1. Предмет молекулярной физики. Основные положения молекулярно- кинетической теории. Идеальный газ.

Молекулярная физика – статистическая теория.

Молекулярная физика – раздел, в котором изучаются макроскопические свойства вещества, обусловленные его молекулярным строением, характером движения молекул и силами, действующими между ними.

Термодинамика – фенологическая наука, которая делает вывод о свойствах вещества на основе законов, установленных на опыте.

Молекулярно – кинетическая теория – учение о строении и свойствах вещества на основе представлении о существовании атомов и молекул как наименьших частиц химических веществ.

3 закона.

• Все вещества составляются из мельчайших частиц

• Атомы и молекулы находятся в непрерывном хаотическом движении

• Электрическая природа

Идеальный газ — математическая модель газа, в которой предполагается, что потенциальной энергией взаимодействия молекул можно пренебречь по сравнению с их кинетической энергией. Между молекулами не действуют силы притяжения или отталкивания, соударения частиц между собой и со стенками сосуда абсолютно упруги, а время взаимодействия между молекулами пренебрежимо мало по сравнению со средним временем между столкновениями.По эквивалентной формулировке идеальный газ - такой газ, который одновременно подчиняется закону Бойля — Мариотта и Гей-Люссака, то есть:

P_a6cv/T = R = сonst (2.27) где v — удельный объем газа; R — универсальная газовая постоянная.

Где P — давление T — абсолютная температура. Свойства идеального газа описываются уравнением Менделеева — Клапейрона

, где R- универсальная газовая постоянная, m — масса, M — молярная масса. Или p=nkT, где n — концентрация частиц, k — постоянная Больцмана.

Для любого идеального газа справедливо соотношение Майера

Где R— универсальная газовая постоянная, — молярная теплоемкость при постоянном давлении, — молярная теплоемкость при постоянном объёме.

2.Законы идеального газа. Уравнение состояния идеального газа (уравнение Менделеева - Клапейрона). Физический смысл универсальной газовой постоянной.

а) Закон Бойля - Mаpuomma: при неизменных температуре и массе произведение численных значений давления и объема газа постоянно: pV = const P₁v₁ = P₂v₂ = const

Закон Гей-Люссака: при постоянном давлении объем данной массы газа прямо пропорционален его абсолютной температуре: V = V0(1 + at) где V - объем газа при температуре t, °С; V0 – его объем при 0°С. Величина a называется температурным коэффициентом объемного расширения. Для всех газов a = (1/273°С–1). Следовательно, V = V0(1 +(1/273)t)

Закон Шарля: при постоянном объеме давление данной массы газа прямо пропорционально его абсолютной температуре: p = p0(1+gt) где р0 - давление газа при температуре t = 273,15 К. Величина g называется температурным коэффициентом давления. Ее значение не зависит от природы газа; для всех газов = 1/273 °С–1. Таким образом, p = p0(1 +(1/273)t)

Закон Авогадро: различные газы, занимающие одинаковые объемы при равных условиях (одинаковых давлении и температуре), содержат одинаковое число молекул. Это число для 1 грамм-молекулы (1 моль) любого газа составляет около 6,025•10²³ и называется числом Авогадро. Таким образом, массы различных газов, занимающие одинаковый объем при равных условиях, соотносятся между собой как их молекулярные массы. Средний объем 1 моль двухатомных газов и метана равен 22,4 л, соответственно, объем 1 кмоль сжиженных газов приблизительно равен 22 м³.

Уравнение состояния идеального газа: PV = nRT , где n – число молей газа;P – давление газа (например, в атм;V – объем газа (в литрах);T – температура газа (в кельвинах);R – газовая постоянная (0,0821 л·атм/моль·K).

Если (Т2-Т1)=1К, то для 1 моля газа R=A, т.е. R численно равна работе изобарного расширения 1 моля идеального газа при нагревании его на 1 кельвин.

3. Основное уравнение молекулярно – кинетической теории идеального газа. Средний квадрат скорости молекул идеального газа. , где k является постоянной Больцмана (отношение универсальной газовой постоянной R к числу Авогадро N_A), i — число степеней свободы молекул ( в большинстве задач про идеальные газы, где молекулы предполагаются сферами малого радиуса, физическим аналогом которых могут служить инертные газы), а T - абсолютная температура.

Основное уравнение МКТ связывает макроскопические параметры (давление, объём, температура) газовой системы с микроскопическими (масса молекул, средняя скорость их движения).

Уравнение среднеквадратичной скорости молекулы легко выводится из основного уравнения МКТ для одного моля газа. , для 1 моля , где  — постоянная Авогадро , где  — молярная масса газа Отсюда окончательно