1. Молекулярная физика
1.1. Молекулярно-кинетическая теория идеальных газов
Система-совокупность рассматриваемых твердых, жидких и газообразных веществ. В зависимости от состояния система может обладать различными свойствами.
Параметры состояния системы: р-давление, V-объём, T-абсолютная температура.
Уравнение состояния системы - определенная функциональная связь параметров состояния:
F(p,V,T)=0
Неравновесное состояние ситемы-такое ее состояние, при котором изменяется хотя бы один из параметров состояния.
Равновесным состоянием системы – такое ее состояние, при котором все параметры имеют определённые значения, остающиеся постоянными при неизменных внешних условиях.
Процесс – переход системы из одного состояния в другое. Он всегда связан с нарушением её равновесия.
Под внутренней энергией системы понимается кинетическая энергия хаотического движения молекул, потенциальная энергия их взаимодействия и внутримолекулярнаяэнергия, т.е. энергия системы без учёта кинетической энергии её вцелом (при движении) и потенциальной энергии во внешнем поле. Внутренняя энергия является функцией состояния.
Изменение внутренней энергии при переходе системы из состояния в состояние равно разности значений внутренней энергии в этих состояниях и не зависит от пути перехода системы из одного состояния в другое.
Основными законами идеальных газов при условии постоянства одного из параметров состояния являются:
1. Произведение давления на занимаемый объём припостоянной температуре, для данной массы газа, есть величина постоянная:
pV=const, при m=const и t=const.
Такой процесс называется изотермическим.
2. При изменении температуры газа, но постоянном давлении, объём данной массы газа изменяется по закону:
Vt=Vo(1+t), при m=const, p=const,
где -коэффициент объёмного расширения-величина, показывающая как изменился объёма газа, по отношению к его объему при 0oС, если его температура изменяется на один градус в условиях постоянного давления.
.
При этом T1/T2=V1/V2. Такой процесс называется изобарическим.
3. Процесс, происходящий при постоянном объёме, называется изохорическим процессом. Давление данной массы газа при изохорическом процессе изменяется по закону:
pt=po(1+t), при m=const, V=const,
где -термический коэффициент давления, который показывает как изменяется давление газа, по отношению к его давлению при 0 0С, если его температура изменяется на один градус в условиях постоянного объема.
.
При этом
T1/T2=p1/p2.
Связь между температурой по шкале Цельсия и абсолютной температурой выражается соотношением
T=(t+273,15) К.
4. Объединив изотермический и изобарический процессы получим объединённый газовый закон: для данной массы газа произведение давления на объем, деленное на абсолютную температуру остается величинойпостоянной:
5.Уравнение Менделеева-Клапейрона для произвольной массы газа:
.
Для одного моля идеального газа основное уравнение Менделеева-Клапейрона имеет вид
pV=RT.
Закон Дальтона:
т.е. полное давление смеси газов равно сумме парциальных давлений всех газов, входящих в смесь.
Основным уравнением молекулярно-кинетической теории называют одно из выражений:
pV=
Nm<v>2,
p=
nom<v2>,
p=
no<Ek>,
где
<Ek>=
kT
– средняя кинетическая энергия
поступательного движения молекул газа.
Число независимых координат,необходимых для полного описания положения системы в пространстве, называется числом степеней свободы–i.
Общее число степеней свободы равно:
i=iп+iвр+iк,
где iп – число степеней свободы поступательного движения точки;
iвр – число степеней свободы вращательного движения точки;
iк – число степеней свободы колебательного движения точки.
Одноатомная молекула газа имеет только три степени свободы (i=3); двухатомная – при упругой связи – шесть степеней свободы (i=6), а при жёсткой связи – пять степеней свободы (i=5); трёхатомная молекула при жёсткой связи между атомами имеет шесть степеней свободы (i=6).
Поступательное движение описывается тремя степенями свободы, а т.к. все степени свободы равноправны, то на каждую изних приходится в среднем энергия, равная
Молекула, имеющая i степеней свободы, обладает в среднем энергией
где i=iп+iвр+iк.