Реферат Курсовая Конспект
Молекулярная физика и термодинамика - раздел Физика, ОБЩАЯ ФИЗИКА 4.2.1.Молекулярно-Кинетические Представления О Стр...
|
4.2.1.Молекулярно-кинетические представления о строении вещества.
Все вещества состоят из мельчайших частиц – атомов и молекул. Молекула – это наименьшая частица вещества, сохраняющая его свой-
ства.
Атом – это наименьшая частица химического элемента, обладающая его химическими свойствами.
Между молекулами и атомами в веществе одновременно действуют как силы взаимного притяжения, так и силы отталкивания.
Молекулы, образующие вещества, находятся в состоянии беспорядоч-ного непрерывного движения (осцилляций).
Температура – мера средней кинетической энергии молекул тела. Ско-рость движения молекул тела, определяющих кинетическую энергию, опре-деляет тепловое состояние тела, величину его внутренней энергии.
Атомной массой (А) химического элемента называется отношение мас-сы атома этого элемента к 1/12 массы атома изотопа углерода 12С.
Молекулярной массой (М) вещества называется отношение массы мо-лекулы данного вещества к 1/12 массы молекулы 12С.
Моль – количество вещества системы, содержащей столько же струк-турных элементов, сколько содержится атомов в атоме 12С массой 0,012 кг.
Числом Авогадро - число атомов или молекул в 1 моле любого вещест-
ва. (NA = 6,02×1023 моль-1).
Молярная масса(m) – это масса вещества, взятого в количестве одного
моля.
Линейные размеры молекул представляют собой величин порядка
10-10 м.
Параметры системы- совокупность физических величин, характери-зующих состояние системы (объем V; давление р; температура Т)
Уравнением состояния - F(V, p, T) = 0.
Процесс - переход из одного состояния в другое.
4.2.2. Основное уравнение кинетической теории газов.
Давление газа равно двум третям средней кинетической энергии посту-
p = 23 nWk
пательного движения молекул, находящихся в единице его объема.
где | n = | N | - количество молекул в единице объема; | |
V | ||||
Wk = mi2vi2 - средняя кинетическая энергия поступательного движения молекул.
4.2.3. Газовые законы
Идеальный газ – это совокупность молекул, не взаимодействующих до соприкосновения и взаимодействующих при соударении по законам абсо-лютно упругого удара.
Изопроцессы – это такие процессы, при которых один из параметров остается неизменным с течением времени.
Закон Бойля-Мариотта - для данной массы газа при постоянной темпе-ратуре его давление изменяется обратно пропорционально объему:
p = | const | или pV = const, T = const | |
V | |||
Процесс перехода газа из одного состояния в другое при постоянной температуре называется изотермическим.
Закон Гей-Люссака - для данной массы газа при неизменном давлении между его объемом и температурой существует линейная зависимость:
V = const; V = V0 (1+ bt), p = const
где V0 – объем газа приTтемпературе T = 00 K,
b - термический коэффициент объемного расширения газа.
Процесс изменения состояния газа при постоянном давлении называет-ся изобарическим.
Закон Шарля - для данной массы газа при постоянном объеме между его давлением и температурой существует линейная зависимость:
Tp = const; p = p0 (1+at), V = const
где р0 – давление при T = 00 K,
a - термический коэффициент давления газа.
Процесс изменения состояния газа при постоянном его объеме называ-ется изохорическим.
Закон Авогадро - при одинаковых температурах и давлениях моли лю-бых газов занимают одинаковые объемы.
Закон Дальтона - давление газовой смеси равно сумме парциальных давлений входящих в нее газов:
n
p = p1 + p2 + p3 + ... + pn = å pi
i=1
4.2.4. Уравнение состояния идеального газа
Уравнение Клапейрона: произведение давления на объем данной массы газа, деленное на абсолютную температуру есть величина постоянная:
pVT = const
Уравнение Клапейрона-Менделеева - обобщенный газовый закон. pV = mm RT
где m – масса молекул газа, m - молярная масса, R – универсальная газовая постоянная.
Температура – мера средней кинетической энергии молекул
Wk = 32 kT
где R/NA = k – постоянная Больцмана
Чем больше концентрация молекул и выше температура, тем больше давление газа.
p = nkT
4.2.5. Функция распределения молекул по высоте
Закон убывания атмосферного давления с высотой над поверхностью
Земли: - mgh p = p0 ×e kT
Т.к. k = R/NA, а nNA = m, получим барометрическую формулу:
- mgh
p = p0 ×e RT
где m = 28,966×10-3 кг/моль – средняя молярная масса воздуха.
Т.к. p = nkT и p0 = n0kT, где n0 – концентрация молекул воздуха на вы-соте h = 0, n – на высоте h, получим закон изменения концентрации молекул
с высотой: | n = n0 | ×e | - mgh | |
kT |
4.2.6. Функция распределения молекул по скоростям
Для данного газа средняя квадратичная скорость молекул пропорцио-нальна корню квадратному из термодинамической температуры и зависит
только от нее. | ||||||||
3kT | 3RT | |||||||
| = | |||||||
m | m | |||||||
где R = kNA, NA×m = m, NA – число Авогадро, m – масса молекул газа, m - мо-лярная масса газа.
Наиболее вероятной называется скорость, вблизи которой на единич-ный интервал скорости приходится наибольшее число молекул.
= 2 RT
v B m
Среднее арифметическое значение скорости:
vcp = 8kT = 8RT pm pm
Функция распределения молекул по скоростям (распределение Максвелла):
DN | æ | m ö3/ 2 | - | m | v | ||||||||
F(v) = | = N | e 2 RT ×v | |||||||||||
Dv | ç | ÷ | |||||||||||
p è | 2RT ø |
4.2.7. Число степеней свободы.Внутренняя энергия газа.
Числом степеней свободы тела называется число независимых коорди-нат, определяющих его положение в пространстве. На каждую степень сво-боды приходится в среднем одинаковая энергия:
U = | kT | - теорема Больцмана. | ||
· для одноатомной молекулы i = 3 (поступательного движения);
· для двухатомной молекулы i = 3 + 2 = 5 ( три поступательного движе-ния и две – вращательного);
· для трехатомной (многоатомной) молекулы i = 3 + 3 = 6 (три поступа-тельного и три вращательного).
Полная энергия молекулы, имеющей i – степеней свободы, будет рав-
на:
W = ikT2
Внутренняя энергия любой массы газа пропорциональна числу степе-ней свободы молекул, термодинамической температуре и массе газа.
U = mm 2i RT
4.2.8. Средняя длина свободного пробега.
Среднее расстояние, которое проходит молекула между двумя после-довательными соударениями, называется средней длиной свободного пробе-га.
l = | |||||
ps 2n | |||||
где s - эффективный диаметр молекулы, n – концентрация молекул.
– Конец работы –
Эта тема принадлежит разделу:
Кафедра общей физики... Дубинянский Ю М Шостка В И...
Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Молекулярная физика и термодинамика
Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:
Твитнуть |
Новости и инфо для студентов