L07-Молекулярная физика

t

n

§ 57. Молекулярно-кинетическая теория

ial

(статистика) и термодинамика

§ 58. Масса и размеры молекул

§ 59. Состояние системы. Процесс

i

f

§ 60. Работа, совершаемая телом при изменениях

его объема

on

de

§ 61. Температура

§ 62. Уравнение состояния идеального газа

§ 62. Работа, совершаемая телом при изменениях

его объема

y

системы

§ 63. Внутренняя энергияC

pan

§ 64. Первое начало термодинамики

§ 57. Молекулярно-кинетическая теория

m

(статистика) и термодинамика

o

Непосредственным доказательством существования

al

хаотического движения молекул служит броуновское

i

движение. Это явление заключается в том, что малые

(видимые только в микроскоп) взвешенные в

n

жидкости частицы всегда находятся в состоянииt

de

непрерывного беспорядочного движения, которое не

зависит от внешних причин и оказывается

проявлением внутреннего движения вещества.

f

Броуновские частицы совершаютiдвижение под

влиянием беспорядочных ударов молекул.

C

Молекулярно-кинетическая теория ставит себе

целью истолковать те свойстваonтел, которые

y

непосредственно наблюдаются на опыте (давление,

температуру и т. п.), как суммарный результат

действия молекул. Она пользуется статистическим

методом, интересуясь не движением отдельных

молекул, а лишь такими средними величинами,

m

которые характеризуют движение огромной

совокупностиpanчастиц. Отсюда другое ее название —

o

статистическая физика.

C

Изучением различных свойств тел и изменений

относительно их протекания.

al

В основе термодинамики лежит несколько

i

фундаментальных законов (начал

n

термодинамики), установленных на основанииt

de

обобщения опытных фактов. В силу этого выводы

термодинамики имеют общий характер. При

рассмотрении изменений состояния вещества

f

термодинамика и молекулярно-кинетическаяi

теория

Во второй половине XIX в. и в начале XX в.

благодаря трудам ряда ученых атомистика

al

превратилась в научную теорию.

i

§ 58. Масса и размеры молекул

t

n

de

Для характеристики масс атомов и молекул

применяются величины, получившие название

i

атомный вес и молекулярный вес.

f

Атомным весом (А) и молекулярным весом (М)

вещества химического элемента называется

C

отношение, соответственно, массы атома этого

элемента и массы молекулыonэтого вещества к 1/12

y

массы атома С12 (так обозначается изотоп углерода с

массовым числом 12). По этой шкале атомный вес С12

равен точно 12, кислорода О

16

—15,9949, а самого

легкого из элементов, водорода, 1,0080 (для

природной смеси изотопов).

m

12

Как следуетpanиз их определения, атомный и

o

C

молекулярный веса — безразмерные величины.

атомные веса А1 и A2, будут содержать по

i

одинаковому числу атомов. Аналогично два

al

химически сложных вещества, взятых в такихt

количествах, что их массы относятся как

n

молекулярные веса, будут содержать по одинаковому

числу молекул.

i

de

f

Масса данного вещества выраженная в килограммах,

молекул в моле вещества NA = 6,023 1023

t

моль-1

Зная число Авогадро можно найти единичнуюiмассуal

mед, которая из

при учете M = μ , равна

1

-27

de

mед =

26

-7

n

NA , т.е. 1 / 6,023 10

= 1,66 10

кг.

i

Поэтому масса любого атома 1,66 10-7 А кг

и масса любой молекулы 1,66 10fМ кг.

C

Можно выполнить оценку размеров молекул. Если

предположить, что молекулыonрасполагаются близко

друг к другу, приближенная оценка объема одной

молекулы получается делением объема киломоля

pan

вещества на числоyмолекул в киломоле NA.

Например, для воды киломоль равен 18 кг и занимает

объем 0,018 м3. Следовательно, на долю одной

m

молекулы приходится объем, равный

o

C

Отсюда следует, что линейные размеры молекул воды

приблизительно равны

Определим понятие температуры. Если

al

i

соприкасающиеся тела находятся в состоянии

объем, электрическое сопротивление и т. п. - зависят

C

от температуры. Любое из этих свойств может быть

использовано для количественногоon

определения

температуры.

y

Установленная таким образом температурная шкала

i

называется шкалой Цельсия. Аналогичные

al

соотношения можно написать и для других

t

n

температурных признаков. Проградуировав

описанным способом термометр, его можно

использовать для измерения температуры, приводя в

i

de

тепловое равновесие с тем теломf, температура

которого нас интересует, и производя отсчет

величины объема.

on

Существует и абсолютная шкала температур,

C

созданная на основе второго начала термодинамики,

но о ней позднееy.

§ 60. Состояние системы. Процесс

Системой называется совокупность рассматриваемых

pan

тел. Примером системы может служить жидкость и

находящийсяm

в равновесии с ней пар.

o

C

Величины, характеризующие состояние системы,

тела может быть неодинакова. В этом случае

состояние называется неравновесным. Если такое

тело изолировать от других тел и предоставить

al

i

самому себе, то температура выравнивается и примет

одинаковое для всех точек значение Т — тело

перейдет в равновесное состояние.

n

t

de

Это значение Т не изменяется до тех пор, пока тело не

будет выведено из равновесного состояния

f

воздействием извне. То же самоеiможет иметь место и

для других параметров, например для давления р.

Если взять газ, заключенный в цилиндрическом

C

сосуде, закрытом плотно пригнанным поршнем, и

начать быстро вдвигать поршеньon, то под ним

y

образуется газовая подушка, давление в которой

будет больше, чем в остальном объеме газа.

Следовательно состояние газа в этом случае будет

неравновесным. Однако если прекратить

m

перемещение поршня, то давление в разных точках

объема panвыравняется и газ перейдет в равновесное

o

C

состояние.

i

al

t

n

Неравновесное состояние не может быть изображено

таким способом.

i

de

Всякий процесс, т. е. переход системыf

из одного

состояния в другое, связан с нарушением равновесия

системы. Следовательно, при протекании в системе

какого-либо процесса она проходитon

через

последовательность неравновесных состояний.

C

Нарушение равновесияy

тем значительнее, чем

быстрее производится изменение условий. В пределе,

если сжатие газа поршнем в цилиндре происходит

бесконечно медленно, газ в каждый момент времени

будет характеризоватьсяpan

определенным значением

давления. Следовательно, в этом случае состояние

газаmв каждый момент времени является равновесным

o

C

и бесконечно медленный процесс будет состоять из

последовательности равновесных состояний.