МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ)

  1. Все тела состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул. Между этими частицами существуют промежутки.
  2. Атомы и молекулы находятся в постоянном хаотическом движении. С ростом температуры скорость этого движения увеличивается.
  3. Атомы и молекулы взаимодействуют друг с другом. Притягиваются или отталкиваются. Силы их взаимодействия имеют электрическую природу).

Броуновское движение — тепловое движение мельчайших частиц, взвешенных в жидкости или газе.

Диффузия — проникновение молекул одного вещества в промежутки между молекулами другого.

Количество вещества и молярная масса

Количество вещества (\nu)— относительная величина, показывающая во сколько раз число молекул в данном веществе отличается от числа молекул в 12 граммах углерода. Единица измерения моль.

Моль — это такое количество вещества, в котором содержится столько же атомов (или молекул), сколько атомов содержится в 12 граммах углерода.

Число Авогадро (N_A=6.02 \cdot 10^{23}Моль-1) — количество атомов или молекул в одном моле вещества или в 12 граммах углерода.

Молярная масса (\mu) — масса одного моля вещества.

    \[\nu =\frac{m}{\mu}\]

    \[\nu =\frac{N}{N_A}\]

Количество молекул (N) в веществе можно рассчитать как произведение количества вещества на число Авогадро.

    \[N=\nu N_A =\frac{m N_A}{\mu}\]

Идеальный газ

Идеальный газ — газ размерами молекул которого и взаимодействием между ними можно пренебречь . Большинство газов вплоть до давления приблизительно 10 атм. можно рассматривать как идеальные. Создана данная идеальная абстракция для упрощения расчётов и выделения основных параметров таких как давление , объём , температура.

Основное уравнение МКТ идеального газа. Связывает давление газа p (макроскопическую величину) со скоростью \upsilon и массой молекул m_0 (микроскопическими величинами).

    \[p=\frac{1}{3}nm_0 \overline {\upsilon^2}\]

Связь давления и со средней кинетической энергией молекул. Давление идеального газа произведению пропорционально концентрации молекул и их средней кинетической энергии поступательного движения. \overline {E}

    \[p=\frac{2}{3}n \overline {E}\]

Концентрация молекул (n) — количество молекул в единице объема вещества (число молекул в кубическом метре).

    \[n=\frac{N}{V}\]

Температура


Температура в житейском понимании этого слова можно сказать что это мера нагретости тела.
Абсолютная температура — количественная мера средней кинетической энергии хаотического поступательного движения молекул. Измеряется в градусах по шкале Кельвина. За начало отсчета принят абсолютный ноль температуры — состояние когда при неизменном объеме газ оказывает нулевое давление на стенки сосуда в котором он находится.
Связь абсолютной температуры со средней кинетической энергией поступательного движения молекул.

    \[\overline {E}=\frac{3}{2}k T\]

Из уравнения видно что при абсолютном нуле температуры средняя кинетическая энергия молекул обращается в ноль, а значит молекулы перестают двигаться.
Постоянная Больцмана (k = 1,38 \cdot 10^{-23} Дж/К.) — коэффициент пропорциональности связывающий кинетическую энергию молекул с абсолютной температурой.

Шкала Цельсия — относительная температурная шкала связная с фазовыми переходами воды. За ноль в шкале Цельсия принимается температура плавления льда, а за 100 градусов температура кипения воды.

Связь абсолютной температуры по шкале Кельвина с относительной температурой по шкале Цельсия.

    \[T=t+273K\]

Средняя квадратичная скорость

    \[\upsilon_{KB} = \sqrt{\overline {\upsilon^2}} = \sqrt{\frac{3kT}{m_0} } = \sqrt{\frac{3RT}{\mu} }\]

Газовые законы

Универсальная газовая постоянная (R = 8.31Дж/(моль К)) — произведение постоянной Больцмана на число Авогадро.
Уравнение состояния идеального газа:

    \[p=nkT\]

Уравнение Менделеева-Клапейрона:

    \[pV=\nu RT =\frac{m}{\mu}RT\]

Уравнение Клапейрона:

    \[\frac{P_1 V_1}{T_1}=\frac{P_2 V_2}{T_2}\]

Изотермический процесс — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.
Закон Бойля-Мариотта

    \[P_1 V_1=P_2 V_2\]

Изобарный процесс — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянном давлении.
Закон Шарля

    \[\frac{V_1}{T_1}=\frac{V_2}{T_2}\]

Изохорный процесс — термодинамический процесс, происходящий в физической системе при постоянном объеме.
Закон Гей-Люссака

    \[\frac{P_1}{T_1}=\frac{P_2}{T_2}\]

Влажность

Влажность — показатель содержания воды в телах и средах.
Абсолютная влажность — физическая величина, показывающая массу водяных паров, содержащихся в 1 м³ воздуха или плотность водяного пара в воздухе
Относительная влажность (\varphi) — отношение парциального давления паров воды (p) в газе к давлению насыщенного пара (p_0) при данной температуре.

    \[\varphi = \frac{p}{p_0}100\%\]

Насыщенный пар — пар находящийся в термодинамическом равновесии с жидкостью или твердым телом (льдом). Другими словами можно сказать что это такое состояние пара, когда количество испарившейся жидкости будет равно количеству конденсированного пара. Если говорить о влажности в таком состоянии она будет равна 100%.

Закон Дальтона Давление смеси газов, химически не взаимодействующих между собой, равно сумме парциальных давлений каждого из компонентов смеси.

    \[p=p_1+p_2+..+p_n\]

Статьи по теме:

  1. Количество вещества и молярная масса
  2. Влажность