazu (po lewej) a mierzalnymi właściwościami makroskopowymi (po prawej). Temperatura gazu jest wprost proporcjonalna do kwadratu średniej prędkości cząsteczek.

Teoria kinetyki molekularnej daje także dość jednoznaczną odpowiedź na pytanie o odchylenia prędkości poszczególnych cząsteczek od wartości średniej. Każde zderzenie cząsteczek gazu powoduje redystrybucję energii między nimi: cząsteczki zbyt szybkie zwalniają, cząsteczki zbyt wolno przyspieszają, co prowadzi do uśredniania. W dowolnym momencie w gazie dochodzi do niezliczonych milionów takich zderzeń. Niemniej jednak okazało się, że przy danej temperaturze gazu w stanie stabilnym, średnia liczba cząsteczek poruszających się z określoną prędkością w lub energia mi, nie zmienia. Dzieje się tak, ponieważ ze statystycznego punktu widzenia istnieje prawdopodobieństwo, że cząsteczka ma energię mi zmieni swoją energię i przejdzie w podobny stan energetyczny jest równe prawdopodobieństwu, że inna cząsteczka, przeciwnie, przejdzie w stan o energii MI. Zatem chociaż każda pojedyncza cząsteczka ma energię mi tylko sporadycznie, średnia liczba cząsteczek o energii mi pozostaje bez zmian. (Podobną sytuację widzimy w społeczeństwie ludzkim. Nikt nie pozostaje w wieku siedemnastu lat dłużej niż rok – dzięki Bogu! – ale średni odsetek siedemnastolatków w stabilnej społeczności ludzkiej pozostaje praktycznie niezmieniony.)

Ta koncepcja rozkładu średniej prędkości cząsteczek i jej ścisłe sformułowanie należy do Jamesa Clarke’a Maxwella; ten sam wybitny teoretyk napisał także rygorystyczny opis pól elektromagnetycznych ( cm. równania Maxwella). To on wyprowadził rozkład prędkości cząsteczek w danej temperaturze (patrz rysunek). Większość cząsteczek znajduje się w stanie energetycznym odpowiadającym pikowi Rozkłady Maxwella i średnia prędkość, jednak w rzeczywistości prędkości cząsteczek różnią się w dość dużych granicach.