молекулярная физика_1_2019

1. 2. Молекулярная физика

2. 2.1 Основные положения МКТ

Молекулярно-кинетической теорией (МКТ) называют учение о
строении и свойствах вещества на основе представления о
существовании атомов и молекул как наименьших частиц
химического вещества.
Основные положения (МКТ):
1. Все вещества состоят из мельчайших частиц - молекул.
2. Между молекулами тела одновременно действуют силы
взаимного
3.
Молекулы,
притяжения
образующие
тела
и
отталкивания.
находятся
в
непрерывного беспорядочного движения.
состоянии

3. 2.2 Молекулы и атомы

Молекула – это наименьшая частица вещества, сохраняющая все его
химические свойства.
Все молекулы, образующие данное вещество, одинаковы.
Молекулы состоят из атомов.
Атом - мельчайшая частица химического элемента, являющаяся
носителем его свойств.

4.

Молекулы
занимают
определенный
объем,
притягивают
соседние
молекулы и при достижения определенного расстояния отталкивают, не
давая занять место своего местоположения.
В различных веществах молекулы ведут себя по разному.
Различают четыре агрегатных состояния (или фазы) вещества:
•твердое,
•жидкое,
•газообразное,
•плазменное.

5. 2.3 Агрегатные состояния вещества

В кристаллическом (твердом) теле молекулы образуют кристаллическую
решетку (упорядоченную структуру). Молекулы колеблются в узлах
кристаллической решетки. Кристаллическим твердым телам свойственна
упорядоченность, повторяющаяся на неограниченно больших расстояниях,
которая называется дальним порядком.
С увеличением температуры в кристаллических телах нарушается дальний
порядок и происходит фазовый переход из твердого состояния в жидкое.

6.

В жидком состоянии
у молекул наблюдается ближний порядок, т.е.
упорядоченное расположение молекул в пределах 2-3 слоев.
Молекулы
жидкости
колеблются
относительно
своего
положения
равновесия и совершают перескоки из одного положения в другое с
увеличением температуры.
При дальнейшем нагревании жидкости связи между молекулами рвутся,
они движутся независимо. Происходит фазовый переход из жидкого
состояния в газообразное.

7.

Газы могут неограниченно расширяться в пространстве, так как силы
притяжения между молекулами малы, в связи с тем, что расстояния между
молекулами газа большие.
При дальнейшем нагревании газа, атомы газа сталкиваются и ионизуются
(образуются положительные ионы и электроны), что приводит к
возникновению плазмы.
Плазма – это электронейтральная совокупность нейтральных и заряженных
частиц.

8. 2.4 Идеальный газ

Простейшей моделью молекулярно-кинетической теории является модель
идеального
газа.
В данной модели полагают, что:
1. Межмолекулярные силы полностью отсутствуют.
2. Молекулы – материальные точки (шарики) (т.е. их размерами
пренебрегают).
3. Молекулы - идеально упругие шарики, взаимодействующие между
собой и со стенками только во время упругих столкновений.
4. Суммарный объем всех молекул мал по сравнению с объемом сосуда, в
котором находится газ.

9.

Модель идеального газа достаточно хорошо описывает поведение
реальных газов в широком диапазоне давлений и температур.
Задача молекулярно-кинетической теории состоит в том, чтобы
установить
связь
между
микроскопическими
(масса,
скорость,
кинетическая энергия молекул) и макроскопическими параметрами
(давление, объем, температура).

10. 2.5 Температура

Хаотическое движение молекул называют тепловым. Скорость движения
молекул тем выше, чем выше температура тела.
Температура - есть мера средней кинетической энергии поступательного
движения молекул газа.
В системе СИ принято единицу измерения температуры по шкале Кельвина
называть Кельвином и обозначать буквой К.
Например, комнатная температура tС = 20 °С по шкале Кельвина равна
TК = 293,15 К.
TК = tС + 273,15.

11.

Температурная
шкала
Кельвина
называется
абсолютной
шкалой
температур. Она оказывается наиболее удобной при построении
физических теорий.
Средняя кинетическая энергия хаотического движения молекул газа
прямо
пропорциональна
абсолютной
температуре.
3
Ek k T
2
При абсолютном нуле температуры движение молекул прекращается и
средняя кинетическая энергия равна 0.

12. 2.6 Количество вещества

Количеством вещества называется физическая величина, определяемая
числом молекул, атомов или ионов – из которого состоит вещество
Единица количества вещества называется молем (моль).
В молекулярно-кинетической теории количество вещества принято
считать пропорциональным числу частиц.
Моль – это количество вещества, содержащее столько же частиц
(молекул), сколько содержится атомов в 0,012 кг углерода 12C. Молекула
углерода состоит из одного атома.

13.

Таким образом, в одном моле любого вещества содержится одно и
то же число частиц (молекул).
Это число называется постоянной Авогадро NА:
NА = 6,02·1023 моль–1.

14.

Количество вещества ν определяется как отношение числа N частиц
(молекул) вещества к постоянной Авогадро NА:
N
NA
Массу одного моля вещества принято называть молярной массой M.
Молярная масса равна произведению массы m0 одной молекулы
данного
вещества
M = NA · m0.
на
постоянную
Авогадро:

15. 2.7 Давление газа. Основное уравнение кинетической теории идеальных газов.

16.

17.

18. 2.8 Универсальная газовая постоянная

Произведение
постоянной
Авогадро
постоянную
Больцмана
k
NА
на
называется
универсальной газовой постоянной и обозначается
буквой R.
Численное значение универсальной газовой постоянной
в СИ есть:
R = 8,31 Дж/моль·К.

19. 2.9 Уравнение состояния идеального газа

Уравнение
Клапейрона
уравнение
состояния
связывающего
три
–
Менделеева
идеального
макроскопических
-
это
газа,
параметра
(давление, объем и температуру) газа данной массы.
m
pV R T R T
M

20. 2.10 Изопроцессы. 2.10.1 Изотермический процесс.

Процессы, в которых один из параметров p, V или T
остается неизменным называются изопроцессами.
Изотермическим
процессом
(T=const)
называют
процесс, протекающий при постоянной температуре T
и при условии, что количество вещества ν
в сосуде
остается неизменным.
Из закона Клапейрона –Менделеева следует закон
Бойля-Мариотта
m
pV const R T
M

21. 2.10.2 Изохорный процесс.

Изохорный процесс – это процесс нагревания или
охлаждения газа при постоянном объеме V и при
условии, что количество вещества в сосуде остается
неизменным.
Из закона Клапейрона – Менделеева следует закон
Шарля:
p
m R
const
T
MV

22. 2.10.3 Изобарный процесс.

Изобарным
процессом
квазистатический
(p
процесс,
=
const)
называют
протекающий
при
неизменным давлении p и при условии, что количество
вещества
в сосуде остается неизменным.
Из закона Клапейрона –Менделеева следует закон Гей-
Люссака:
V
m R
const
T
M p