II.Термодинамические параметры.Масса и размеры молекул.

Термодинамическое состояние тела или системы определяется совокупностью ряда величин, которые называются термодинамическими параметрами(параметрами состояния).

Термодинамические параметры– совокупность всех физических величин, характеризующих макроскопические свойства системы (тела). Термодинамические параметры системы взаимосвязаны, поэтому состояние системы можно охарактеризовать, указав значения ограниченного числа этих параметров.Основнымипараметрамиявляются: давление р, объёмV, температураt⁰и еще возьмем массаm.

Разберем более подробно все эти величины и одновременно их единицы измерения.

1. Давление.

Газы обладают тем свойством, что они целиком заполняют весь сосуд, в котором заключены и оказывают давление на ограничивающие сосуд стенки.

Давлениемназывается физическая величина р, равная пределу отношения численного значенияΔF_н нормальной силы, действующей на участок поверхности тела площадью ΔS, к величине ΔSпри ΔS→ 0 :

В системе СИ:

Внесистемные:

а) техническая атмосфера:

б) физическая атмосфера:

в) мм рт. ст. (мм Hg): 760 мм рт. ст.= 1 am

1 am = 1,033 ama = 760 мм рт. ст. = 1,013∙10⁵Н/м²

2. Объём.

Объем является внешним параметром для газа, т. к. зависит от положения внешних тел – стенок сосуда.

При решении задач иногда приходится иметь дело с такими понятиями, как удельныйимолярный объём.

Удельным объёмомназывается величина, равная объему элемента тела, масса которого равна единице:

, (или в общем случае для однородного тела).

Молярным объёмомназывается объем одного моля вещества:

3. Температура.

Понятие температуры является одним из важнейших в молекулярной физике. Чтобы установить понятие температуры, разберем такой пример: взяты ряд тел – накаленное железо (А), кипящая вода (Б),

28 г азота при атмосферном давлении занимающем объем 22415 см³ (В),

плавящийся лед (Г),

жидкий азот (Д).

Запишем эти тела так, чтобы при теплообмене энергия тела, расположенного левее, уменьшалась, а расположенного правее увеличивалась: причем направление стрелок указывает направление передачи энергии при теплообмене. Тела В и Г находятся в тепловом равновесии. Каждой группе можно приписать некоторую величину, тем большую, чем левее тело в ряду. Обозначим эту величину t⁰и назовемтемпературойтела.

Тогда, исходя из этой цепочки, делаем вывод: энергия передается путем теплообмена от тела с более высокой температурой к телу с более низкой. У тел, находящихся в тепловом равновесии, температуры одинаковы.

Свойство температуры определять направление теплообмена является одним из важнейших, что отражено в определении Максвелла:

Температура тела есть его термическое состояние, рассматриваемое с точки зрения его способности сообщать тепло другим телам.

На данном этапе определение температуры можно дать следующее:

Температуройназывается физическая величина, характеризующая степень нагретости тела.

Измерение температуры можно производить только косвенным путем, основываясь на зависимости от температуры таких физических свойств тел, которые поддаются непосредственному измерению, например: объем, давление, электрическое сопротивление и др. Применяемые для этих целей вещества (тела) называются термометрическими, а получаемые при этом шкалы температур –эмпирическими. Основной недостаток эмпирических шкал температур в том, что они зависят от особенностей термометрических тел.

Для установления начала отсчета температуры и её единицы измерения – градуса, и построения шкалы температуры, в качестве исходных значений применяются температуры перехода химически чистых веществ из одного агрегатного состояния в другое, например:

температура плавления льда		при нормальном давлении 760 мм рт. ст
температура кипения воды

Величины ив зависимости от типа шкалы имеют следующие значения:

а) шкала Цельсия:

б) шкала Фаренгейта:

в) шкала Реомюра:

г) шкала Кельвина:

Cвязь:T_K=t⁰C+ 273,15;

Шкала Кельвина называется абсолютной шкалой температур, а температура (-273,15⁰С) называетсяабсолютным нулем температуры.

С этими понятиями мы будем встречаться в дальнейшем и тогда раскроем физический смысл этих определений.

Перечислим примеры наиболее употребляемых термометров:

а) ртутно-стеклянный; г) термопара;

б) газовый; д) термистор и т. д.

в) спиртовой;

Описание молекулярных процессов в телах требует знания размеров молекул и атомов, их массы. Т. к. размеры и массы их малы, то легче определить, измерив массу некоторого известного количества, а затем зная объем, занимаемый этим количеством, определить размер молекулы. Для этих целей вводят понятия килограмм-молекулы (киломоля), килограмм-атома, число Авогадро.

Килограмм-молем (молем)называется такое количество химически однородного вещества, масса которого выраженная в кг (г), численно равна его молекулярному весу М:

|μ| = |M|,

где М – безразмерная величина.

Числом Авогадроназывается число молекул в моле вещества (для всех веществconst).

N_A= 6,023∙10²³моль^-1= 6,023∙10²⁶кмоль^-1.

Зная число Авогадро, можно найти единичную массу молекулы и атома:

(кг)

m_A = 1,66∙10^-27A (кг)

Зная молярный объем и число молекул в моле (киломоле), можно определить линейные размеры молекул.

Пример:

Ø молекулы: Н₂О = 3 Å;N₂= 3,18 Å;H₂= 2,47 Å;He= 1,96 Å (в среднем 2 – 3,5 Å).