Самостоятельная работа. 
Молекулярная физика и термодинамика

Опорные конспекты по молекулярно-кинетической теории

(МКТ).

«Материя есть философская категория для обозначения объективной реальности, которая дана человеку в ощущениях его»

В.И. Ленин

Порядок величин Диаметр и масса молекул:

В 1 см³ воды содержится 3,7−10²² молекул (10⁶ 1/с за 10⁹ лет).

3.		полярная масса вещества (это масса 1 моля вещества):
4.		количество вещества или количество молей вещества.
5.		число молекул в данной массе вещества.
6.		масса вещества.
			7.		определение молярной массы.

Примеры:

Броуновское движение

Броуновским движением называют непрерывное хаотическое движение частиц, помещенных в жидкость или газ, находящихся во взвешенном состоянии.

Силы взаимодействия молекул.

Газы, жидкости и твердые тела.

Идеальный газ в МКТ

Идеализация — метод научного познания, прокладывает путь к решению трудных задач.

Идеальный газ — простейшая физическая модель реального газа.

И д. е г, а а л 3. ь н. ы й.

Идеальный газ — это газ, взаимодействие между молекулами которого пренебрежимо мало => Е*" Е_р .

Основное уравнение МКТ

Давление газа возникает в результате столкновения молекул со стенками сосуда, в котором находится газ.

Запись и объяснение формулы основного уравнения МКТ

где М о — масса одной молекулы газа;

 — число молекул в единице объема или концентрация молекул газа;

О — средняя квадратичная скорость движения газовых молекул. Давление идеального газа пропорционально произведению массы молекулы, концентрации молекул и среднему квадрату скорости движения молекул.

2. Так как  — средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул, то

Так как , то имеем

где Р — плотность газа.

Манометры

Тепловое равновесие. Температура.

Два тела — А и В, каждое из которых находится в тепловом равновесии с телом С, находятся в тепловом равновесии друг с другом. Тело С может служить прибором, измеряющим степень нагретости тела, А и В.

Тепловым равновесием называют такое состояние, при котором все термодинамические параметры р, V, t сколь угодно долго остаются неизменными.

Термометры.

Газы в состоянии теплового равновесия.

- постоянная Больцмана.

Скорости молекул газа.

Задача. Найти среднюю квадратичную скорость молекулы водорода при температуре 27 °C.

Экспериментальное определение скорости молекул. Опыт Штерна (1920).

Уравнение состояния идеального газа.

Уравнение, связывающее р; V; Т, характеризующее состояние данной системы газа, называется уравнением идеального газа.

-универсальная газовая постоянная.

 — уравнение Клапейрона-Менделеева (для произвольной массы та).

(для одного моля).

Уравнение Клапейрона.

Для данной массы газа произведение его давления на объем, деленное на абсолютную температуру, — величина постоянная.

Газовые законы 1. Закон Бойлм-Мариопа (1662).

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянной температуре называется изотермическим.

2. Закон Шарля (1787).

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном объеме называют изохорным.

3. Закон Гей-Люссака (1802).

Процесс изменения состояния термодинамической системы при постоянном давлении называют изобарным.

Насыщенный пар и его свойства.

Пар, находящийся в состоянии динамического равновесия со своей жидкостью, называется насыщенным паром.

• 3. Свойства насыщенного пара:
  • а) состояние насыщенного пара приближенно описывается уравнением:

б) при Т = const: р не зависит от V_y так как п не зависит от V.

в) при V — const: р изменяется быстрее, чем Т, вследствие увеличения концентрации молекул (плотности) пара.

3. Поведение насыщенного пара в закрытых сосудах.

Кипение жидкостей.

Парообразование, происходящее одновременно с поверхности и по всему объему жидкости при определенной постоянной температуре, называют кипением.

Составными частями внешнего давления являются атмосферное давление и давление, связанное с силами поверхностного натяжения:

По условию кипения имеем:

Некоторые особенности жидкости при кипении:

• Температура кипения жидкости зависит от давления — с повышением внешнего давления температура кипения повышается, а с понижением давления — понижается:

• Температура кипения зависит от наличия примесей в жидкости — температура кипения раствора всегда выше температуры чистого растворителя при том же давлении (если вода содержит 40% поваренной соли, то.

= 108°С);

• При переходе жидкости в газообразное состояние кинетическая энергия молекул не изменяется (температура пара равна температуре кипящей жидкости при нормальном атмосферном давлении).

Критическая температура

У каждого вещества имеется своя критическая температура.

