Молекулярная физика

1. Молекулярная

2.

2

3. Физическая теория

Основание
Эмпирический
базис
Идеализированный
объект
Система величин
Ядро
Система законов
Фундаментальные
постоянные
Законы сохранения
Следствие
Объяснение фактов
Практические
применения
Предсказания
нового
3

4. Опытное основание

Броуновское
Невозможность
движение
Диффузия
Испарение тел
Дробление тел
Упругость тел
самопроизвольного
сжатия газа
Невозможность
построения вечного
двигателя
Выравнивание
температур
соприкасающихся
тел
4

5. Физическая модель

Идеальный газ –
совокупность
материальных точек,
не
взаимодействующих
между собой на
расстоянии,
испытывающих
абсолютно упругие
столкновения
Термодинамическая
система изолированная
система тел,
находящаяся в
состоянии
термодинамического
равновесия
5

6. Система законов

Основное
уравнение МКТ
1
2
p = nm0
3
Уравнение
состояния
идеального газа
m
pV =
RT
M
I закон термодинамики:
Q = U + A
II закон
термодинамики: в
циклически
действующем тепловом
двигателе невозможно
преобразовать всё
количество теплоты,
полученное от
6
нагревателя, в
механическую работу.

7. Фундаментальные постоянные

Постоянная
Постоянная
Авогадро
Больцмана
N A = 6,022 10 моль
23
−1
k = 1,38 10
− 23
Дж
К
7

8.

8

9. Опыт Ламмерта

9

10. Методы описания тепловых явлений

Статистический метод
Термодинамический
метод
Объект
описания
Газ – система микрочастиц
Газ – макроскопическая
система
Физическая
модель
Идеальный газ
Термодинамическая
система
Основные
величины
Масса молекулы – m0
Концентрация молекул – n
Средняя квадратичная
скорость молекул – υ
Средняя кинетическая
энергия молекул – E
Количество вещества – ν
Молярная масса – M
Постоянная Больцмана - k
Масса газа – m
Давление – p
Объём – V
Температура – T
Плотность – ρ
Внутренняя энергия – U
Универсальная газовая
10
постоянная - R

11. Статистический метод

Распределение
молекул
идеального газа в
пространстве
Распределение
молекул идеального
газа по скоростям
Молекулы
идеального газа в
отсутствие
S = k ln W
внешних сил
распределены в
пространстве
равномерно
Распределение
Максвелла
11

12. Связь между основными величинами в статистической механике и термодинамике

1
1
2
2
2
p = nm0 = = n E = nkT
3
3
3
ср.кв . = =
2
3kT
=
m
3RT
M
m
pV = RT =
RT
M
i
i
i
U = RT ; U = R T = ( pV )
2
2
2
12

13.

МКТ
13

14.

14
14

15. Основные положения МКТ

Все
вещества состоят из частиц, между
которыми есть промежутки
Все
частицы находятся в непрерывном
хаотическом движении, скорость которого
зависит от температуры
Между
частицами
существуют
силы
притяжения и силы отталкивания
15

16.

Применения МКТ:
объяснение и расчёт
явлений
теплового
расширения
поверхностного
натяжения
броуновского
движения
диффузии
16

17. Термодинамика

Что изучает
Свойства макротел и явления, опираясь на общие
законы термодинамики в рамках модели
«термодинамическая система»
Типичные явления: тепловое равновесие,
изменение агрегатного состояния
17

18. Термодинамика

Законы
термодинамики
Средства
описания
Основные
понятия
18

19.

Кинетическая
энергия
хаотического
движения частиц
Внутренняя
энергия
Потенциальная
энергия
взаимодействия
частиц
i
i
i
U = RT ; U = R T = ( pV )
2
2
2
19

20.

Способы изменения внутренней
энергии
Теплопередача
Теплопроводность
Совершение
механической работы
Трение
Конвекция
Деформация
Излучение
20

21. I закон термодинамики

Q = U + A
21

22. II закон термодинамики

22

23.

Применение
термодинамики
Объяснение
действия
тепловых
машин
Энергетика
Расчёты тепловых
процессов
23

24. Тепловые двигатели

Название
Изобретатели
Схема
КПД
Паровая
машина
Д. Уатт
1%-10%
Двигатель
внутреннего
сгорания
Н. Отто
20% - 30%
Паровая
турбина
Г. Лаваль
35% - 45%
Реактивный
двигатель
О. фон Браун
40% - 50%
24

25. Изменение агрегатных состояний

Фазовый
переход
Название
процесса
Формула
Q = r·m
Пар жидкость
Парообразование
конденсация
Жидкость
Плавление
- твёрдое
Кристаллизация
тело
График
кипение
r – удельная
теплота
парообразования
(конденсации)
конденсация
Q = λ·m
плавление
λ – удельная
теплота
плавления
(кристаллизации)
25
кристаллизация

26.

Название
теории
Молекулярнокинетическая
теория (МКТ)
Основание теории
Ядро теории
1.Броуновское
движение, диффузия,
испарение тел,
упругость тел и др.
1
p = nm0 2
3
2. Идеальный газ
m
pV =
RT
M
3. Масса молекулы,
− 23 Дж
средняя кинетическая k = 1,38 10
К
энергия молекул и др.
1. Невозможность
построения вечного
двигателя
Q = U + A
Следствия
теории
Закон БойляМариотта, закон
Гей-Люссака,
закон Шарля
Описание
свойств тел в
различных
агрегатных
состояниях
Объяснение
действия
тепловых
машин
В циклически
2. Термодинамическая действующей
тепловой машине
Расчёт
Термодинамика система
невозможно
тепловых
3. Температура,
преобразовать в
процессов
давление, объём,
работу всё
внутренняя энергия, количество теплоты,
26
работа, количество,
получаемое от
теплоты
нагревателя