ОСНОВИ МОЛЕКУЛЯРНОЇ ФІЗИКИ Й ТЕРМОДИНАМІКИ

Статистичний і термодинамічний методи дослідження.

      Молекулярна фізика й термодинаміка - розділи фізики, у яких вивчаються макроскопічні процеси в тілах, пов'язані з величезним числом атомів, що втримуються в тілах, і молекул.

     Молекулярна фізика являє собою розділ фізики, що вивчає будову й властивості речовин, виходячи з так званих молекулярно-кінетичних уявлень. Згідно із цими уявленнями:

1. Будь-яке тіло - тверде, рідке або газоподібне складається з великої кількості досить малих відособлених часток - молекул.

2. Молекули всякої речовини перебувають у нескінченному хаотичному русі (наприклад, броуновьский рух).

3. Використовується ідеалізована модель ідеального газу, згідно з якою:

а). Власний об'єм молекул газу занадто малий у порівнянні з об'ємом посудини (розрідженість).

б). Між молекулами відсутні сили взаємодії.

в). Зіткнення молекул газу між собою й зі стінками посудини абсолютно пружні.

4. Макроскопічні властивості тіл (тиск, температура й ін.) описуються за допомогою статистичних методів, основним поняттям яких є статистичний ансамбль, тобто описується поведінки великої кількості часток через уведення середніх характеристик  (середня швидкість, енергія) усього ансамблю, а не окремої частки.

    Термодинаміка на відміну від молекулярно-кінетичної теорії вивчає макроскопічні властивості тіл, не цікавлячись їх макроскопічною картиною.

     Термодинаміка - розділ фізики, що вивчає загальні властивості макроскопічних систем, що перебувають у стані термодинамічної рівноваги, і процеси переходу між цими станами.

     В  основі термодинаміки лежать 3 фундаментальних закону, називаних початками термодинаміки, установлених на підставі узагальнення великої сукупності досліджуваних фактів.

      Молекулярно-кінетична теорія й термодинаміка взаємно доповнюють один одного, утворюючи єдине ціле, але відрізняючись різними методами дослідження.

      Термодинамічна система - сукупність макроскопічних тіл, які взаємодіють і обмінюються енергією як між собою, так і з іншими тілами. Стан системи задається термодинамічними параметрами - сукупність фізичних величин, що характеризують властивості термодинамічної системи, звичайно в якості параметрів стану, що вибирають, є температура, тиск і питомий об'єм.

      Температура - фізична величина, що характеризує стан термодинамічної рівноваги макроскопічної системи.

    [T] = K -  термодинамічна шкала, [t] = °C – міжнародна практична шкала. Зв'язок термодинамічної й м/н практичної температури: Т = t + 273, наприклад, при t = 20 °C   T = 293 K.

     Питомий об’єм - це об’єм одиниці маси. Коли тіло однорідне тобто ρ = const, то макроскопічні властивості однорідного тіла можуть характеризувати об’єм тіла V.

 

Молекулярно-кінетична теорія (м. к. т) ідеальних газів.

 

§1 Закони ідеальних газів.

         У молекулярно – кінетичної теорії використовується ідеалізована модель ідеального газу.

       Ідеальним газом називається газ, молекули якого не взаємодіють один з одним на відстані й мають мізерно малі власні розміри.

      У реальних газів молекули зазнають дії сили міжмолекулярної взаємодії. Однак H2,  He, O2, N2 при нормальних умовах (Т = 273 К, р=1,01·105 Па) можна приблизно вважати ідеальним газом.

      Процес, при якому один з параметрів (p, V, T, S) залишаються постійними, називаються ізопроцесами.

  1. Ізотермічний  процес Т = const, m = const, описуються законом Бойля-Мариотта:

pV = const

  1. 2. Ізобаричний процес  p = const описується законом Гей-Люсака

V=V0 (1+  α t);

   V=V0 α T    

   термічний коефіцієнт об’ємного розширення  град-1

  1. 3. Ізохорний процес   V = const

Описується законом Шарля

p = p0 (1+  α t);

p = p0 α T

  - характеризує залежність об'єму від температури. α дорівнює відносній зміні об'єму газу при нагріванні його на 1 К. Як показує досвід,    ооднаковий для всіх газів і рівний .

4. Моль речовини.. Число Авогадро. Закон Авогадро.

   Атомною масою  () хімічного елемента називається відношення маси атома цього елемента до 1/12 маси атома ізотопу вуглецю  С12

Аr = CINT (А) (А в таблиці Менделєєва)

 

Молекулярною масою (Mr) речовини називається відношення маси молекули цієї речовини до 1/12 маси атома ізотопу вуглецю С12

     Одиниця маси, рівна 1/12 маси атома С називається атомною одиницею маси (а.о.м.)  m =1 а.о.м.=1,66·10-27кг

  Кількість речовини, у якому міститься число часток (атомів або молекул) рівне числу атомів  в 12 г (0.012 кг) ізотопу вуглецю  називається молем.

    Число частиц,що містяться у молі речовини називається числом Авогадро.

Масу моля називають молярною масою μ.  Молярна маса дорівнює відношенню маси до кількості молів  ν, яке в ньому міститься

 ,але Mrбезрозмірна величина, а [μ] = кг/моль

         

Закон Авогадро: моли будь-яких газів при нормальних умовах (Т = 273 К, р = 1,01·105 Па) займають однаковий об'єм рівний 22,41·10-3 м3/моль.

 

 

 

До списку лекцій

Головна