МОЛЕКУЛЯРНАЯ ФИЗИКА

Основные положения молекулярно-кинетической теории (МКТ)

Все тела состоят из мельчайших частиц — атомов и молекул. Между этими частицами существуют промежутки.
Атомы и молекулы находятся в постоянном хаотическом движении. С ростом температуры скорость этого движения увеличивается.
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 ( $R = 8.31$ Дж/(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.

$p=p_1+p_2+..+p_n$