1. Задачи «Молекулярной физики». Основные положения мкт, их анализ. Модель идеального газа.

Молекулярная физика изучает макроскопические процессы исходя из представлений об атомно-молекулярной природе вещества и рассматривает теплоту как беспорядочное (тепловое) движение атомов и молекул. Тепловое движение определяет внутреннее состояние любого макроскопического тела (системы).

Задачи «Молекулярной физики»: научиться описывать свойства вещества и их зависимость от внешних условий, опираясь на представление о внутренней структуре вещества.

Физическое тело – это вещество, состоящее из огромного числа частиц, законы и взаимодействие которых нам известны.

Модель физического тела:

газ состоит из молекул (мельчайших частиц, размеры которых ˜ 10^-10.м)

молекулы газа находятся в непрерывном хаотическом движении.

молекулы сталкиваются друг с другом. Столкновения бывают упругими (низкие температуры) и неупругими (высокие температуры)

в промежутке между соударениями молекулы движутся прямолинейно

молекулы на малых расстояниях отталкиваются, а на больших притягиваются друг к другу.

Следует заметить, что внутренняя структура самой молекулы описывается квантовой физикой. Включение в описание явлений внутреннего строения молекул, является дальнейшим уточнением модели.

Основные положения МКТ, их анализ

Число молекул в газе велико: N >> 1, среднее расстояние между отдельными молекулами много больше их размеров (l >> a).

Молекулы газа совершают неупорядоченное, хаотическое движение.

Движение отдельных молекул подчиняется законам классической механики. При этом молекулы рассматриваются как материальные точки, совершающие только поступательное движение. Величина потенциальной энергии взаимодействия в среднем мала по сравнению со средней кинетической энергией.

Все соударения молекул друг с другом и со стенками сосуда, в котором находится газ, являются абсолютно упругими. При ударе о стенку компонента импульса молекулы, перпендикулярная стенке, меняет знак (но не величину). Таким образом, в целом выполняются законы сохранения импульса и энергии для молекул газа.

(n=> [n]=1/м³=м^-3 – концентрация; ν(ню)=>[моль] – количество вещества; N_A=6.02*10²³ моль^-1; μ=>[ кг/моль] – молярная масса;

m₀=>[кг] – молекулярная масса (масса одной молекулы)

1. E_к >>E_п (газ); для ИГ E_п=0

а) форма ≠const

б) V ≠const

2) E_к <<E_п (твердое тело)

а) форма =const

б) V =const

3) E_к E_п (жидкость)

а) форма ≠const

б) V =const

2. Статистический и термодинамический способы описания.

Основное уравнение МКТ

Основное уравнение МКТ

Под давлением понимают усредненное воздействие молекул газа на стенки сосуда.

Основное уравнение МКТ можно записать так:

3. Температура. Статистический смысл температуры.

Основные понятия термометрии.

Температура – мера нагретости (мера термодинамического равновесия)

Температура обладает свойством неаддитивности.

Также есть шкала Фаренгейта и Реомюра.

Температура как мера кинетической энергии молекул газа. В состоянии теплового равновесия температуры двух систем, содержащих некоторые объемы идеальных газов, по определению одинаковы: Т1 = Т2. Но, как следует из основного уравнения молекулярно-кинетической теории идеальных газов, в состоянии теплового равновесия должны быть одинаковы средние кинетические энергии молекул газов: <Е1> = <Е2>. Действительно, 2<Е>/3 = р/n = pV/N, а в состоянии равновесия давления и плотности газов должны быть одинаковы. Это дает возможность выбрать <Е> за меру температуры идеального газа.

Высказанная гипотеза проверяется экспериментально. Например, если несколько сосудов, снабженных манометрами и заполненных известными количествами разных газов, поместить в термостат (внешнюю среду, поддерживаемую при постоянной температуре: например, термостатом может быть достаточное количество тающего льда), то отношение pV/N = Q для всех газов будет одинаковым, если только газы достаточно разрежены (близки к идеальным). В принципе, величину Q можно назвать температурой. Заметим, что [Q] = Дж, т.е. при таком определении температура измеряется в энергетических единицах.

Абсолютная температура Т вводится определением: Q = kT.

Предельная температура - абсолютный нуль - соответствует обращению в нуль давления идеального газа при фиксированном объеме.

Из этого можно сделать вывод, что температура – мера средней кинетической энергии.