Раздел 2. Молекулярная (статистическая) физика и термодинамика (15,5 час)

В разделе 2 изучаются пять тем: 2.1. Кинетические явления и теория идеальных газов. 2.2. Основы классической статистической физики. 2.3. Явления переноса в неравновесных состояниях. 2.4. Основы термодинамики. 2.5. Реальные газы и жидкости

Подробное изложение материала раздела представлено в учебном пособии В,М,Цаплев, И.Г. Орехова, Е.А. Лиходаева, С.В. Михайлова

Курс физики. Физические основы механики, молекулярная физика и термодинамика (учебное пособие) С.-Пб.: СЗТУ. 2006, а также 1 с. 81…123.

По материалам раздела выполняются задачи 141…160 из контрольной работы № 1. По завершении изучения раздела выполнить тестовое задание № 1.

Молекулярная физика изучает физические свойства макроскопических систем в зависимости от их молекулярного строения, сил взаимодействия между частицами и характера движения этих частиц.

Теоретической основой молекулярной физики являются два взаимно дополняющих друг друга метода – статистический и термодинамический.

Для описания совокупности большого количества взаимодействующих молекул применяют статистический или молекулярно-кинетический метод.

Термодинамический метод не связан с какими-либо конкретными представлениями о внутреннем строении тел. Свойства систем изучаются путем анализа энергетических превращений.

Основные положения молекулярной физики

Молекула – мельчайшая частица вещества, обладающая всеми его свойствами. Размеры молекул малы по сравнению с размерами макросистем: от 10^-10 м (размер атома водорода) до 10^-7 (размер молекулы белка вируса). Между молекулами действуют силы электромагнитного происхождения: силы притяжения и силы отталкивания. Массы молекул очень малы. Поэтому удобнее пользоваться атомной единицей массы (1 а.е.м.). За 1 а.е.м. принимают 1/12 массы атома углерода . 1 а.е.м. = кг. Масса молекулы, выраженная в а.е.м. называется молекулярной массой.

Количество молекул в данной термодинамической системе называется количеством вещества. За единицу количества вещества принимается количество молекул равное . Она носит название моль. Число моль^-1 называется числом Авогадро. Если система содержит N молекул, то количество вещества равно

моль. (2.1)

Масса моля называется молярной массой (М). Молярная масса численно равна молекулярной, но выражается в единицах СИ в килограммах.

Количество вещества в данной массе вещества m равно

. (2.2)

Из формул (2.1) и (2.2) следует формула для вычисления количества молекул в массе вещества m:

. (2.3)

В зависимости от агрегатного состояния характер движения молекул различен. В газах молекулы движутся хаотически прямолинейно и вращаются. В жидкостях молекулы совершают колебательное движение и одновременно движутся поступательно. В твердых телах возможно лишь колебательное движение.