Например, для воды — 374 °C, кислорода — 118 °C, водорода — 240 °C.

Влажность воздуха

Под влажностью воздуха понимается содержание водяных паров в воздухе. (За 1 год на Земле испаряется 4,25- 10^м т Н₂0.).

1. Абсолютной влажностью воздуха называется количество водяных паров, содержащихся в единице объема воздуха (1 м³), т. е. плотность паров воды, содержащихся в воздухе.

2. Относительной влажностью воздуха называется отношение абсолютной влажности к тому количеству водяного пара, которое необходимо для насыщения 1 м³ воздуха при данной температуре.

или

• (В метеорологии влажность оценивается по давлению водяного пара в мм рт. ст.)
• 3. Температура, при которой ненасыщенный ранее воздух становится насыщенным, называется точкой росы (t_p).

Днем температура воздуха 20 °C, к вечеру при температуре 17 °C на почве появилась роса, так как при 17 °C абсолютная влажность воздуха стала.

г

равна плотности насыщенного пара (Р ~ Рн ~ Г), а относительная.

см

влажность стала равна 100%.

• 4. Приборы для определения влажности и точки росы:
  • • гигрометры: волосяной (ф), конденсационный (t_p и),
  • •психрометру, р).
• 5. Субъективное ощущение влажности воздуха человеком

• 6. Использование и учет:
  • • в метеорологии;
  • • при хранении продуктов и материалов;
  • • при хранении произведений искусств;
  • • в проектировании строительных сооружений, машин, механизмов, подвергающихся действию влаги.

Поверхностное натяжение жидкостей

Вещество.		а- зависит:
Вода.	72,8.	1) от рода жидкости;
Керосин.		2) от наличия примесей;
Спирт.	22,6.	3) от температуры.
Ртуть.		(при Т Т, то а -? 0).

3. Силы поверхностного натяжения определяют форму и свойства капель жидкости, мыльного пузыря. Эти силы удерживают на поверхности воды стальную иглу и насекомое водомерку, удерживают влагу на поверхности ткани.

Смачивание. Капиллярные явления

1. Смачивание — явление, возникающее вследствие взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердых тел и приводящее к искривлению поверхности жидкости на границе с твердым телом.

Поверхность жидкости, искривленная на границе с твердым телом, называется мениском (0 — краевой угол).

2. Под капиллярными явлениями понимают изменение высоты уровня жидкости в узких трубках, пустотах — капиллярах.

 — сила поверхностного натяжения жидкости в капилляре  — сила тяжести столбика жидкости в капилляре.

 — высота поднятия (снижения) жидкости в капиллярах, где р- плотность жидкости, g — ускорение силы тяжести, градиус капилляра.

3. Учет и использование капиллярных систем — поднятие воды в почве, система кровеносных сосудов в легких, корневая система растений, фитильный способ подачи масла к деталям машин, «промокашка», гигроскопичность тел.

Кристаллические и аморфные тела

Твердыми телами являются тела, сохраняющие свой объем и форму (твердые тела находятся преимущественно в кристаллическом состоянии).

1. Кристаллы — это твердые тела, атомы, молекулы, ионы которых занимают определенные, упорядоченные положения в пространстве, называемые кристаллическими решетками.

Свойства кристаллических тел.

• 1) Правильная геометрическая форма и объем;
• 2) Определенная температура плавления;
• 3) Основным свойством монокристаллов является анизотропия — неодинаковость физических свойств (механических, тепловых, световых, электрических) в различных направлениях кристалла.
• 2. Аморфные тела — это тела, которые не имеют строгой повторяемости во всех направлениях основных структурных ячеек кристаллической решетки.

Свойства аморфных тел.

• 1) Аморфные тела изотропны — физические свойства по всем направлениям одинаковы.
• 2) При низких температурах имеют свойства твердых тел, а по мере повышения температуры — свойства жидкостей.
• 3) Аморфные тела не имеют определенной температуры плавления.
• 3. Одно из основных направлений использования физики твердого тела — создание материалов с заданными механическими, магнитными, электрическими и другими свойствами (полупроводники, сверхпроводники, полимеры).

Деформация. Виды деформаций твердых тел Деформацией называется изменение формы или объема тела под действием внешних сил.

Деформации могут быть упругими или пластичными.

Механические свойства твердых тел.

Например: ?*2,М0^П Па (Fe) ?=710¹⁰Па {Л1),

Так как , имеем.

 — сила действия на материал или сила упругости материала".

где  — жесткость материала, то